《机械加工基础》PPT课件.ppt

1,2020/9/8,第三章 机械加工基础,2020/9/8,2,内容提要,一、金属切削加工原理 二、金属切削加工设备 三、机械加工精度 四、表面质量 五、各种加工方法所能达到的经济精度和表面粗糙度,2020/9/8,3,第一节 金属切削加工原理,金属切削过程: 工件与刀具相对运动并相互作用的压缩挤压过程。 刀具从工件上切除多余的金属，使工件获得规定的加工精度与表面质量。 刀具切削部分要具有适当的几何参数。 由金属切削机床来完成切削过程中工件与刀具之间的相对运动。,2020/9/8,4,2020/9/8,5,机械加工工艺系统,机床、夹具、刀具和工件构成一个机械加工工艺系统。,2020/9/8,6,一、切削运动与切削用量,1、切削运动：机床上工件与刀具之间的相对 运动。 （1）主运动：切下金属所必须的刀具和工件 之间的最主要的运动。 （2）进给运动：刀具和工件之间附加的相对运 动，使新的金属不断投入切削的运动。,2020/9/8,7,切削运动,n,切削表面,2020/9/8,8,刨、钻、铣的切削运动,2020/9/8,9,2、工件上的加工表面,（3）切削表面：切削刃正在切削着的表面； 又称加工表面或过渡表面。 总是位于待加工表面和已加工表面之间切削刃正在切削着的表面、并在切削过程中不断改变着位置；,（1）待加工表面：将被切去金属的表面；,（2）已加工表面：已经切去金属层后形成的新表面。,2020/9/8,10,2020/9/8,11,3、切削用量三要素：v、f、aP,（1）切削速度v ：主运动速度,回转体上直径最大点上的速度。 (m/s) （2）进给量 f：工件或刀具每回转一周时，两者沿进给方向的相对位移。（mm/r） 进给速度vf ：单位时间的进给量。 （mm/s） （3）切削深度aP ：已加工表面和待加工表面间的垂直距离。（mm）,dw_待加工表面直径 dm_已加工表面直径,2020/9/8,12,进给量图片,2020/9/8,13,二、刀具,2020/9/8,14,1、刀具切削部分的构造要素,2020/9/8,15,前刀面：切屑流过的表面。 后刀面： 1.主后刀面A: 与工件切削表面相对的面。 2.副后刀面A: 与已工表面相对的面。,2020/9/8,16,三面，二刃，一尖,2020/9/8,17,刀具切削部分的构造要素,切削刃 主切削刃S：前刀面与主后刀面相交的锋边。 副切削刃S：前刀面与副后刀面相交的锋边。 刀尖： 主、副切削刃的实际交 点或主副切削刃的连接 刃（过渡刃）。,2020/9/8,18,2、车刀主要角度,刀具制造成一定的几何角度，使其具有切削能力,前角,后角,主偏角,副偏角,刃倾角,2020/9/8,19,3、刀具材料,切削过程中刀具要承受很大的切削力、冲击、振动和很高的切削温度的作用。 刀具切削性能的好坏取决于刀具切削部分的材料、刀具结构和刀具几何角度。 刀具材料对刀具耐用度、加工质量、加工效率、加工成本的影响都居首位。,2020/9/8,20,刀具是否胜任切削工作？,一是取决于刀具结构和切削部分几何形状的合理性锋利； 二是取决于刀具切削部分的材料经久耐用、不易磨损； 尤其是在切削温度较高时，热硬性好。,2020/9/8,21,（1）刀具材料应具备的性能,高的硬度 HRC62以上。 好的耐磨性 抵抗磨损的能力。 足够的强度 承受较大的切削力，抗弯强度。 足够的韧性 承受冲击载荷和振动。 高的耐热性高温保持硬度、耐磨性、强度、韧性 良好的工艺性 刀具自身的制造性能好。 良好的经济性 材料和制造成本低。,2020/9/8,22,（2）常用的刀具材料,工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢 硬质合金：钨钴类、钨钛钴类、钨钛钽(铌)类 金刚石 陶瓷 立方氮化硼 涂层刀具,超硬刀具材料,2020/9/8,23,第二节 金属切削加工设备,金属切削加工设备：一般指金属切削机床。 金属切削机床：用刀具切削的方法将毛坯加工成为零件的机器。 工作母机：金属切削机床是制造机器的机器（又称工具机） 机床：习惯上称金属切削机床为机床。 基础机器：金属切削机床机械制造的基础机器。,2020/9/8,24,本节主要内容,一、金属切削机床的分类和型号编制 二、车床 三、齿轮加工方法和机床 四、铣床、刨床和拉床 五、磨床 六、钻床和镗床,2020/9/8,25,一、金属切削机床的分类和型号编制,1、机床分类,（1）按加工方法和所用刀具分类GB共分12 类 车床 C (车) 钻床 Z (钻) 镗床 T (镗) 磨床 M,2M,3M (磨) 齿轮加工机床 Y(牙) 螺纹加工机床 S (丝),锯床 G (锯) 铣床 X (铣) 刨插床 B (刨) 拉床 L (拉) 特种加工机床 D (电) 其他机床 Q (其),2020/9/8,26,（2）按应用范围分类,通用机床 普通卧式车床、万能外圆磨床 、万能铣床 专门化机床 花键铣床、曲轴车床、铲齿车床 专用机床： 为某一零件的某一工序专门设计制造的机床。生产率和自动化程度高，用于批量生产。,2020/9/8,27,（3）按机床工作精度分类,普通精度机床 精密机床 M 高精度机床 G （4）、按机床重量、尺寸分类 仪表机床（轻型机床Q） 中型机床 大型机床（质量大于10t） 重型机床（质量大于30t） 超重型机床（质量大于100t）,2020/9/8,28,（5）按机床主要器官的数目分类 单轴机床 多轴机床 单刀机床 多刀机床 （6）按自动化程度分类 普通机床 半自动机床 B 自动机床 Z,数控机床 K 加工中心机床 H 柔性加工单元 R,2020/9/8,29,其他机床,仿形机床 F 简式或经济性机床 J 高速机床 S 数显机床 X,2020/9/8,30,2、机床型号的编制方法（JB1838-85）,机床的型号表示机床的类型、通用特性和结构特性以及主要技术参数等 M G 1 4 3 2 A,类别代号（磨床）,通用特性和结构特性代号（高精度）,组别代号（外圆磨床组）,系别代号（万能外圆磨床系）,主参数（最大磨削直径320mm),重大改进顺序号（第一次重大改进）,2020/9/8,31,企业代号 其它特性代号 重大改进序号 主轴数或第二主参数 主参数或设计顺序号 系列代号 组代号 通用特性、结构特性代号(A、D、E) 类别代号 分类代号,() () (.) ()/ ( ) - ( ),机床的型号,C M 6 1 40,2 M B 1 4 32 A / S2,2020/9/8,32,CA6140 C车床（类代号） A 结构特性代号 6 组代号（落地及卧式车床） 1 系代号（普通落地及卧式车床） 主参数（最大加工件回转直径400mm） C21506 C车床（类代号） 21多轴棒料自动车床（组系代号） 50最大棒料直径50mm（主参数） 6 轴数为6（第二主参数）,机床型号举例:,2020/9/8,33,MGB1432 M磨床（类代号） G高精度（通用特性代号） B半自动（通用特性代号） 14万能外圆磨床（组系代号） 32最大磨削外径320mm（主参数） XKA5032A X铣床（类代号） K 数控（通用特性代号） A（结构特性代号） 50立式升降台铣床（组系代号） 32工作台面宽度320mm（主参数） A 第一次重大改进（重大改进序号）,2020/9/8,34,2020/9/8,35,2020/9/8,36,2020/9/8,37,2020/9/8,38,2020/9/8,39,2020/9/8,40,机床的主要技术参数,主参数代表机床的规格： 最大切削直径 主轴直径 工作台面宽度 第二主参数：主轴数 最大跨度 最大工件长度 工作台工作面长度,2020/9/8,41,2020/9/8,42,工件表面成形方法,a、轨迹法 b、成形法 c、相切法 d、范成法（展成法）,利用刀具对工件按一定规律作轨迹运动的加工方法。,利用各种成形刀具对工件加工的方法。刀具切削刃与所需形状完全吻合。,利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。刀刃各瞬时位置的包络线便是所需的形状。,利用工件和刀具作展成运动进行加工的方法。刀具切削刃与被加工表面相切，刀刃各瞬时位置的包络线便是所需的形状。,2020/9/8,43,车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床 。 主运动：工件的旋转运动 进给运动：刀具直线运动 所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥 车床种类：卧式、立式、转塔、仿形、自动和半自动、专门化车床（曲轴、凸轮轴车床、铲齿车床） 加工精度：经济加工精度IT8IT7,表面粗糙度Ra1.252.5,二、车床,立式车床,2020/9/8,44,普通卧式车床的工艺范围,主要加工轴类和直径不太大的盘类、套类零件的各种回转外表面、锥面、环槽、回转体的端面、钻、扩、铰、滚花和螺纹等。,2020/9/8,45,（一）齿轮加工方法 按轮齿成形原理分两大类： 1.成形法 加工精度和生产率较低，适于单件小批生产。 2.展成法 加工精度和生产率较高，一把刀可加工相同模数、相同压力角的任何齿数的齿轮。,剃齿刀,（二）齿轮加工机床 圆柱齿轮：滚齿机、插齿机等； 直齿锥齿轮：刨齿机、铣齿机、拉齿机 ； 弧齿锥齿轮：铣齿机。 精加工齿轮：剃齿机、珩齿机、磨齿机,铣齿,滚齿,插齿,三、齿轮加工方法和机床,磨齿,2020/9/8,46,滚齿加工原理,滚齿时刀具与工件模拟一对交错轴螺旋齿轮的啮合传动。,2020/9/8,47,滚齿加工的特点,滚齿加工是一种应用最广的齿形加工方法。 可用作粗加工、精加工。加工精度为410级。 可加工圆柱外齿轮、蜗轮。加工的尺寸范围也比较大。 加工的齿形有渐开线、摆线、圆弧形及其它一些特殊齿形。 适应性好，生产率高，效率更高。 被切齿轮的齿距误差小 。 齿廓表面粗糙度较大 Ra1.6m以上。,2020/9/8,48,插齿机和插齿加工,插齿是模拟一对直齿圆柱齿轮的啮合过程工件的齿形曲线是由插齿刀刀刃多次切削的包络线形成的。,2020/9/8,49,插齿的切削运动,主运动：插齿刀的上下往复运动。 展成运动：刀具转过一个齿，工件也转过一个齿 径向进给运动：插齿刀每往复进给一次，工件径向移动一个距离：切削深度，逐渐切至全齿深。 圆周进给运动：插齿刀的转动。 让刀运动：为了避免擦伤工件齿面和减少刀具的磨损，插齿刀向上回程时，工件与刀具之间让开一个很小的间隙，在刀具向下开始切削之前迅速复位。,2020/9/8,50,2020/9/8,51,磨齿机,用于高精度硬齿轮的精加工，最高IT6。 有成形法和展成法磨齿。,2020/9/8,52,齿端倒角,2020/9/8,53,铣床,铣床系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。 铣床可以加工平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。,2020/9/8,54,铣削工艺范围,2020/9/8,55,铣刀,2020/9/8,56,刨床,龙门刨床,刨床是用刨刀对加工工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的机床。 用刨床刨削窄长表面时具有较高的效率，它适用于中小批量生产和维修车间。 刨床主要有牛头刨床、龙门刨床和单臂刨床。,2020/9/8,57,刨削加工与刨刀,2020/9/8,58,拉床,拉床用拉刀加工工件各种内、外成形表面的机床，拉削时拉刀使被加工表面在一次走刀中成形，所以拉床的运动比较简单，它只有主运动，没有进给运动。 切削时，拉刀作低速平稳的直线运动，同时拉刀承受的切削力也很大，所以拉床的主运动通常是由液压驱动的。拉刀或固定拉刀的滑座往往是由油缸的活塞杆带动的。拉床主参数指额定拉力。 按加工表面不同，拉床可分为内拉床和外拉床。,2020/9/8,59,拉刀与夹具,采用液压传动，工作平稳，薄的切削层，高精度的拉刀，可获得较高的精度（IT6IT8）和较小的粗糙度（0.11.6m）。 拉削时，每一刀齿只工作一次，拉刀的耐用度和使用寿命很高。拉刀所有刀齿通过后，即完成全部粗、精加工；所以生产率高。,2020/9/8,60,拉削工艺,用于加工通孔、平面及成形表面,2020/9/8,61,磨床是用砂轮作切削工具，对工件表面进行切削加工的精密加工的机床，其应用广泛 。 磨床精加工精度IT7IT5级，Ra0.80.04um，也可粗加工，高速磨、强力磨；可磨普通材料，又可磨高硬度难加工材料；适应各种工件形状、表面及生产批量。,磨床种类： （1）外圆磨床：普通、万能、无心外圆磨床等 （2）内圆磨床：普通、无心、行星式内圆磨床等 （3）平面磨床：卧轴(立轴)矩台(圆台)平面磨床等 （4）工具磨床：工具曲线磨床 、钻头沟槽磨床等 （5）刀具刃磨床：万能工具磨床、拉刀、滚刀磨床等 （6）专门化磨床：曲轴、花键轴 、齿轮、螺纹磨床等 （7）其它磨床：研磨机、珩磨机、抛光机等,磨床,2020/9/8,62,外圆磨削方式,磨削时，以砂轮的高速旋转做主运动，工件低速旋转作圆周进给，同时作轴向进给，每次行程完后，砂轮作横向切深移动。,2020/9/8,63,内圆磨削方式,2020/9/8,64,平面磨削方式,周磨,端磨,2020/9/8,65,无心磨削,2020/9/8,66,砂带磨削,2020/9/8,67,钻 床,钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。 根据用途和结构主要分为以下几类：(1)立式钻床 (2)台式钻床(3)摇臂钻床(4)深孔钻床 (5)中心孔钻床 (6)铣钻床(7)卧式钻床,2020/9/8,68,钻削工艺范围,钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动，并沿主轴方向进给，操作可以是手动，也可以是机动。,钻床加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、铰孔、锪平面或进行攻丝等。,2020/9/8,69,麻花钻,2020/9/8,70,中心钻、复合钻、铰刀,2020/9/8,71,深孔钻,2020/9/8,72,镗床可分为： (1)卧式镗床(2)坐标镗床(3)精镗床(4)深孔镗床(5)落地镗床(6)铣镗床,镗床系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。 通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。 它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。,镗床,2020/9/8,73,镗削工艺范围,2020/9/8,74,插床实际是一种立式刨床，在结构原理上与牛头刨床同属一类。插刀随滑枕在垂直方向上的直线往复运动是主运动，工件沿纵向横向及圆周三个方向分别所作的间歇运动是进给运动。 插床的生产效率较低，加工表面粗糙度Ra为6.3-1.6微米，加工面的垂直度为0.025/300毫米。插床的主参数是最大插削长度。,插床主要用途是：用于单件或小批量生产中加工内孔键槽或花键孔，也可以加工平面、方孔或多边形孔等，在批量生产中常被铣床或拉床代替。,插床与插削加工,2020/9/8,75,第三节 机械加工精度,一、加工精度与加工误差 二、产生加工误差的主要因素,零件的加工质量指标,2020/9/8,76,一、加工精度与加工误差,加工精度：指零件加工后的实际几何参数与理 想几何参数相符合的程度。 加工精度 （普通）尺寸精度从0.01mm 0.005mm （精密）尺寸精度从1m 0.02m (超精密）尺寸精度从0.1m 0.001m 超精密加工表面质量粗糙度方面已获得小于 0.0005m的粗糙度。,2020/9/8,77,加工精度,加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 零件几何参数符合程度越高，加工精度也越高 从机器的使用性能来看，没有必要把零件做得绝对准确，只要与理想零件有一定程度的符合便能保证零件在机器中的功用。 在实际加工中也不可能把零件做得绝对准确 。 这一定程度的符合就是设计时所规定的零件公差精度等级，零件的设计精度。,2020/9/8,78,理想零件 对表面形状而言，就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面等； 对于表面位置而言，就是绝对平行、垂直、同轴和一定角度； 对尺寸而言，就是零件尺寸的公差带中心。,2020/9/8,79,加工误差：指零件加工后的实际几何参数对理想 几何参数的偏离程度称为加工误差。 几何参数：尺寸、形状和位置。 加工误差越大，加工精度越低； 加工误差越小，加工精度越高。,加工误差,2020/9/8,80,加工精度和加工误差的关系,加工精度和加工误差是评定零件几何参 数准确程度的两种不同概念。 加工误差的大小表示了加工精度的高低 加工误差是加工精度的度量。 实际生产中用控制加工误差的方法来保 证加工精度。,2020/9/8,81,原始误差,工艺系统：由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统 工艺系统会有各种各样的误差产生，这些误差（即原始误差）在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。,82,2020/9/8,原始误差,加工前 的误差,加工中的误差,加工后的误差,工艺系统静误差,加工原理误差,调整误差,工件装夹误差,机床误差,夹具误差,刀具制造误差,工艺系统受力变形,工艺系统热变形,刀具磨损,内应力引起的变形,测量误差,工艺系统动误差,2020/9/8,83,误差敏感方向,把原始误差对加工误差影响最大的那个方向称为误差敏感方向。,误差敏感方向：对加工误差影响大的加工表 面的法线方向。,原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移，若产生在误差敏感方向，对加工精度有直接影响；若产生在误差非敏感方向 ，可忽略不计。,2020/9/8,84,误差非敏感方向,误差敏感方向,误差敏感方向,2020/9/8,85,二、产生加工误差的主要原因,原始误差的存在，使工艺系统各组成部分之间的位置关系或速度关系偏离了理想状态，致使加工后的零件产生了加工误差。,原始误差（原因） 加工误差（结果）,2020/9/8,86,1、加工原理误差,加工原理：指加工表面形成的原理。 加工原理误差：由于采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。 例: 滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）； 模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）； 用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。 （近似的加工运动）,2020/9/8,87,2、机床误差,机床误差是指在无切削负荷下，来自机床本身的制造误差、安装误差和磨损。 机床误差有 机床导轨误差 机床主轴回转误差 机床传动链误差,2020/9/8,88,导轨在垂直面内的直线度误差,导轨在水平面内的直线度误差,前后导轨的平行度误差,机床导轨误差,2020/9/8,89,导轨在垂直面内的直线度误差,车床为误差非敏感方向; 平面磨床为误差敏感方向,2020/9/8,90,导轨在水平面内的直线度误差,车床为误差敏感方向; 平面磨床为误差非敏感方向,结论:车床导轨水平弯曲比垂直弯曲对加工误差影响大得多。,2020/9/8,91,前后导轨的平行度误差,车床H/B=2/3 外圆磨床H/B=1,这项误差对加工精度的影响很大,2020/9/8,92,机床主轴回转误差,将主轴实际回转轴线对理想回转轴线在误差敏感方向上的最大变动量称为主轴回转误差。 机床主轴回转误差产生的原因,2020/9/8,93,主轴回转误差的三种基本型式,轴向窜动,径向跳动,角度摆动,实际回转轴线始终平行于理想回转轴线，在一个平面内作等幅的跳动。,实际回转轴线始终沿理想回转轴线作等幅的窜动。,实际回转轴线与理想回转轴线始终成一倾角，在一个平面上作等幅摆动，且交点位置不变。,2020/9/8,94,结论,主轴回转误差总是上面三者的合成 所以主轴不同横截面内轴心的误差运动轨迹既不相同，也不相似。,2020/9/8,95,车削时纯径向跳动对加工精度的影响,车床加工：工件回转，刀具移动,影响极小,2020/9/8,96,镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响,理想形状,实际形状,镗削加工：镗刀回转，工件不转,影响极大,2020/9/8,97,主轴轴向窜动对端面加工精度的影响,影响极大,2020/9/8,98,主轴纯角度摆动对镗孔精度的影响,影响极大,2020/9/8,99,机床主轴回转误差产生的加工误差,2020/9/8,100,1）提高主轴的轴承精度。,2）减少机床主轴回转误差对加工精度的影响。,3）对滚动轴承进行预紧，以消除间隙。,4）提高主轴箱体支承孔、主轴轴颈和与轴承 相配合的零件有关表面的加工精度。,提高主轴回转精度的措施,2020/9/8,101,传动链误差,传动链误差是指机床内联传动链始末两端传动元件之间相对运动的误差。 一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。 例：CA6140主轴箱传动系统 。,2020/9/8,102,在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链的误差必须控制在允许的范围内。 产生传动链误差的主要因素是传动链中各传动件的制造精度、安装精度和受力变形等。 传动链误差的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成法磨齿）齿轮等加工会影响分度精度，造成加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。,传动链误差,2020/9/8,103,减少传动链误差的措施,1）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端 零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级 传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。 5）采用误差校正机构,2020/9/8,104,刀具、夹具、测量、调整误差,夹具误差：夹具加工和装配时产生的误差 测量误差：器具误差、方法误差、环境误差、 人员误差 调整误差：调整刀具与工件间位置时产生的 误差,刀具的制造误差和磨损对加工精度的影响：,2020/9/8,105,3、工件的安装误差,2020/9/8,106,4、工艺系统受力变形,工艺系统刚度,工艺系统受力对加工精度的影响,零件的刚度 机床部件的刚度工艺系统的刚度,107,2020/9/8,2020/9/8,108,工艺系统刚度,切削力在y方向的分力Fy,F 作用下产生的y方向的变形,工艺系统刚度工艺系统抵抗变形的能力,总切削力,2020/9/8,109,外圆车削力F的分解,y,z,Fx,x,Fy,Fz,2020/9/8,110,误差复映规律,假设毛坯有椭圆度误差，刀具调整到虚线位置，工件每转切深变化为ap1-ap2 ，引起切削力变化，于是由此变形 变化Y1-Y2，从而使 加工出的工件形状 仍存在椭圆度误差。,2020/9/8,111,车削有圆度误差的短圆柱毛坯外圆,刀尖调整到要求的尺寸， 在工件的每一转中，切深由毛坯长半径的最大值ap1变化到短半径的最小值ap2 时， 切削力也就由最大的 变化到最小的 ， 由 可知切削力变化引起对应的工件变形为Y1，Y2 。,2020/9/8,112,结论,当毛坯有形状误差或位置误差时，加工后 工件仍会有同类的加工误差。 由于工件误差与毛坯误差是相对应的，可以把工件误差看成是毛坯误差的复映。,2020/9/8,113,5、工艺系统的热变形,机械加工过程中, 工艺系统在各种热源的影响下，产生复杂的变形，破坏了工件与刀具相对位置和相对运动的准确性，引起加工误差。 热源：内部热源(切削热、摩擦热） 外部热源（环境温度、阳光、灯光、取 暖设备等）,热胀冷缩变形,114,2020/9/8,机床热变形,精密加工热变形引起的加工误差占总加工误差的40%70%。,2020/9/8,115,刀具热变形,刀具连续受热变形（A线） 刀具断续受热变形（C线） 刀具冷却（B线）,由于刀体小，热容量小，刀具温升非常高。 例如,用高速钢车刀切削时： 刀刃部分温升可达700-800度； 刀具伸长量可达0.030.05 mm,2020/9/8,116,工件的热变形对加工精度的影响,工件均匀受热（对于一些形状简单、对称的零件，如轴、套筒等，加工时（如车削、磨削）切削热能较均匀地传入工件） 可根据工件温升T来估算工件的热变形量。 直径上的热膨胀 D=DT 长度上的热伸长 L=LT,工件材料的热膨胀系数,2020/9/8,117,工件不均匀受热,铣、刨、磨平面时，除在沿进给方向有温度差之外，更严重的是工件单面受切削热作用，上下表面间的温度差导致工件中凸，以致中间被多切去，加工完毕冷却后，加工表面就产生中凹的形状误差。 一般上下表面间的温度差1，就会产生平面度误差0.01mm,2020/9/8,118,6、工件内应力引起的变形,内应力（残余应力）：当外部载荷去除以后，仍然残存在工件内部的应力。 残余应力是因为对工件进行热加工或冷加工，使金属内部宏观的或微观的组织发生不均匀的体积变化而产生的。 内应力的重新分布引起工件的变形。 可采取时效处理的方法去除。,2020/9/8,119,机床床身因内应力而变形,2020/9/8,120,第四节 表面质量,加工表面质量的基本概念 表面质量对零件使用性能的影响 影响表面粗糙度的工艺因素,2020/9/8,121,一、加工表面质量的基本概念,表面质量是指机器零件加工后表面层的状态。 表面质量的主要内容有两部分 、表面层的几何形状 、表面层的物理力学性能,2020/9/8,122,、表面层的几何形状,表面粗糙度：是指表面微观几何形状误差，其波长L3 10mm， 比值L1/H11000。 表面波度：是介于加工精度和表面粗糙度之间的一种带有周期性的几何形状误差，其波长L2 110mm，比值在50L2/H21000,2020/9/8,123,2020/9/8,124,、表面层的物理力学性能,表面层冷作硬化 表面层金相组织的变化 表面层残余应力,零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起的强度和硬度都有所提高的现象。,由于切削热引起工件表面温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象 。,由于加工过程中切削变形和切削热的影响，工件表面层产生残余应力。,2020/9/8,125,二、表面质量对零件使用性能的影响,对零件耐磨性的影响 对零件疲劳强度的影响 对零件耐腐蚀性能的影响 对零件配合性质的影响,2020/9/8,126,零件表面质量对使用性能产生影响的原因,承受载荷应力最大的表面层是金属的边界，机械加工后破坏了晶粒的完整性，从而降低了表面的某些机械性能。 表面层有裂纹、加工痕迹等各种缺陷，在动载荷的作用下，可能引起应力集中而导致破坏。 零件表面经过加工后，表面层的物理、机械、冶金和化学性能都变得和基体材料不同了。,2020/9/8,127,1、对零件耐磨性的影响,在摩擦副的材料、热处理情况和润滑条件已经确定的情况下，零件的表面质量对耐磨性能起决定性的作用。,最佳Ra,最佳Ra: 气缸套内壁Ra0.2 活塞销外圆Ra0.1,2020/9/8,128,2、对零件疲劳强度的影响,在周期性的交变载荷作用下，零件表面微观不平与表面的缺陷一样都会产生应力集中现象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，应力集中越严重，越容易形成和扩展疲劳裂纹而造成零件的疲劳损坏。,2020/9/8,129,3、对零件耐腐蚀性能的影响,零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面凹处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，抗腐蚀性能差。,2020/9/8,130,4、对零件配合性质的影响,表面质量对零件的配合质量、密封性能及摩擦系数都有很大的影响。表面粗糙度值越大，初期磨损量越大，对动配合来说，使用不久就会使配合性质发生变化 。,2020/9/8,131,三、影响表面粗糙度的工艺因素,几何因素 物理因素 工艺系统的振动,2020/9/8,132,1、切削加工后的表面粗糙度,几何因素： 刀具相对工件作进给运动时在加工表面上留下来的切削层残留面积。 物理因素： 切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有比较大的差别。这主要是与被加工材料的塑性、切削时后刀面的挤压、切削用量、冷却润滑液等物理因素的影响有关。,2020/9/8,133,2、磨削加工后的表面粗糙度,几何因素： 砂轮结构、砂轮上磨粒的微刃形状和分布 。 磨削表面是由砂轮上大量的磨粒刻划出无数极细的沟槽形成的。 单位面积上刻痕越多，即通过每单位面积的磨粒数越多，以及刻痕的等高性越好，粗糙度也就越低。,2020/9/8,134,磨削的物理因素,大多数磨粒在滑擦作用下，被加工表面只有弹性变形，不产生切屑； 在耕犁作用下，磨粒在工件表面上刻划出一条沟痕，工件材料被挤向两边产生隆起，此时产生塑性变形但仍不产生切屑。 磨削量是经过很多后继磨粒的多次挤压因疲劳而断裂、脱落； 所以加工表面的塑性变形很大，表面粗糙度值就大。,2020/9/8,135,磨削对表面粗糙度值主要影响因素：,一、砂轮的粒度 二、砂轮修整质量的影响 三、砂轮速度与工件速度 四、磨削深度,粒度过大，磨削性能下降，零件表面粗糙。,工件速度越大，单个磨粒的磨削厚度越大，会使单位时间内磨削工件表面的磨粒数减少，使加工表面的粗糙度增大。,为了得到较小的表面粗糙度值，要避免砂轮转速为工件转速的整数倍，使磨粒与磨削痕迹错开。,砂轮修整的质量越高，砂轮工作表面上的微刃就越多，微刃的等高性就越好，工作表面粗糙度就越小。,磨削深度大单个磨粒的磨削厚度就增加，从而增加了塑性变形的程度，使磨削表面的粗糙度增加,2020/9/8,136,3、工艺系统振动的影响,金属切削过程中，工件和刀具之间常常发生强烈的振动，这是一种破坏正常切削过程的极其有害的现象 。 当切削振动发生时，工件表面质量严重恶化，粗糙度增大，产生明显的表面振痕，这时不得不降低切削用量，使生产率的提高受到限制。,2020/9/8,137,振动严重时，会产生崩刃现象，使加工过程无法进行下去。 振动将加速刀具和机床的磨损，从而缩短刀具和机床的使用寿命 振动噪音造成环境污染也危害工人的健康。,3、工艺系统振动的影响,2020/9/8,138,机械加工振动类型,按其产生的原因分为三大类 自由振动 强迫振动 自激振动,是工艺系统在一个稳定的外界周期性干扰力（激振力）作用下引起的振动。,由振动系统本身引起切削力周期性变化而产生的振动又称颤振。,2020/9/8,139,强迫振动的特点,工艺系统强迫振动的频率总是与外界激振力的频率一致，不会自行衰减消失。 当激振力的频率与工艺系统固有频率接近或相等时，就会引起共振 ，对工艺系统产生严重危害，应力求避免。,2020/9/8,140,强迫振动产生的原因内部和外部,机床传动件的制造、装配误差和结构缺陷 齿轮各项误差、齿轮啮合时的冲击，都会引起 的振动 液压系统的压力脉动、往复运动部件换向都引起振动 皮带接头不良产生的冲击； 断续切削和切削负荷不均时引起切削力的周期性变化的冲击振动：,2020/9/8,141,旋转零件的偏心质量、电动机转子旋转不平衡、机床回转零件的不平衡、工件的不平衡而产生振动。 外部振源其他机床、锻锤、火车、卡车等通过机床地基传给机床的振动。,2020/9/8,142,自激振动的特点,切削过程中产生的自激振动是频率较高的不衰减振动，占振动总数的65%。它往往是影响加工表面质量的主要因素。 自激振动的触发是由外界或系统本身某些瞬时的偶然干扰力。 靠振动系统本身周期性变化的切削力来加强和维持振动，使振动系统补充了由阻尼作用消耗的能量，让振动维持下去。,2020/9/8,143,只有切削运动停止，振动才消失。 自激振动的频率等于或接近于工艺系统的固有频率。,2020/9/8,144,减小振动的途径,减小或消除振源的激振力 高速回转件静平衡、动平衡；以人字齿轮代替直齿轮；降低往复件的速度；提高传动件的制造装配精度。 调整振源频率，避开共振区。 提高工艺系统刚性，增加阻尼。 隔振或装消振器。,2020/9/8,145,第五节 各种加工方法所能达到的 经济精度和表面粗糙度,一、经济精度 经济加工精度：在正常加工条件下所能达到的加工精度。 正常加工条件：采用标准合格的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长工作时间。 任何一种加工方法以可获得的经济精度和表面粗糙度都有一个较大的范围。,2020/9/8,146,2020/9/8,147,2020/9/8,148,2020/9/8,149,二、表面粗糙度,表面粗糙度与加工方法有密切关系。 必须正确选择加工方法，才能保证要求的表面粗糙度。 加工方法的选择：查表法和经验法 应结合具体条件来选择。如切削用量、刀具角度、设备、工艺装备、操作者水平、零件结构和尺寸、零件材料性能等。,2020/9/8,150,2020/9/8,151,