机械制造工程学第五章机械加工质量.ppt

第5章 机械加工质量,51 概述52 加工精度的影响因素53 表面质量的影响因素54 提高加工精度和表面质量的途径,机械加工质量包括机械加工精度、机械加工表面质量两个方面。,5-1 概述,1.机械加工精度 机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和表面间的位置）与理想零件几何参数相符合的程度。理想零件的几何参数包括：尺寸零件尺寸的公差带中心；形状绝对准确的形状（如圆柱面、平面、锥面等）；位置绝对准确的位置（如平行、垂直、同轴等）,一.加工精度和表面质量,5-1 概述,2.机械加工表面质量 加工表面质量，是指零件在加工后的表面层状态。表面粗糙度加工表面的微观几何形状误差 表面层的物理、机械性能的变化：a表面层的冷作硬化 b表面层金相组织的变化 c表面层的残余应力,一.加工精度和表面质量,5-1 概述,1）对零件耐磨性的影响 2）对配合性质的影响 3）对疲劳强度的影响 4）对抗腐蚀性的影响 5）对工作精度的影响,二.机械加工精度、表面质量对零件使用性能的影响,第5章 机械加工质量,51 概述52 加工精度的影响因素53 表面质量的影响因素54 提高加工精度和表面质量的途径,在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件所构成的系统，称为工艺系统。,5-2 加工精度的影响因素,1.工艺系统,1)工艺系统的几何误差2）工艺系统受力变形所引起的误差3）工艺系统受热变形所引起的误差4）工件内应力所引起的误差,2.工艺系统误差的组成,工艺系统中的误差是产生零件加工误差的根源，因此把工艺系统的误差称为原始误差。,5-2 加工精度的影响因素,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,在加工中，由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。,1.原理误差,如：1）在车床上车削蜗杆 车床丝杠与工件速比:i=（Z1Z2）/（Z3Z4）=t/T（t=m,工件轴向齿距；T，丝杠螺距）选择挂轮Z1、Z2、Z3、Z4时，计算值t=m，近似值，因此存在加工误差。,5-2 加工精度的影响因素,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,在加工中，由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动、近似的刀具轮廓而产生的加工误差。,1.原理误差,如：1）在车床上车削蜗杆,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,1.原理误差,如：2）齿轮滚刀存在两种误差一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,机床的几何误差来自三方面：机床本身的制造、磨损、安装、调整。,1）主轴回转误差 2）导轨误差 3）机床的传动误差,“误差的敏感方向”,“误差的敏感方向”,“误差的敏感方向”,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,1）主轴回转误差,是指主轴的实际回转轴线与平均回转轴线在误差敏感方向的最大变动量。,主轴的运动可分解为三种独立的运动：径向跳动轴向窜动角度摆动,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,1）主轴回转误差,主轴的径向跳动,车削时，纯径向跳动对加工精度的影响,加工表面为近似正圆，对工件的圆度影响很小。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,1）主轴回转误差,主轴的径向跳动,镗削时，纯径向跳动对加工精度的影响,加工表面为椭圆，对工件的圆度影响较大。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,1）主轴回转误差,主轴的轴向窜动,对外圆或内孔加工，无影响；对端面加工，引起端面对回转轴线的垂直度误差；对螺纹加工，引起螺距的小周期误差。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,1）主轴回转误差,主轴的角度摆动,车削时，无圆度误差，但引起锥度误差；镗削时，实际孔为椭圆形。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,2）机床导轨误差,水平面内的直线度误差（弯曲）垂直面内的直线度误差（弯曲）前后导轨之间的平行度误差（扭曲）,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,2）机床导轨误差,水平面内的直线度误差（弯曲）,车削、磨削时，为误差敏感方向；,引起圆柱度误差,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,2）机床导轨误差,垂直平面内的直线度误差（弯曲）,车削、磨削时，为误差非敏感方向；,对加工精度影响很小,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,2）机床导轨误差,垂直平面内的直线度误差（弯曲）,车削、磨削时，为误差非敏感方向；刨削、平面磨削时，为误差敏感方向。,造成平面度或直线度误差,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,2）机床导轨误差,前后导轨之间的平行度误差（扭曲）,两导轨不平行对加工精度的影响较大，引起工件的形状误差（鞍形、鼓形、锥形等）,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,2.机床的几何误差,3）机床传动误差,传动链的传动误差是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。是螺纹、齿轮、蜗轮以及其它按展成原理加工时，影响加工精度的主要因素。传动元件如齿轮、蜗轮、蜗杆、丝杠、螺母等有制造误差（主要是影响运动精度的误差）传动元件的装配误差（主要是装配偏心）和磨损时，就会破坏正确的运动关系，使工件产生误差。,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,3.工艺系统的调整误差,由于工艺系统的任何一次调整都不可能绝对准确，所以存在误差，这种误差称为调整误差。,4.刀具、夹具的制造误差及工件的安装误差,一、工艺系统的几何误差对加工精度的影响,5.工艺系统磨损所引起的误差,工艺系统的刚度,5-2 加工精度的影响因素,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,工艺系统的刚度,工艺系统的刚度,工艺系统的刚度,刚度曲线,刚度曲线,a)车长轴 b）磨内孔,受力变形对工件精度的影响,工艺系统受力变形随切削位置而变化,1理想的工件形状；2k头k尾时车出的工件形状,刚度变化造成工件误差,套筒夹紧变形误差工件 开口过渡环,薄片工件的磨削毛坯翘曲 b)电磁工件台吸紧 c)磨后松开，工件翘曲d)磨削凸面 e)磨削凹面 f)磨后松开，工件平直,机床部件自重引起横梁变形,3.减小工艺系统受力变形的措施,5-2 加工精度的影响因素,二、工艺系统受力变形对加工精度的影响,1）提高工艺系统的刚度机床构件自身刚度的提高零部件之间的接触刚度提高工件安装的刚度2）提高零部件的刚度提高加工时刀具的刚度加预紧力,1.工艺系统的热源,5-2 加工精度的影响因素,三、工艺系统受热变形对加工精度的影响,内部热源：如切削热、摩擦热外部热源：主要来自环境热,2.工艺系统受热变形对加工精度的影响,5-2 加工精度的影响因素,三、工艺系统受热变形对加工精度的影响,1）机床热变形对加工精度的影响,2.工艺系统受热变形对加工精度的影响,三、工艺系统受热变形对加工精度的影响,1）机床热变形对加工精度的影响2）刀具热变形对加工精度的影响,小型零件：尺寸精度 大型零件：形状精度,热平衡时间短，对加工精度影响不显著,2.工艺系统受热变形对加工精度的影响,三、工艺系统受热变形对加工精度的影响,1）机床热变形对加工精度的影响2）刀具热变形对加工精度的影响3）工件热变形对加工精度的影响,均匀受热：如车削、外圆磨削不均匀受热：铣削、刨削、平面磨削,3.减少工艺系统受热变形的措施,三、工艺系统受热变形对加工精度的影响,（1）减少并隔离热源（2）采用热补偿机构（3）稳定机床温度场分布（达到热平衡后在工作）（4）控制环境温度,1.热加工过程中产生的内应力引起的误差,5-2 加工精度的影响因素,四、工件内应力对加工精度的影响,如:毛坯制造过程中产生的内应力,1.热加工过程中产生的内应力引起的误差2.切削加工过程中产生的内应力引起的误差,5-2 加工精度的影响因素,四、工件内应力对加工精度的影响,冷塑变形：表面产生压应力热塑变形：表面产生拉应力,1.热加工过程中产生的内应力，引起的误差2.切削加工中产生的内应力，引起的误差3.冷校直产生内应力，引起的误差,5-2 加工精度的影响因素,四、工件内应力对加工精度的影响,4.减小或消除内应力的措施,5-2 加工精度的影响因素,四、工件内应力对加工精度的影响,合理设计零件结构采取适当的热处理合理安排工艺路线,第5章 机械加工质量,51 概述52 加工精度的影响因素53 表面质量的影响因素54 提高加工精度和表面质量的途径,5-3 表面质量的影响因素,1)几何因素 切削层残留面积 切削刃自身的表面粗糙度（定尺寸刀具、成型刀具、宽刃刀具）,1.切削加工中影响表面粗糙度的因素,一、影响表面粗糙度的因素,车削、刨削时残留面积高度,5-3 表面质量的影响因素,2)物理因素 刃口圆角、后刀面对工件材料的挤压、摩擦，使残留面积扭曲、沟纹加深；切削脆性材料，出现崩碎痕迹；低速切削塑性材料，产生积屑瘤或磷刺；精加工时，切削厚度过薄，刀刃打滑。,1.切削加工中影响表面粗糙度的因素,一、影响表面粗糙度的因素,加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响,磷刺：在低速切削塑性材料时，切屑与前刀面强烈摩擦发生冷焊，切屑滞留在前刀面上，切削层受到推挤，从而拉裂基体金属，在表面上留下片状毛刺。,5-3 表面质量的影响因素,1)砂轮 砂轮的粒度 粒度，表面粗糙度 砂轮的硬度 适宜 砂轮的修整 表面越光滑，表面粗糙度越小2)磨削用量砂轮的速度 速度，表面粗糙度磨削深度 深度，表面粗糙度工件的速度（纵向进给）速度，表面粗糙度,2.磨削加工中影响表面粗糙度的因素,一、影响表面粗糙度的因素,5-3 表面质量的影响因素,振动引起加工表面的振动纹，加大表面粗糙度，同时还会缩短刀具和机床的寿命。主要形式有：自由振动 由工艺系统受到外界干扰，或材料硬度不均匀、表面层有缺陷而引起。会迅速衰减，对切削过程影响不大。强迫振动 由机床运动部件不平衡、外界振动传入等因素引起。消除振源或采取隔振措施，即可消除该振动。自激振动 由工艺系统自身的振动特性引起，且不衰减。,3.工艺系统的振动对表面粗糙度的影响,一、影响表面粗糙度的因素,5-3 表面质量的影响因素,自由振动 强迫振动自激振动 由工艺系统具有不稳定性，在切削过程中受到某种激励，在刀具与工件之间形成的不衰减振动。,3.工艺系统的振动对表面粗糙度的影响,一、影响表面粗糙度的因素,振动对表面粗糙度影响很大，应采取有效措施加以抑制。如合理选择切削用量、刀具角度，提高机床的抗振性，采取隔振措施，提高工件刚度等。,5-3 表面质量的影响因素,1.加工表面的冷却硬化,二、影响表面物理力学性能的因素,2.表面金相组织的变化,二、影响表面物理力学性能的因素,3.表面的残余应力,二、影响表面物理力学性能的因素,54 提高加工精度和表面质量的途径,一、提高加工精度的途径,查明原因直接消除误差补偿或抵消法误差转移法误差分组法积极控制法“就地加工”法误差平均法,54 提高加工精度和表面质量的途径,二、提高表面质量的途径,控制磨削参数采用超精加工、珩磨等光整加工方法作为最终加工工序采用喷丸、滚压、辗光等强化工艺表面质量的检查,