机械制造技术基础第6章课件

MMT本章要点机械加工误差分析机械加工表面质量第第6 6章章 机械加工误差及表面质量机械加工误差及表面质量MMT机械制造技术基础机械制造技术基础第第6章章 机械加工误差及表面质量The machining error and surface quality 6.1 机械加工误差分析机械加工误差分析Mechanical processing and error analysisMMT6.1.1 加工误差的基本概念加工误差的基本概念 加工精度：加工精度：零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互关系）与理想几何参数接近程度。符合程度愈高，加工精度愈高。符合程度愈高，加工精度愈高。加工误差：加工误差：零件加工后的实际值与理想值之差称零件加工后的实际值与理想值之差称为加工误差。为加工误差。常用加工误差的大小来评价加工精度的高低常用加工误差的大小来评价加工精度的高低 加工误差越小，加工精度越高加工误差越小，加工精度越高 零件的加工精度包括零件的加工精度包括 尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度 通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高通常尺寸精度要求高形位精度要求也越高MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工而产生的误差。式中 R 球头刀半径；h 允许的残留高度。例例2：用阿基米德蜗杆滚刀滚切渐开线齿轮例例1：在数控铣床上采用球头刀铣削复杂形面零件(图2-5)SRh图 空间曲面数控加工（1 1）加工原理）加工原理）加工原理）加工原理误差误差误差误差1 1、工艺系统的几何、工艺系统的几何误差误差MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响机床几何误差机床几何误差机床传动链误差机床传动链误差机床导轨导向误差机床导轨导向误差机床主轴回转误差机床主轴回转误差水平面内直线度垂直面内直线度前后导轨平行度径向圆跳动轴向窜动倾角摆动内联传动链始末两端传动元件间相对运动误差（2 2）机床）机床）机床）机床误差误差误差误差 MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响 主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想主轴回转误差是指主轴实际回转线对其理想回转轴线的漂移。回转轴线的漂移。主轴回转误差可分解为径向圆跳动、轴向窜动主轴回转误差可分解为径向圆跳动、轴向窜动和倾角摆动三种基本型式。和倾角摆动三种基本型式。b）轴向圆跳动a）径向圆跳动c）倾角摆动图 主轴回转误差基本形式 径向圆跳动径向圆跳动主轴回转轴线相对于平主轴回转轴线相对于平均回转轴线在径向的变动量。它主要影响圆均回转轴线在径向的变动量。它主要影响圆柱面的精度。柱面的精度。轴向窜动轴向窜动回转轴线沿平均回转轴线回转轴线沿平均回转轴线方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴方向的轴向运动。它主要影响端面形状和轴向尺寸精度。向尺寸精度。倾倾角角摆摆动动回回转转轴轴线线与与平平均均回回转转轴轴线线成成一一倾倾斜斜角角度度，但但其其交交点点位位置置固固定定不不变变的的运运动动。在在不不同同横横截截面面内内，轴轴心心运运动动误误差差轨轨迹迹相相似似，它它影影响响圆圆柱柱面面与与端面加工精度。端面加工精度。主轴回转误差主轴回转误差MMT 主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴主轴采用滑动轴承的车床类，主轴受力方向一定，主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响。镗床主轴颈圆度误差影响较大，轴承内径圆度误差没影响。镗床主轴受力随镗刀旋转方向不断变化，受轴承孔误差影响大受力随镗刀旋转方向不断变化，受轴承孔误差影响大图图 主轴采用滑动轴承的径向跳动主轴采用滑动轴承的径向跳动轴承误差的影响轴承误差的影响6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂滚动轴承结构复杂，影响主轴精度因素也较复杂 除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴除轴承本身精度外，与配合件精度有很大关系如主轴轴颈、支承座孔等精度颈、支承座孔等精度6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响使主轴的回转精度不依赖于主轴使主轴的回转精度不依赖于主轴图图 外圆磨床上采用固定顶外圆磨床上采用固定顶尖磨削外圆柱面尖磨削外圆柱面 图图 镗模镗孔镗模镗孔 提高主轴部件的制造精度。提高主轴部件的制造精度。提高主轴回转精度的措施提高主轴回转精度的措施对滚动轴承进行预紧，以消除间隙对滚动轴承进行预紧，以消除间隙MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响导轨导向精度是指机床导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度，这两者之间的偏差值则称为导向误差。包括：导轨在水平面内的直线度 导轨在垂直面内的直线度 前后导轨平行度（扭曲）机床导轨误差机床导轨误差MMTYyoDR水平面水平面导轨水平面内直线度导轨水平面内直线度图图 导轨在水平面内直线度误差导轨在水平面内直线度误差1）导轨在水平面内的直线度）导轨在水平面内的直线度y（以卧式车床为例）（以卧式车床为例）y将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）将直接反映在工件加工表面法线方向（误差敏感方向）上，误差上，误差R=y，对加工精度影响最大。，对加工精度影响最大。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。刀尖在水平面内的运动轨迹造成工件轴向形状误差。6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT图图 导轨在垂直面内直线度误差导轨在垂直面内直线度误差z垂直平面垂直平面导轨垂直面直线度导轨垂直面直线度ZdRRd/22)2)在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度z z对工件的尺寸和形状误差影响比对工件的尺寸和形状误差影响比y小得多小得多对卧式车床对卧式车床R z2/D 若设若设z=0.10.1mm,D=40=40mm，则则R=0.00025=0.00025mm，影响可忽略不计。，影响可忽略不计。而对平面磨床、龙而对平面磨床、龙门刨床误差将直接反映在工件上。门刨床误差将直接反映在工件上。6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT 一般车床一般车床H/B2/3，外，外圆磨床圆磨床HB，因此该项，因此该项原始误差原始误差对加工精度对加工精度的影响很大，不可忽略，的影响很大，不可忽略，当当很小时，该误差不显很小时，该误差不显著。著。图 导轨扭曲引起的加工误差R3)前后导轨的平行度前后导轨的平行度（扭曲）（扭曲）前后导轨不平行时，加工半径误差前后导轨不平行时，加工半径误差 6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响机机床传动链误差床传动链误差 在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之在车螺纹、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，间有严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联机床内联系传动链系传动链的误差必须控制在允许的范围内。的误差必须控制在允许的范围内。（1 1）机床传动链误差定义）机床传动链误差定义 指传动链始末两端执指传动链始末两端执行元件间相对运动的误差。行元件间相对运动的误差。（2 2）机床传动链误差描述）机床传动链误差描述 传动链末端元件产生的转角误差。传动链末端元件产生的转角误差。它的它的大小对车、磨、铣螺纹，滚、插、磨（展成大小对车、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、齿距精加工表面的形状误差，如螺距精度、齿距精度等。度等。MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响（3 3）减少传动链误差的措施）减少传动链误差的措施1 1）尽量缩短传动链。）尽量缩短传动链。2 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。末端零件的精度。3 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的）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。一级传动件应在最后。4 4）消除传动链中齿轮副的间隙。）消除传动链中齿轮副的间隙。5 5）采用）采用误差校正（补偿）机构误差校正（补偿）机构。MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响刀具刀具误差误差 一般刀具一般刀具(如普通车刀、单刃镗刀和平面铣如普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。的制造误差，对加工精度没有直接影响。一般一般刀具刀具定尺寸刀具定尺寸刀具成形刀具成形刀具展展成刀具成刀具定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装差直接影响加工工件的尺寸精度。刀具在安装使用中不当将产生跳动，也将影响加工形状精使用中不当将产生跳动，也将影响加工形状精度。度。成形刀具成形刀具(如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等等)的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的的制造误差和磨损，主要影响被加工表面的形状精度。形状精度。展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）展成刀具（如齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等）的切削刃形状必须是加工表面的共轭曲线。因的切削刃形状必须是加工表面的共轭曲线。因此，切削刃的形状误差会影响加工表面的形状此，切削刃的形状误差会影响加工表面的形状精度。精度。（3 3）工艺系统其他几何）工艺系统其他几何误差误差MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响L0.056F710F7k620H 7g 6YZ图 钻径向孔的夹具 夹具误差影响加工位置精度。夹具误差影响加工位置精度。与夹具有关的影响位置误差因素包括：与夹具有关的影响位置误差因素包括：通常要求定位误差和夹具制造误差不大于工件相应公差的1/3。夹具误差夹具误差1）定位误差和夹紧误差2）制造误差制造误差；3）装配后的相对尺寸误差；4）磨损MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响调整误差调整误差调整误差调整误差 测量误差。测量误差。试切时与正式切削时切削厚度试切时与正式切削时切削厚度不同造成的误差。不同造成的误差。机床进给机构的位移误差。机床进给机构的位移误差。定程机构误差。定程机构误差。样件或样板误差。样件或样板误差。测量有限试件造成的误差。测量有限试件造成的误差。a）b）图 试切法与调整法试切法试切法（图 a）调整法调整法（图 b）测测量误差量误差 MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响 机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。图图 受力变形对工件精度的影响受力变形对工件精度的影响2 2 2 2、工艺系统受力工艺系统受力工艺系统受力工艺系统受力变形引起的误差变形引起的误差变形引起的误差变形引起的误差MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响 工件加工表面在切削力法向分力Fp的作用下，刀具相对工件在该方向上位移y的比值。（1 1）工艺系统刚度）工艺系统刚度）工艺系统刚度）工艺系统刚度式中 k工艺系统刚度；Fp吃刀抗力；y 工艺系统位移（切削合力作用下的位移）。MMT（3 3）减少工艺）减少工艺）减少工艺）减少工艺系统受力系统受力系统受力系统受力变形的主要措施变形的主要措施变形的主要措施变形的主要措施提高关键零部件刚度提高关键零部件刚度v合理设计零部件结构和截面形状6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT提高工艺系统中零件间的配合质量以提高接触刚度。给机床部件预加载荷提高工件定位基准面的精度和减小它的表面粗糙度。提高接触刚度提高接触刚度采用合理装夹和加工方式采用合理装夹和加工方式图 支座零件不同安装方法6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT图图 车细长轴时，采用中心架和跟刀架车细长轴时，采用中心架和跟刀架采用辅助支承采用辅助支承6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响在精密加工和大件加工中，工艺系统热变形引起的加工误差占总误差的约4070%。工艺系统热源内部热源外部热源切削热摩擦热环境热源辐射热工艺系统热源工艺系统热源3 3 3 3、工艺系统的热工艺系统的热工艺系统的热工艺系统的热变形引起的误差变形引起的误差变形引起的误差变形引起的误差v 温度场工艺系统各部分温度分布v 热平衡单位时间内，系统传入的热量与传出的热量相等，系统各部分温度保持在一相对稳定的数值上温度场与工艺系统热平衡温度场与工艺系统热平衡MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响v 体积大，热容量大，温升不高，达到热平衡时间长v 结构复杂，温度场和变形不均匀，对加工精度影响显著运转时间/h0 1 2 3 450150100200位移/m20406080温升/YX前轴承温升图 车床受热变形a）车床受热变形形态b）温升与变形曲线机床热变形特点机床热变形特点车床热变形车床热变形（2 2）机床热变形对加工精度影响）机床热变形对加工精度影响 MMT 圆柱类工件热变形 而6级丝杠累积误差全长0.02mm，可见热变形的严重性式中 L，D 长度和直径热变形量；L，D 工件原有长度和直径；工件材料线膨胀系数（钢：）；t 温升。长度：长度：直径：直径：例：丝杠长例：丝杠长2m2m，加工过程温升约，加工过程温升约3 3，热伸长量为：，热伸长量为：工件比较均匀地受热工件比较均匀地受热（3 3）工件工件热变形对加工精度的影响热变形对加工精度的影响 6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT式中 X 变形挠度；L，S 工件原有长度和厚度；工件材料线膨胀系数；t 温升。板类工件单面加工时的热变形图 平面加工热变形X/4LS此值已大于精密导轨平直度要求结结果果：加工时上表面升温，工件向上拱起，磨削时将中凸部分磨平，冷却后工件下凹。例例：高600mm，长2000mm的床身，若上表面温升为3，则变形量为：工件不均匀受热工件不均匀受热6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响 体积小，热容量小，达到热平衡时间较短体积小，热容量小，达到热平衡时间较短 温升高，变形不容忽视（达温升高，变形不容忽视（达0.03 0.03 0.05mm0.05mm）特点(min)图 车刀热变形曲线连续切削升温曲线冷却曲线间断切削升温曲线（m）maxb0c0.63max（4 4）刀具）刀具热变形对加工精度的影响热变形对加工精度的影响 MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响（5 5）减小工艺系统热变形的途径）减小工艺系统热变形的途径）减小工艺系统热变形的途径）减小工艺系统热变形的途径 例例：立式平面磨床立柱前壁温度高，产生后倾。解决解决：采用热空气加热立柱后壁。图 均衡立柱前后壁温度场v 减少切削热和磨削热，粗、精加工分开。v隔离热源。v充分冷却和强制冷却。减少热源发热和隔离热源减少热源发热和隔离热源均衡温度场均衡温度场MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响图 支承距影响热变形L1L2v 热对称结构v 合理选择装配基准v高速空运转v人为加热采用合理结构采用合理结构加速达到热平衡加速达到热平衡MMT6.6.1.2 1.2 加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响加工误差产生的原因及对加工质量的影响图 铸件残余应力引起变形图 冷校直引起的残余应力压拉加载压压拉拉卸载v增加消除内应力的热处理工序v合理安排工艺过程v改善零件结构内应力产生的原因内应力产生的原因v 毛坯制造和热处理产生的残余应力减小内应力措施减小内应力措施v 冷校直带来的残余应力v切削加工带来的残余应力4 4、工件工件工件工件内应力所引起的加工误差内应力所引起的加工误差内应力所引起的加工误差内应力所引起的加工误差ABCMMT图图 反拉法切削细长轴反拉法切削细长轴 a)正向进给正向进给 b)反向进给反向进给1.1.减少误差法减少误差法减少误差法减少误差法6.1.3 减少加工误差的措施减少加工误差的措施MMT图 丝杠加工误差补偿装置1 工件 2 螺母 3 母丝杠 4 杠杆 5 校正尺 6 触头 7 校正曲线 附加位移螺母附加转动2.2.误差补偿法误差补偿法误差补偿法误差补偿法6.1.3 减少加工误差的措施减少加工误差的措施MMT4.4.误差转移法误差转移法误差转移法误差转移法a）b）图 转塔车床刀架转位误差的转移 1.如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床如镗孔时镗杆与主轴采用浮动连接，使用镗模将机床 误差转移到新装置上加以控制；误差转移到新装置上加以控制；2.转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向转塔刀架的转位误差转移到误差不敏感方向6.1.3 减少加工误差的措施减少加工误差的措施MMT5.5.就地就地就地就地加工法（加工法（加工法（加工法（自干自）自干自）自干自）自干自）机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。机床零件装到工作位置上再精加工，消除误差影响。如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行如牛头刨、龙门刨工作台面装配在自身机床上进行“自刨自自刨自”精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；精加工，以保证对滑枕、横梁的平行度；平面磨床工作台面在装配后作平面磨床工作台面在装配后作“自磨自自磨自”精加工；精加工；在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度在机床上修正卡盘平面的平直度，卡爪的同轴度a）b）图 转塔车床6.1.3 减少加工误差的措施减少加工误差的措施MMT 误差复映，引起本工序误差；误差复映，引起本工序误差；定位误差扩大，引起本工序误差。定位误差扩大，引起本工序误差。解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差解决这个问题，最好是采用分组调整均分误差的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小的办法。这种办法的实质就是把原始误差按其大小均分为均分为n n组，每组组，每组毛坯误差范围就缩小为原来的毛坯误差范围就缩小为原来的1/n1/n，然后按各组分别调整加工。然后按各组分别调整加工。6.6.均分原始误差均分原始误差均分原始误差均分原始误差6.1.3 减少加工误差的措施减少加工误差的措施MMT机械制造技术基础机械制造技术基础6.2 机械加工表面质量机械加工表面质量Machining surface quality第第6章章 机械加工误差及表面质量The machining error and surface quality MMT6.6.2.1 2.1 机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念 加工表面质量加工表面质量是指机器零件加工后表面层的状态是指机器零件加工后表面层的状态。表面质量表面几何形状误差表面层金属材料性能方面质量表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）MMT6.6.2.1 2.1 机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念 加工表面的几何形状误差表面粗糙度表面粗糙度 波长波长/波高波高5050波波度度 波长波长/波高波高=50=5010001000；且具有周期特性；且具有周期特性纹理方向纹理方向表面缺陷表面缺陷 加工表面出现的缺陷，例如沙眼、气孔、裂痕等加工表面出现的缺陷，例如沙眼、气孔、裂痕等MMT6.6.2.1 2.1 机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念 表表面面层层金金属属的的冷冷作作硬硬化化（简简称称冷冷硬硬）：零零件件在在机机械械加加工工中中表表面面层层金金属属产产生生强强烈烈的的冷冷态态塑塑性性变变形形后后，引引起起的的强强度度和硬度都有所提高的现象。和硬度都有所提高的现象。表表面面层层金金相相组组织织的的变变化化：由由于于切切削削热热引引起起工工件件表表面面温温升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。升过高，表面层金属发生金相组织变化的现象。表表面面层层残残余余应应力力：由由于于加加工工过过程程中中切切削削变变形形和和切切削削热热的影响，工件表面层产生残余应力。的影响，工件表面层产生残余应力。表面表面层的物理性质层的物理性质MMT6.6.2.1 2.1 机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念2 2、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响 （一）表面质量对耐磨性的影响（一）表面质量对耐磨性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（二）表面质量对耐疲劳性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（三）表面质量对耐蚀性的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响（四）表面质量对零件配合质量的影响（五）表面质量对其他方面影响（五）表面质量对其他方面影响MMT6.6.2.1 2.1 机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念机械加工表面质量的基本概念2 2、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响 零件表面质量零件表面质量粗糙度太大、太小都不耐磨粗糙度太大、太小都不耐磨适度冷硬能提高耐磨性适度冷硬能提高耐磨性对疲劳强度的对疲劳强度的影响影响对耐磨性影响对耐磨性影响对耐腐蚀性能对耐腐蚀性能的影响的影响对工作精度的对工作精度的影响影响粗糙度越大，疲劳强度越差粗糙度越大，疲劳强度越差适度冷硬、残余压应力能提高疲劳适度冷硬、残余压应力能提高疲劳强度强度粗糙度越大、工作精度降低粗糙度越大、工作精度降低残余应力越大，工作精度降低残余应力越大，工作精度降低粗糙度越大，耐腐蚀性越差粗糙度越大，耐腐蚀性越差压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之压应力提高耐腐蚀性，拉应力反之则降低耐腐蚀性则降低耐腐蚀性MMT图 车削时残留面积的高度直线刃车刀直线刃车刀圆弧刃车刀圆弧刃车刀影响因素：影响因素：frRmaxvfrb）Rmaxfa）vf1 1、切削、切削加工后的表面粗糙度加工后的表面粗糙度刀具几何因素的影响刀具几何因素的影响6.6.2.2 2.2 影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素MMT 切切削削速速度度影影响响最最大大：v v=202050m/min50m/min范范围围，易易产产生生积积屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。屑瘤和鳞刺，表面粗糙度最差。图 切削45钢时切削速度与粗糙度关系100120v（m/min）020406080140表面粗糙度Rz（m）481216202428收缩系数Ks1.52.02.53.0积屑瘤高度 h（m）0200400600hKsRz切削用量的影响切削用量的影响6.6.2.2 2.2 影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素MMT 适当增大刀具的前角可以减小切削时的塑性变形程度；合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制积屑瘤、鳞刺的生成，也是减小表面粗糙度值的有效措施。脆性材料：加工粗糙度比较接近理论粗糙值。韧性材料：工件材料韧性愈大，金属塑性变形愈大，加工表面愈粗糙。故对中碳钢和低碳钢材料的工件，为改善切削性能，减小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或调质处理。工件材料的影响工件材料的影响刀具几何角度、刃磨质量，切削液等的影响刀具几何角度、刃磨质量，切削液等的影响6.6.2.2 2.2 影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素MMT6.2.2 影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素2 2、磨削加工后的表面粗糙度、磨削加工后的表面粗糙度、磨削加工后的表面粗糙度、磨削加工后的表面粗糙度 (1).(1).磨削用量对表面粗糙度的影响磨削用量对表面粗糙度的影响 砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，砂轮转速越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数越多，表面粗糙度值就越小。表面粗糙度值就越小。工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相工件转速对表面粗糙度值的影响刚好与砂轮转速的影响相反。反。工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表工件的转速增大，通过加工表面的磨粒数减少，因此表面粗糙度值增大面粗糙度值增大。砂轮的纵向进给量减小，工件表面将被重叠切削，而被磨砂轮的纵向进给量减小，工件表面将被重叠切削，而被磨次数越多，工件表面粗糙度值就越小。次数越多，工件表面粗糙度值就越小。切削深度增大，塑性变形随之增大，表面粗糙度增大切削深度增大，塑性变形随之增大，表面粗糙度增大。MMT6.2.2 影响加工表面粗糙度的因素影响加工表面粗糙度的因素（2 2）.砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响砂轮的粒度砂轮的粒度 砂轮的粒度号数越大，磨粒的尺寸越小，参加磨削的磨砂轮的粒度号数越大，磨粒的尺寸越小，参加磨削的磨粒就越多，磨削出的表面就越光滑。粒就越多，磨削出的表面就越光滑。砂轮的磨粒砂轮的磨粒 磨粒在砂轮上的分布越均匀、磨粒越细，刃口的等高性越好。则砂轮单位面积上参加磨削的磨粒越多，磨削表面上的刻痕就越细密均匀，表面粗糙度值就越小。砂轮修整砂轮修整 砂轮修整除了使砂轮具有正确的几何形状外，更重要的是使砂轮工作表面形成排列整齐而又锐利的微刃。因此，砂轮修整的质量对磨削表面的粗糙度影响很大。MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精振动会在工件加工表面出现振纹，降低了工件的加工精度和表面质量；度和表面质量；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动会引起刀具崩刃打刀现象并加速刀具或砂轮的磨损；振动使机床连接部分松动，影响运动副的工作性能，并振动使机床连接部分松动，影响运动副的工作性能，并导致机床丧失精度；导致机床丧失精度；强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操强烈的振动及伴随而来的噪声，还会污染环境，危害操作者的身心健康。为减小加工过程中的振动，有时不得不作者的身心健康。为减小加工过程中的振动，有时不得不降低切削用量，使机械加工生产率降低。降低切削用量，使机械加工生产率降低。1、振动对机械加工的影响、振动对机械加工的影响MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动机械加工振动自激振动自激振动自由振动自由振动强迫振动强迫振动当系统受到初始干扰力激励破当系统受到初始干扰力激励破坏了其平衡状态后，系统仅靠坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。由于总存在阻尼，自由振动。由于总存在阻尼，自由振动将逐渐衰减，如图自由振动将逐渐衰减，如图8-14a所示。所示。(占占5%)系统在周期性激振力系统在周期性激振力(干扰力干扰力)持持续作用下产生的振动，称为强迫续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫振动的稳态过程是谐振动。强迫振动的稳态过程是谐振动，只要有激振力存在振动系振动，只要有激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。统就不会被阻尼衰减掉。如如图图8-14b所示。所示。(占占35%)在没有周期性干扰力作用的情在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。生的自激振动也称为颤振。(占占65%)MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介2、自由振动、自由振动工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状工艺系统受到初始干扰力而破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。为自由振动。由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐由于系统中总存在由阻尼，自由振动将逐渐衰弱，对加工影响不大。衰弱，对加工影响不大。MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介强迫振动产生原因强迫振动产生原因强迫振动产生原因强迫振动产生原因v 由外界周期性的干扰力（激振力）作用引起v 强迫振动振源：机外机内。机外：振源均通过地基把振动传给机床。机内：1）回转零部件质量的不平衡 2）机床传动件的制造误差和缺陷 3）切削过程中的冲击v 频率特征：与干扰力的频率相同，或是干扰力频率整倍数v 幅值特征：与干扰力幅值、工艺系统动态特性有关。当干扰力频率接近或等于工艺系统某一固有频率时，产生共振v 相角特征：强迫振动位移的变化在相位上滞后干扰力一个角，其值与系统的动态特性及干扰力频率有关。强迫振动的特征强迫振动的特征强迫振动的特征强迫振动的特征MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介三、三、减小强迫振动的措施减小强迫振动的措施减小激振力 调整振源频率 提高工艺系统的刚度和阻尼采取隔振措施 采用减振装置。MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介4自激振动的产生及特征自激振动的产生及特征 在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材在实际加工过程中，由于偶然的外界干扰（如工件材料硬度不均、加工余量有变化等），会使切削力发生变化，料硬度不均、加工余量有变化等），会使切削力发生变化，从而使工艺系统产生自由振动。系统的振动必然会引起工从而使工艺系统产生自由振动。系统的振动必然会引起工件、刀具间的相对位置发生周期性变化，这一变化若又引件、刀具间的相对位置发生周期性变化，这一变化若又引起切削力的波动，则使工艺系统产生振动。因此通常将自起切削力的波动，则使工艺系统产生振动。因此通常将自激振动看成是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切削激振动看成是由振动系统（工艺系统）和调节系统（切削过程）两个环节组成的一个闭环系统，如过程）两个环节组成的一个闭环系统，如图图所示。所示。激励工艺系统产生振动运动的交变力是由激励工艺系统产生振动运动的交变力是由切削过程切削过程本身本身产生的，而切削过程同时又受工艺系统的振动的控产生的，而切削过程同时又受工艺系统的振动的控制，工艺系统的振动一旦停止，动态切削力也就随之消制，工艺系统的振动一旦停止，动态切削力也就随之消失。失。MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介自激振动自激振动特点特点不不衰减的振动衰减的振动它由振动过程本身引起它由振动过程本身引起切削力周期性变化，从切削力周期性变化，从不具备交变特性的能源不具备交变特性的能源中周期获得能量，使振中周期获得能量，使振动得以维持。动得以维持。自激振动由振动系统自激振动由振动系统本身参本身参数数决定，与强迫决定，与强迫振动振动显著显著不不同同。自由振自由振动受动受阻尼作用阻尼作用将将迅迅速衰减速衰减，而，而自激振动不自激振动不会会因因阻阻尼存尼存在而衰减。在而衰减。自激振动的频率接近于自激振动的频率接近于系系统的固有频率，即颤振频统的固有频率，即颤振频率取决率取决于振动系统的固于振动系统的固有有特特性性。这。这与自由振动相似与自由振动相似，而而与与强迫强迫振动根本不同振动根本不同EE AA1 1 A A0 0 AA22 A AEE-E+E+f自自=f固固取决于一周期获得的能量取决于一周期获得的能量取决于切削过程本身取决于切削过程本身MMT6.6.2.3 2.3 机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介机械加工振动简介抑制自激振动途径抑制自激振动途径V=3070m/min自振f自振；保证Ra时f提高机床抗振性提高刀具抗振性（采用消振刀具）提高工件安装刚性根据振型耦合原理，工艺系统的振动还受到各振型的刚度比及其组合的影响。合理调整它们之间的关系，就可以有效地提高系统的抗振性，抑制自激振动。（削扁镗杆试验）提高工艺系统抗振性提高工艺系统抗振性合理选择切削用量合理选择切削用量合理选择刀具参数合理选择刀具参数采用变速切削采用变速切削采用采用减振装置减振装置合理调整主振模态合理调整主振模态刚度比及其组合刚度比及其组合前角、主偏角自振后角自振；但太小时自振抑制再生颤振方法用于工艺系统刚性较好的场合。MMT1 原始误差是指产生加工误差的“源误差”，即（）。机床误差 夹具误差 刀具误差 工艺系统误差2 误差的敏感方向是（）。主运动方向 进给运动方向 过刀尖的加工表面的法向 过刀尖的加工表面的切向3 在车床上就地车削（或磨削）三爪卡盘的卡爪是为了（）。提高主轴回转精度 降低三爪卡盘卡爪面的表面粗糙度 提高装夹稳定性 保证三爪卡盘卡爪面与主轴回转轴线同轴4 工艺系统刚度等于工艺系统各组成环节刚度（）。之和 倒数之和 之和的倒数 倒数之和的倒数MMT5 影响切削残留面积高度的因素主要包括（）等。切削速度 进给量 刀具主偏角 刀具刃倾角6 影响切削加工表面粗糙度的主要因素有（）等。切削速度 切削深度 进给量 工件材料性质7 影响外圆磨削表面粗糙度的磨削用量有（）。砂轮速度 工件速度 磨削深度 纵向进给量8 消除或减小加工硬化的措施有()等。加大刀具前角 改善工件的切削加工性 提高刀具刃磨质量 降低切削速度9 避免磨削烧伤、磨削裂纹的措施有()等。选择较软的砂轮 选用较小的工件速度 选用较小的磨削深度 改善冷却条件MMT 10 如图所示，零件安装在车床三爪卡盘上车孔（内孔车刀安装在刀架上）。加工后发现被加工孔出现外大里小的锥度误差。产生该误差的可能原因有（）。主轴径向跳动 三爪装夹面与主轴回转轴线不同轴 车床导轨与主轴回转轴线不平行 刀杆刚性不足