机械加工质量--课件

机械加工质量机械加工质量第第2章章2.1机械加工精度机械加工精度2.2机械加工的表面质量机械加工的表面质量1PPT课件第第2章机械加工质量章机械加工质量机器零件的加工质量决定了机器的：机器零件的加工质量决定了机器的：1.性能性能 2.质量质量 3.寿命寿命机器产品加工质量的内容：机器产品加工质量的内容：1.加工精度加工精度宏观的零件几何参数宏观的零件几何参数 2.加工表面质量加工表面质量零件表面层的物理机械性能零件表面层的物理机械性能 加工表面质量粗糙度方面已获得小于加工表面质量粗糙度方面已获得小于0.0005m0.0005m的粗糙度。的粗糙度。加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。加工质量与设备、工艺方法、工艺措施有关。2PPT课件2.1机械加工精度2.1.1概述概述 1、机械加工精度机械加工精度(简称加工精度简称加工精度)：是指零件在机械加工后是指零件在机械加工后的几何参数的几何参数(尺寸、几何形状和表面间相互位置尺寸、几何形状和表面间相互位置)的实际值和理的实际值和理论值相符合的程度。论值相符合的程度。2、加工误差：、加工误差：实际参数与理论参数的差值实际参数与理论参数的差值3PPT课件2.1机械加工精度2.1.2影响加工精度的因素及其分析影响加工精度的因素及其分析 在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的在机械加工中，零件的尺寸、几何形状和表面间相互位置的形成，取决于形成，取决于工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系工件和刀具在切削运动过程中的相互位置关系，而，而工件和刀具又安装在夹具和机床上。工件和刀具又安装在夹具和机床上。1）工艺系统：）工艺系统：机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成的完整系统的完整系统 2）工艺系统中的误差产生零件加工误差的根源，称为）工艺系统中的误差产生零件加工误差的根源，称为原始原始误差误差4PPT课件2.1机械加工精度5PPT课件1.加工原理误差加工原理误差2.1机械加工精度 原理误差：原理误差：由于采用了由于采用了近似的加工运动近似的加工运动或或 近似的刀具轮近似的刀具轮廓廓而产生的原始误差。而产生的原始误差。例例:滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆 （近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）；模数铣刀铣齿模数铣刀铣齿（近似的刀具轮廓）（近似的刀具轮廓）；用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。（近似的加工运动）（近似的加工运动）6PPT课件2.1机械加工精度7PPT课件例例1.在公制车床上车模数为在公制车床上车模数为2mm蜗杆时，挂轮计算式为蜗杆时，挂轮计算式为：，若若P=6mm，求加工后蜗杆螺距求加工后蜗杆螺距误差是多少误差是多少？P1=2P=6 i8PPT课件而而理论螺距理论螺距应该为：应该为：P=m=23.14159=6.2832mm所以螺距误差为：所以螺距误差为：p=P1P=6.28576.2832=0.0025mm解：解：9PPT课件(1)机床几何误差机床几何误差2.机床、刀具、夹具的制造误差与磨损机床、刀具、夹具的制造误差与磨损2.1机械加工精度机床误差来自机床本身各部件三方面：机床误差来自机床本身各部件三方面：制造；制造；安装；安装；磨损。磨损。对加工误差影响大的机床误差有三个部分：对加工误差影响大的机床误差有三个部分：1）主轴回转误差）主轴回转误差;2）导轨误差）导轨误差;3）传动链误差。）传动链误差。10PPT课件 1）主轴回转误差。）主轴回转误差。纯径向跳动误差纯径向跳动误差轴向窜动误差轴向窜动误差纯角度摆动误差纯角度摆动误差11PPT课件 车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。车外圆时它使加工面产生圆度和圆柱度误差。主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。主轴纯径向跳动误差对加精度的影响。产生的主要原因：产生的主要原因：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差等。圆度误差等。a.切削力切削力F的作用方向不变（见图的作用方向不变（见图2-5 车外圆的情形车外圆的情形)RRR1R33241理论位置理论位置实际位置实际位置Roo 12PPT课件 b.切削力切削力F的作用方向变化（见图的作用方向变化（见图2-4镗床镗孔镗床镗孔)在切削力在切削力F的作用下，的作用下，主轴总是以其支承轴颈某主轴总是以其支承轴颈某一固定部位与轴承内表面一固定部位与轴承内表面的不同部位接触，因此，的不同部位接触，因此，轴承内表面的圆度误差将轴承内表面的圆度误差将直接反映为主轴径向圆跳直接反映为主轴径向圆跳动动d，而主轴支承轴颈的，而主轴支承轴颈的圆度误差则影响不大。圆度误差则影响不大。13PPT课件 主轴轴向窜动误差对加工精度的影响主轴轴向窜动误差对加工精度的影响 主轴的纯轴向窜动对主轴的纯轴向窜动对内、外圆加工没有影响内、外圆加工没有影响，但所加工的，但所加工的端面却与内外圆轴线不垂直。主轴每转一周，就要沿轴向窜动端面却与内外圆轴线不垂直。主轴每转一周，就要沿轴向窜动一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，向后窜动的半周中形一次，向前窜动的半周中形成右螺旋面，向后窜动的半周中形成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在端面中成左螺旋面，最后切出如同端面凸轮一样的形状，并在端面中心附近出现一个凸台。心附近出现一个凸台。当加工螺纹时，则会产生单个螺距内的当加工螺纹时，则会产生单个螺距内的周期误差。周期误差。14PPT课件 纯角度摆动误差对加工精度的影响。纯角度摆动误差对加工精度的影响。主轴的纯角度摆动也因加工方法而异。车外圆时，会产生主轴的纯角度摆动也因加工方法而异。车外圆时，会产生圆柱度误差圆柱度误差(锥体锥体)；镗孔时，孔将成椭圆形如图；镗孔时，孔将成椭圆形如图2-6所示。所示。15PPT课件影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施。影响主轴回转精度的因素及提高回转精度的措施。主轴回转轴线的运动误差不仅和主轴部件的制造精度有关，而主轴回转轴线的运动误差不仅和主轴部件的制造精度有关，而且还和切削过程中主轴受力、受热后的变形有关。但主轴部件的制且还和切削过程中主轴受力、受热后的变形有关。但主轴部件的制造精度是主要的，是主轴回转精度的基础，它包含造精度是主要的，是主轴回转精度的基础，它包含轴承误差、轴承轴承误差、轴承间隙、与轴承相配合零件的误差间隙、与轴承相配合零件的误差等。等。图图2-7轴颈与轴套孔圆度误差引起的径向跳动轴颈与轴套孔圆度误差引起的径向跳动16PPT课件 2）导轨误差）导轨误差 使刀尖在水平面使刀尖在水平面内产生位移内产生位移Y，造，造成工件在半径方向成工件在半径方向上的误差上的误差R。导轨在水平面内有直线度误差。导轨在水平面内有直线度误差。此项误差此项误差对于普通车床和外圆磨床，将直接反映在被加对于普通车床和外圆磨床，将直接反映在被加工工件表面的法向方向，所以对加工精度影响极大，使工件工工件表面的法向方向，所以对加工精度影响极大，使工件产生圆柱度误差产生圆柱度误差(鞍形或鼓形鞍形或鼓形)。17PPT课件导轨在垂直平面内有直线度误差。导轨在垂直平面内有直线度误差。如图如图2-9所示，使刀尖产生所示，使刀尖产生Z的位移，造成工件在半径方向上产生误差的位移，造成工件在半径方向上产生误差R=(Z）2/2R，除加工圆锥形表面外，它对加工精度的影响不大，可以忽略不除加工圆锥形表面外，它对加工精度的影响不大，可以忽略不计。计。18PPT课件图图2-10龙门刨床导轨在垂直平面内直线度引起的误差龙门刨床导轨在垂直平面内直线度引起的误差但对于但对于龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床龙门刨床、龙门铣床及导轨磨床来说，导轨在垂直面来说，导轨在垂直面内的直线度误差将直接反映到工件上。如图内的直线度误差将直接反映到工件上。如图2-10所示龙门刨所示龙门刨床，工作台为薄长件，刚性很差，如果床身导轨为中凹形，床，工作台为薄长件，刚性很差，如果床身导轨为中凹形，刨出的工件也是中凹形。刨出的工件也是中凹形。19PPT课件 (3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响导轨间的平行度误差对加工精度的影响 当前后导轨在垂直平面内当前后导轨在垂直平面内 有平行度误差（扭曲误差）时，有平行度误差（扭曲误差）时，刀尖的运动轨迹是一条空间曲刀尖的运动轨迹是一条空间曲 线，线，使工件产生圆柱度误差。使工件产生圆柱度误差。导轨间在垂直方向有平行导轨间在垂直方向有平行 度误差度误差l3时，如图时，如图2-11所示，所示，将使工件与刀具的正确位置在将使工件与刀具的正确位置在 误差敏感方向产生误差敏感方向产生y（H/B)的偏移量，使工件半径产的偏移量，使工件半径产 生生R y的误差，对加工精的误差，对加工精 度影响较大。度影响较大。20PPT课件 除了除了导轨本身的制造误差导轨本身的制造误差之外，之外，导轨磨损导轨磨损是造成是造成机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状和导机床精度下降的主要原因。选用合理的导轨形状和导轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴轨组合形式，采用耐磨合金铸铁导轨、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等措塑导轨、滚动导轨以及对导轨进行表面淬火处理等措施均可提高导轨的耐磨性。施均可提高导轨的耐磨性。21PPT课件3 3传动链误差：传动链误差：指由于传动链中的传动元件存在制造指由于传动链中的传动元件存在制造误差、装配误差及使用过程中的磨损引起的误差。即误差、装配误差及使用过程中的磨损引起的误差。即始末两端传动元件间相对运动的误差。通过始末两端传动元件间相对运动的误差。通过谐波分析谐波分析判断误差来自哪个元件。判断误差来自哪个元件。措施：措施：减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源。减少传动链中的元件数目，缩短传动链，以减少误差来源。提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此要传动链齿轮间存在间隙，同样会产生传动链误差，因此要消除间隙。消除间隙。采用误差校正机构来提高传动精度。采用误差校正机构来提高传动精度。22PPT课件 影响：影响：有些加工方法（如车螺纹，滚齿，插齿等），有些加工方法（如车螺纹，滚齿，插齿等），要求刀具与工件之间必须具有严格的传动比关系。机床传要求刀具与工件之间必须具有严格的传动比关系。机床传动链误差是影响这类表面加工精度的主要原因之一。动链误差是影响这类表面加工精度的主要原因之一。滚齿机传动系统图：滚齿机传动系统图：23PPT课件 （2）刀具误差）刀具误差 1)刀具的制造误差刀具的制造误差 a.a.采用采用定尺寸刀具定尺寸刀具（例如钻头、铰刀、键槽铣刀、圆拉刀等（例如钻头、铰刀、键槽铣刀、圆拉刀等）加工时，）加工时，刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度刀具的尺寸误差和磨损将直接影响工件尺寸精度。b.b.采用采用成形刀具成形刀具（例如成形车刀、成形铣刀、齿模数铣刀、（例如成形车刀、成形铣刀、齿模数铣刀、成形砂轮等）加工时，成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差和磨损将直接影响工件的刀具的形状误差和磨损将直接影响工件的形状精度形状精度。c.c.对于对于一般刀具一般刀具（例如车刀、镗刀、铣刀等），其（例如车刀、镗刀、铣刀等），其制造误差制造误差对工件加工精度无直接影响对工件加工精度无直接影响24PPT课件 刀具的尺寸磨损量刀具的尺寸磨损量NB：NB是在被加工表面的法线方向上测量的。是在被加工表面的法线方向上测量的。刀具的尺寸磨损量可用下式计算刀具的尺寸磨损量可用下式计算NBo为初期磨为初期磨损量；损量；KNB为正常磨为正常磨损阶段曲线的损阶段曲线的斜率，称为相斜率，称为相对磨损。对磨损。图图2-12 刀具的尺寸磨损刀具的尺寸磨损 图图2-13刀具磨损量与切削路程的关系刀具磨损量与切削路程的关系25PPT课件 （3）夹具的制造误差与磨损）夹具的制造误差与磨损 夹具误差包括夹具误差包括工件工件的的定位误差定位误差和和夹紧变形误差夹紧变形误差、夹夹具具的的安装误差安装误差和和分度误差分度误差以及以及夹具的磨损夹具的磨损等。等。图图2-14夹具误差的影响夹具误差的影响1夹具体夹具体2钻模板钻模板3钻模套钻模套4衬套衬套5定位轴定位轴26PPT课件 在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的在设计夹具时，对夹具上直接影响工件加工精度的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的有关尺寸的制造公差一般取为工件上相应尺寸公差的1/21/5。夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加夹具元件磨损将使夹具的误差增大。为保证工件加工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关工精度，夹具中的定位元件、导向元件、对刀元件等关键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。键易损元件均需选用高性能耐磨材料制造。27PPT课件 3、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响、工艺系统受力变形及其对加工精度的影响 图图2-15车床各部位弹性连接车床各部位弹性连接(1)工艺系统受力变形的现象工艺系统受力变形的现象 由机床、夹具、工件、由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统，在加工过一个弹性系统，在加工过程中由于切削力、夹紧力、程中由于切削力、夹紧力、重力、传动力、惯性力等重力、传动力、惯性力等外力的作用，将引起工艺外力的作用，将引起工艺系统各环节产生弹性变形，系统各环节产生弹性变形，此变形造成位移。此变形造成位移。28PPT课件图图2-16细长轴车削时的受力变形细长轴车削时的受力变形图图2-17切入式磨孔时磨头轴的受力变形切入式磨孔时磨头轴的受力变形29PPT课件(2)工艺系统受力变形对加工精度的影响工艺系统受力变形对加工精度的影响工件的加工精度除受切工件的加工精度除受切削力大小的影响外，还受切削力作用点位置变化的影响。削力大小的影响外，还受切削力作用点位置变化的影响。(3)误差复映规律误差复映规律在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料在加工过程中，由于工件毛坯加工余量或材料硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生硬度的变化，引起切削力和工艺系统受力变形的变化，因而产生工件的尺寸误差和形状误差。工件的尺寸误差和形状误差。毛坯（余量、硬度）不均匀毛坯（余量、硬度）不均匀切削力变化切削力变化变形变化变形变化尺寸和形状误差尺寸和形状误差30PPT课件 工艺系统刚度越高，工艺系统刚度越高，“误差复映系数误差复映系数”越小，即越小，即复映到工件上的误差越小。复映到工件上的误差越小。误差复映系数误差复映系数：加工前后误差之比值。它代表误差复映的加工前后误差之比值。它代表误差复映的程度。程度。31PPT课件4.4.工艺系统热变形及其对加工精度的影响工艺系统热变形及其对加工精度的影响(1)(1)工艺系统热源工艺系统热源加工过程中，工艺系统的热源主要有两大加工过程中，工艺系统的热源主要有两大类：类：切削热和摩擦热。切削热和摩擦热。(2)(2)机床热变形机床热变形不同类型的机床因其结构与工作条件的差异不同类型的机床因其结构与工作条件的差异而使热源和变形形式各不相同。而使热源和变形形式各不相同。图图2-1932PPT课件(3)(3)工件热变形工件热变形由切削热引起，热伸长量：由切削热引起，热伸长量：L=Lt当工件能够自由伸长时，工件热变形主要影响尺寸精度，当工件能够自由伸长时，工件热变形主要影响尺寸精度，否则，还会产生圆柱度误差。否则，还会产生圆柱度误差。式中式中 L工件变形方向的长度（或直径）工件变形方向的长度（或直径）(mm);工件的热膨胀系数（工件的热膨胀系数（1/),钢的热膨胀系数为钢的热膨胀系数为1.2 105/，铸铁，铸铁为为1 105/，黄铜为，黄铜为1.7 105/；t工件的平均温升（工件的平均温升（）。）。例：例：6级丝杠的螺距累积误差在全长上不许超过级丝杠的螺距累积误差在全长上不许超过0.02mm，现磨一根长，现磨一根长3m的的丝杠，每磨一次温升丝杠，每磨一次温升3，能否达到要求？，能否达到要求？L=Lt=1210-630003=0.1mm火车导轨有缝吗？火车导轨有缝吗？33PPT课件减少工件热变形对加工精度影响的措施减少工件热变形对加工精度影响的措施1)1)在切削区施加充足的切削液。在切削区施加充足的切削液。2)2)提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量。提高切削速度或进给量，以减少传入工件热量。3)3)粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中。粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到精加工工序中。4)4)刀具和砂轮勿让过分的磨钝才进行刃磨和修正，以减少切削刀具和砂轮勿让过分的磨钝才进行刃磨和修正，以减少切削热和磨削热。热和磨削热。5)5)使工件在夹紧状态下有伸缩的自由使工件在夹紧状态下有伸缩的自由(如采用弹簧后顶尖等如采用弹簧后顶尖等)。34PPT课件 （4）刀具热变形）刀具热变形刀具热变形的热源主要是切削热刀具热变形的热源主要是切削热由于刀体小由于刀体小,热容量小热容量小,刀具温升非常高。例如刀具温升非常高。例如,用高速钢用高速钢车刀切削时：车刀切削时：刀刃部分温升可达刀刃部分温升可达700-800度；度；刀具伸长量可达刀具伸长量可达0.030.05 mm35PPT课件 补充：减小工艺系统热变形的途径补充：减小工艺系统热变形的途径 1减少发热量减少发热量 2改善散热条件改善散热条件 3均衡温度场均衡温度场 4改进机床结构改进机床结构36PPT课件5.工件内应力引起的变形工件内应力引起的变形内应力：亦称残余应力，是指在没有外力作用下或去除外力作内应力：亦称残余应力，是指在没有外力作用下或去除外力作用后残留在工件内部的应力。用后残留在工件内部的应力。工件一旦有内应力产生，就会使工件材料处于一种高能工件一旦有内应力产生，就会使工件材料处于一种高能位的不稳定状态，它本能地要向低能位转化，转化速度或快位的不稳定状态，它本能地要向低能位转化，转化速度或快或慢，但迟早总是要转化的，转化的速度取决于外界条件。或慢，但迟早总是要转化的，转化的速度取决于外界条件。当带有内应力的工件受到力或热的作用而失去原有的平衡时，当带有内应力的工件受到力或热的作用而失去原有的平衡时，内应力就将重新分布以达到新的平衡，并伴随有变形发生，内应力就将重新分布以达到新的平衡，并伴随有变形发生，使工件产生加工误差。使工件产生加工误差。37PPT课件 （1）内应力产生的原因）内应力产生的原因 1）热加工（毛坯制造）中产生）热加工（毛坯制造）中产生的内应力的内应力 以铸造为例，由于壁厚以铸造为例，由于壁厚不均，冷却速度不一致，内不均，冷却速度不一致，内应力的状态为应力的状态为厚壁或心部受厚壁或心部受拉应力拉应力，薄壁或外表层受压薄壁或外表层受压应力应力。38PPT课件 2）冷校直产生的内应力）冷校直产生的内应力塑性变形塑性变形是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。弹性变形弹性变形材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。39PPT课件 3）切削加工产生的内应力）切削加工产生的内应力40PPT课件 （2）减小或消除内应力变形误差的途径）减小或消除内应力变形误差的途径1)采用适当的热处理工序。采用适当的热处理工序。2)给工件足够的变形时间。给工件足够的变形时间。精密零件粗、精加工应分开；精密零件粗、精加工应分开；大型零件，粗、精加工安排在一个工序内，粗加工大型零件，粗、精加工安排在一个工序内，粗加工后应先将工件松开，使其自由变形。后应先将工件松开，使其自由变形。3)零件结构要合理。零件结构要合理。41PPT课件6.调整误差：调整误差：机械加工中，由于工艺系统机械加工中，由于工艺系统“机床机床-夹具夹具-工件工件-夹夹具具”没有调整到正确的位置而产生的加工误差。没有调整到正确的位置而产生的加工误差。(1)试切法调整试切法调整试切法调整就是对被加工零件进行试切试切法调整就是对被加工零件进行试切-测量测量-调整调整-再试切，直到符合规定的尺寸要求时，再正式切出整个再试切，直到符合规定的尺寸要求时，再正式切出整个加工表面。加工表面。1)测量误差。测量误差。测量时由测量器具误差、测量温度变化、测量力及视觉测量时由测量器具误差、测量温度变化、测量力及视觉偏差等引起的误差，使加工误差扩大。偏差等引起的误差，使加工误差扩大。42PPT课件2)微量进给的影响。微量进给的影响。“爬行爬行”3)切削厚度影响。切削厚度影响。锐利的切削刃最小切削厚度锐利的切削刃最小切削厚度5um，钝刀，钝刀2050um。图图2-23试切调整试切调整43PPT课件(2)按定程机构调整按定程机构调整在半自动机床、自动机床和自动线上，在半自动机床、自动机床和自动线上，广泛应用行程挡块、靠模及凸轮等机构来保证加工精度。广泛应用行程挡块、靠模及凸轮等机构来保证加工精度。(3)用样件或样板调整用样件或样板调整在各种仿形机床、多刀机床和专用机床的在各种仿形机床、多刀机床和专用机床的加工中，常采用专门的样件或样板来调整刀具、机床与工件之间加工中，常采用专门的样件或样板来调整刀具、机床与工件之间的相对位置，这样样件或样板本身的制造误差、安装误差、对刀的相对位置，这样样件或样板本身的制造误差、安装误差、对刀误差就成了影响调整误差的主要因素。误差就成了影响调整误差的主要因素。44PPT课件 前面分析和讨论了各种原始误差因素对加工精度的影响，前面分析和讨论了各种原始误差因素对加工精度的影响，并提出了一些解决单个问题的措施。并提出了一些解决单个问题的措施。1.直接消除和减少原始误差直接消除和减少原始误差2.1.4提高加工精度的工艺措施提高加工精度的工艺措施 1 1）以车细长轴为例：）以车细长轴为例：采用跟刀架或中心架；采用跟刀架或中心架；采用反向进给；采用反向进给；大主偏角大进给；大主偏角大进给；伸缩性的弹性活顶尖。伸缩性的弹性活顶尖。进给方向进给方向a)Fy进给方向进给方向Fy 跟刀架跟刀架活顶尖活顶尖b)62PPT课件 2)在卡盘一端的工件上车出一个缩颈，以增加工件柔在卡盘一端的工件上车出一个缩颈，以增加工件柔性，减少了因性，减少了因坯料弯曲坯料弯曲而在卡盘强制夹持下产生轴线歪斜而在卡盘强制夹持下产生轴线歪斜的影响。的影响。图2-31夹持端车出缩颈63PPT课件 加工刚性不足的圆环零件或磨削精度薄片零件时，采取加工刚性不足的圆环零件或磨削精度薄片零件时，采取如下措施：如下措施：1)采用弹性夹紧机构，使工件在自由状态下定位和夹紧。采用弹性夹紧机构，使工件在自由状态下定位和夹紧。2)采用临时性加强工件刚性的方法。采用临时性加强工件刚性的方法。图2-32两种夹紧方式工件变形状态的比较64PPT课件2.补偿或抵消原始误差：补偿或抵消原始误差：人为地造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的人为地造出一种新的误差去抵消工艺系统中出现的关键性的原始误差。关键性的原始误差。图2-33龙门铣床横梁变形与刮研65PPT课件3.转移变形或转移误差转移变形或转移误差图2-34用附加梁转移横梁的变形 误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到误误差转移法是把影响加工精度的原始误差转移到误差不敏感的方向或者不影响加工精度的方向上。差不敏感的方向或者不影响加工精度的方向上。66PPT课件4.均分原始误差均分原始误差 均分原始误差均分原始误差就是当坯件精度太低，引起的定位误就是当坯件精度太低，引起的定位误差或复映误差太大时，将坯件误差均分成差或复映误差太大时，将坯件误差均分成 n组，每组坯件组，每组坯件的误差缩小为原来误差的的误差缩小为原来误差的1/1/n。67PPT课件a)a)头架顶尖头架顶尖“自磨自自磨自”5.5.就地加工达到最终精度就地加工达到最终精度 方法：把各相关零件，部件先行装配，使它们处于方法：把各相关零件，部件先行装配，使它们处于工作要求的相互位置，然后就地进行最终加工。工作要求的相互位置，然后就地进行最终加工。目的：消除机器和部件装配后累积误差。目的：消除机器和部件装配后累积误差。返回本章目录返回本章目录68PPT课件b)b)三点不同轴引起丝杆弯曲和接触不良三点不同轴引起丝杆弯曲和接触不良c)c)导套内孔导套内孔 自镗自自镗自 返回本章目录返回本章目录69PPT课件图2-35六角车床转塔上六个孔和平面加工与检验70PPT课件 1、加工表面质量的概念、加工表面质量的概念 （1）表面粗糙度与波度）表面粗糙度与波度 L/H 1000称为称为宏观宏观 几何形状误差几何形状误差，例如圆度，例如圆度 误差、圆柱度误差等，它误差、圆柱度误差等，它 们属于加工精度范畴；们属于加工精度范畴；L/H501000，称为，称为波纹度波纹度，它是由机械加工振动，它是由机械加工振动引起的；引起的；L/H 50，称为微观几何形状误差，亦称，称为微观几何形状误差，亦称表面粗糙度表面粗糙度。2.2机械加工的表面质量71PPT课件（2）表面层材料的物理力学性能）表面层材料的物理力学性能 1)表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化 机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使机械加工过程中表面层金属产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这晶格扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，这些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作些都会使表面层金属的硬度增加，塑性减小，统称为冷作硬化。硬化。2)表面层残余应力表面层残余应力 机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用机械加工过程中由于切削变形和切削热等因素的作用在工件表面层材料中产生的内应力在工件表面层材料中产生的内应力,称为称为表面层残余应力表面层残余应力。它是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引它是在加工表面材料中平衡的应力，它的重新分布不会引起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。起工件变形，但它对机器零件表面质量有重要影响。72PPT课件 3)表面层金相组织变化表面层金相组织变化 机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升机械加工过程中，在工件的加工区域，温度会急剧升高高,当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，当温度升高到超过工件材料金相组织变化的临界点时，就会发生金相组织变化。就会发生金相组织变化。73PPT课件(1)表面质量对零件表面质量对零件耐磨性耐磨性的影响零件的耐磨性是一项很的影响零件的耐磨性是一项很重要的性能指标，当零件的材料、润滑条件和加工精度决重要的性能指标，当零件的材料、润滑条件和加工精度决定之后，表面质量对耐磨性起着关键的作用。定之后，表面质量对耐磨性起着关键的作用。(2)零件表面质量对零件零件表面质量对零件疲劳强度疲劳强度的影响零件在交变载荷的影响零件在交变载荷的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容的作用下，其表面微观不平的凹谷处和表面层的缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。易引起应力集中而产生疲劳裂纹，造成零件的疲劳破坏。(3)零件表面质量对零件零件表面质量对零件耐蚀性能耐蚀性能的影响零件的耐蚀性在的影响零件的耐蚀性在很大程度上取决于零件的表面粗糙度。很大程度上取决于零件的表面粗糙度。(4)零件表面质量对配合性质及其他性能的影响由于零件零件表面质量对配合性质及其他性能的影响由于零件表面粗糙度的存在，将影响表面粗糙度的存在，将影响配合精度和配合性质配合精度和配合性质。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74PPT课件 零件经过机械加工之后所获得的表面，其质量的好坏，影零件经过机械加工之后所获得的表面，其质量的好坏，影响因素很多，一般来说，最主要的是几何因素、物理因素和加响因素很多，一般来说，最主要的是几何因素、物理因素和加工中工艺系统的振动等。工中工艺系统的振动等。1.影响机械加工表面粗糙度的几何因素影响机械加工表面粗糙度的几何因素图2-38切削层残留面积a)尖刀切削b)带圆角半径刀的切削2.2.2影响机械加工表面粗糙度的因素影响机械加工表面粗糙度的因素75PPT课件2.影响机械加工表面粗糙度的物理因素影响机械加工表面粗糙度的物理因素3.影响磨削加工表面粗糙度的因素影响磨削加工表面粗糙度的因素(1)磨削加工的特点磨削加工的特点1)磨削过程比金属切削刀具的切削过程要复杂得多。磨削过程比金属切削刀具的切削过程要复杂得多。2)砂轮的磨削速度高。砂轮的磨削速度高。3)磨削时砂轮的线速度高，参与切削的磨粒多，所以，单位磨削时砂轮的线速度高，参与切削的磨粒多，所以，单位时间内切除金属的量大。时间内切除金属的量大。76PPT课件砂轮速度。砂轮速度。随着砂轮线速度的增加，在同一时间里参与切削的磨随着砂轮线速度的增加，在同一时间里参与切削的磨粒数也增加，粒数也增加，每颗磨粒切去的金属厚度减少每颗磨粒切去的金属厚度减少，残留面积也减少，而，残留面积也减少，而且高速磨削可减少材料的塑性变形，减小表面粗糙度值。且高速磨削可减少材料的塑性变形，减小表面粗糙度值。(2)影响磨削加工表面粗糙度的因素影响磨削加工表面粗糙度的因素1)磨削用量的影响。磨削用量的影响。工件速度。工件速度。在其他磨削条件不变的情况下，随工件线速度的降低，在其他磨削条件不变的情况下，随工件线速度的降低，每颗磨粒每次接触工件时切去的切削厚度减少，残留面积也小，因而每颗磨粒每次接触工件时切去的切削厚度减少，残留面积也小，因而表面粗糙度值小。但必须指出，工件线速度表面粗糙度值小。但必须指出，工件线速度过低时过低时，工件与砂轮接触，工件与砂轮接触的时间长，传到工件上的热量增多，甚至会造成工件表面金属微熔，的时间长，传到工件上的热量增多，甚至会造成工件表面金属微熔，反而增大表面粗糙度值，而且还增加了表面烧伤的可能性。反而增大表面粗糙度值，而且还增加了表面烧伤的可能性。因此，通因此，通常取工件线速度等于砂轮线速度的常取工件线速度等于砂轮线速度的1/60左右。左右。77PPT课件磨削深度和光磨次数。磨削深度和光磨次数。磨削深度增加，则磨削力和磨削温度都磨削深度增加，则磨削力和磨削温度都增加，磨削表面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙度值。为增加，磨削表面塑性变形程度增大，从而增大表面粗糙度值。为提高磨削效率又能获得较小的表面粗糙度值，一般开始采用较大提高磨削效率又能获得较小的表面粗糙度值，一般开始采用较大的磨削深度，然后采用较小的磨削深度，最后进行无进给磨削，的磨削深度，然后采用较小的磨削深度，最后进行无进给磨削，即光磨。光磨次数增加，可减小表面粗糙度值。即光磨。光磨次数增加，可减小表面粗糙度值。2)砂轮的影响。砂轮的影响。砂轮的粒度。砂轮的粒度。粒度越细，则砂轮单位面积上的磨粒越多，粒度越细，则砂轮单位面积上的磨粒越多，每颗磨粒切去的金属厚度越少，刻痕也细，表面粗糙度就每颗磨粒切去的金属厚度越少，刻痕也细，表面粗糙度就越小。越小。但但粒度过细切屑容易堵塞砂轮，使工件表面温度增粒度过细切屑容易堵塞砂轮，使工件表面温度增高，塑性变形加大，表面粗糙度值反而会增大，同时还容高，塑性变形加大，表面粗糙度值反而会增大，同时还容易引起烧伤，所以常用的砂轮粒度在易引起烧伤，所以常用的砂轮粒度在80以内。以内。78PPT课件砂轮的硬度。砂轮的硬度。砂轮太软，则磨粒易脱落，有利于保持砂轮的锋利，砂轮太软，则磨粒易脱落，有利于保持砂轮的锋利，但很难保证砂轮的等高性。砂轮如果太硬，磨损了的磨粒也不易脱落，但很难保证砂轮的等高性。砂轮如果太硬，磨损了的磨粒也不易脱落，这些磨损了的磨粒会加剧与工件表面的挤压和摩擦作用，造成工件表这些磨损了的磨粒会加剧与工件表面的挤压和摩擦作用，造成工件表面温度升高，塑性变形加大，并且还容易使工件产生表面烧伤。所以面温度升高，塑性变形加大，并且还容易使工件产生表面烧伤。所以砂轮的硬度以适中为好，主要根据工件的材料和硬度进行选择。砂轮的硬度以适中为好，主要根据工件的材料和硬度进行选择。砂轮的修整。砂轮的修整。砂轮使用一段时间后就必须进行修整，及时修整砂轮砂轮使用一段时间后就必须进行修整，及时修整砂轮有利于获得锋利和等高的微刃。慢的修整进给量和小的修整深度，还有利于获得锋利和等高的微刃。慢的修整进给量和小的修整深度，还能大大增加切刃数，这些均有利于降低被磨工件的表面粗糙度值。能大大增加切刃数，这些均有利于降低被磨工件的表面粗糙度值。79PPT课件砂轮材料。砂轮材料。砂轮材料即指磨料，它可分为氧化物类砂轮材料即指磨料，它可分为氧化物类(刚、刚、玉玉)、碳化物类、碳化物类(碳化硅、碳化硼碳化硅、碳化硼)和高硬磨料类和高硬磨料类(人造金刚人造金刚石、立方碳化硼石、立方碳化硼)。钢类零件用刚玉砂轮磨削可得到满意的。钢类零件用刚玉砂轮磨削可得到满意的表面粗糙度；铸铁、硬质合金等工件材料用碳化物砂轮磨表面粗糙度；铸铁、硬质合金等工件材料用碳化物砂轮磨削时表面粗糙度值较小；用金刚石砂轮磨削可得到极小的削时表面粗糙度值较小；用金刚石砂轮磨削可得到极小的表面粗糙度值，但加工成本也比较高。表面粗糙度值，但加工成本也比较高。3)被加工材料的影响。被加工材料的影响。80PPT课件影响材料表面物理力学性能的工艺因素有三项：表面层残留应力；冷作硬化；金相组织变化。2.2.3影响材料表面物理力学性能的工艺因素影响材料表面物理力学性能的工艺因素1.表面残留应力(1)冷塑性变形的影响切削过程中，表面层材料受切削力的作用引起塑性变形，使工件材料的晶格拉长和扭曲。(2)热塑性变形的影响工件加工表面在切削热作用下产生热膨胀，此时基体金属温度较低，因此表层金属的热膨胀受到基体的限制而产生热压缩应力。(3)金相组织变化的影响切削加工时，切削区的高温将引起工件表层金属的相变。81PPT课件(1)切削用量切削用量中切削速度和进给量的影响最大。(2)刀具刀具的刃口圆角大、后(刀)面的磨损、前后(刀)面不光洁都将增加刀具对工件表面层金属的挤压和摩擦作用，使得冷硬层的程度和深度都增加。(3)工件材料工件材料的硬度越低、塑性越大时，切削后的冷硬现象越严重。3.表面层金相组织变化与磨削烧伤2.2.4机械加工中的振动2.表面层加工硬化82PPT课件3.表面层金相组织变化与磨削烧伤表面层金相组织变化与磨削烧伤 加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组织将会发生加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组织将会发生相变。相变。磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的烧伤：磨削淬火钢时，会产生三种不同类型的烧伤：如果磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度如果磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变临界温度（碳钢的相变温度为（碳钢的相变温度为723)，这时工件表层金属的金相组织，由原，这时工件表层金属的金相组织，由原来的马氏体转变为硬度较低的回火组（索氏体或托氏体），这种烧来的马氏体转变为硬度较低的回火组（索氏体或托氏体），这种烧伤称为伤称为回火烧伤回火烧伤。如果磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，使如果磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，使表层金属发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则表层金属发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，由于冷却速度慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织，这种烧伤称为这种烧伤称为淬火烧伤淬火烧伤。83PPT课件 若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属产生退火组织，硬度急没有冷却液进入，表层金属产生退火组织，硬度急剧下降，称之为剧下降，称之为退火烧伤退火烧伤。84PPT课件 在机械加工过程中，工艺系统有时会发生振动，即在刀具的在机械加工过程中，工艺系统有时会发生振动，即在刀具的切削刃和工件上正在被切削的表面之间，除了名义上的切削运动切削刃和工件上正在被切削的表面之间，除了名义上的切削运动之外，还会出现一种周期性的相对运动。之外，还会出现一种周期性的相对运动。1.强迫振动强迫振动(1)产生强迫振动的原因在产生强迫振动的原因在外界周期性干扰力外界周期性干扰力的作用下，工艺系的作用下，工艺系统被迫产生振动，这些干扰力可能来源于工艺系统之外，称为外统被迫产生振动，这些干扰力可能来源于工艺系统之外，称为外部振源，该振源主要是由于其他机器的振动，从地基上传来，激部振源，该振源主要是由于其他机器的振动，从地基上传来，激起了工艺系统的振动；也可能来自工艺系统的内部，称为内部振起了工艺系统的振动；也可能来自工艺系统的内部，称为内部振源，主要有：源，主要有：机床上的转动件因质量不均匀产生的离心力。机床上的转动件因质量不均匀产生的离心力。2.2.4机械加工中的振动机械加工中的振动85PPT课件(2)强迫振动的特性分析强迫振动的特性分析1)强迫振动的频率等于激振力的频率，与系统的固有频率无关。强迫振动的频率等于激振力的频率，与系统的固有频率无关。2)强迫振动的稳态过程是简谐振动，只要有激振力存在，振动系统强迫振动的稳态过程是简谐振动，只要有激振力存在，振动系统就不会被阻尼衰减掉。就不会被阻尼衰减掉。3)强迫振动的振幅取决于振源激振力、频率比和阻尼比。强迫振动的振幅取决于振源激振力、频率比和阻尼比。2.自激振动：由振动系统本身引起的交变力作用而产生的振动。自激振动：由振动系统本身引起的交变力作用而产生的振动。1)自激振动是一种不衰减的振动。自激振动是一种不衰减的振动。2)自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率。自激振动的频率等于或接近于系统的固有频率。3)维持自激振动的能量来源于机床的能量。维持自激振动的能量来源于机床的能量。86PPT课件3.减少机械加工振动的途径减少机械加工振动的途径(1)消除或减弱产生振动的条件首先是减小机床内外消除或减弱产生振动的条件首先是减小机床内外引起振动的干扰力，这能有效地减小强迫振动。引起振动的干扰力，这能有效地减小强迫振动。(2)提高工艺系统的抗振性提高工艺系统薄弱环节的提高工艺系统的抗振性提高工艺系统薄弱环节的刚度，可以有效地提高机床加工系统的稳定性。刚度，可以有效地提高机床加工系统的稳定性。(3)采用消振减振装置当各种措施都不能收到满意效采用消振减振装置当各种措施都不能收到满意效果时，可以考虑增设减振装置。果时，可以考虑增设减振装置。87PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-39题2-9图88PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-40题2-10图89PPT课件2.2机械加工的表面质量(1)当工件刚度很差时。(2)当工件刚度很大时。0.tif图2-41题2-11图90PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-42题2-12图91PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-43题2-13图0.tif92PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-44题2-14图93PPT课件2.2机械加工的表面质量0.tif图2-45题2-15图94PPT课件2.2机械加工的表面质量0.tif0.tif0246.TIF95PPT课件计算题2-36题2-3796PPT课件97PPT课件98PPT课件2.2机械加工的表面质量图2-46题2-20图图2-47题2-21图99PPT课件2.2机械加工的表面质量(1)刀具的连续切削与间断切削。(2)加工时工件均匀受热与不均匀受热。(3)机床热平衡前与热平衡后。图2-48题2-27图100PPT课件2.2机械加工的表面质量表格(1)在同一图上画出两台机床加工的两批工件的尺寸分布图，并指出哪台机床的工序精度高。(2)计算并比较哪台机床废品率高，并分析其产生的原因及提出改进的办法。101PPT课件2.2机械加工的表面质量表格(1)当不考虑工件材料塑性变形对粗糙度的影响时，102PPT课件2.2机械加工的表面质量计算采用的进给量为多少。(2)分析实际加工表面的表面粗糙度值与计算所得的是否相同，为什么?103PPT课件104PPT课件