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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 机械加工质量分析与控制,第一节 加工精度的概述,第二节,原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,第三节 工艺系统的受力变形对加工精度的影响,第四节 工艺系统的热变形对加工精度的影响,第五节 加工误差的统计分析,第六节 保证加工精度的途径,第七节 机械加工表面质量,第六节 保证和提高加工精度的途径,途径：,找出造成加工误差的主要因素,；,采取相应的工艺技术控制和减少这些因素的影响。,减少误差的两大类方法,误差预防,是指减少原始误差或减少原始误差的影响。,误差补偿,是指在现存的误差产生条件下，通过分析、测量误差，建立数学模型，人为地引入一个附加的误差源，使之与现存的误差相抵消，来减少或消除零件的加工误差。,第六节 保证和提高加工精度的途径,一、误差预防措施,1.,合理采用先进工艺与设备,在制订零件加工工艺规程时，对于各工序尽可能的合理采用先进的工艺和设备，使每道工序都具备足够的工序能力,，来保证加工精度，降低不合格率。,2.,直接减少原始误差,直接减少误差法,在查明影响加工精度的主要原始误差因素之后，设法消除或减少这些因素,。,第六节 保证和提高加工精度的途径,例如：车削细长轴,为了减少切削中吃刀抗力造成工件弯曲，采取的方法有：,采用大进给量和较大主偏角的车刀，增大,F,f,力，使工件在拉伸作用下，抑制振动，切削平稳。,反向进给切削，同时尾座采用可伸缩的弹性顶尖。,第六节 保证和提高加工精度的途径,3.,转移原始误差,转移误差法,将影响加工精度的原始误差转移到不影响（或少影响）加工精度的方向或其它零件上去,。,例如：,将车床转塔刀架的转角误差转移,到误差不敏感的方向,第六节 保证和提高加工精度的途径,4.,均分原始误差,均分误差法,将毛坯，或上道工序加工的工件,按误差大小分为,n,组，使每组毛坯的误差减小为原来的,1,/,n,；各组再分别调整刀具与工件的相对位置，来缩小整批工件的尺寸分散范围。,第六节 保证和提高加工精度的途径,5.,均化原始误差,均化误差法,利用工艺系统有密切联系的表面之间的相互比较、相互修正，让局部较大的误差比较均匀地影响到整个工件加工表面，使传递到工件表面的加工误差较为均匀,。,例如：,利用精度不高的研具可磨出高精度的工件表面。,因为工件和研具间,具有复杂的相对运动轨迹，能使工件上各点与研具的各点相互接触，而受到均匀的微量切削；同时工件和研具相互修正，使误差均化，,而获得精度高于研具原始精度的加工表面。,第六节 保证和提高加工精度的途径,6.,就地加工法,就地加工法,当要保证某部件之间的位置关系时，就在此位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件,。,例如：,制造转塔车床时，要保证转塔的,6,个刀架孔轴线与机床主轴回转轴线重合，孔端面与主轴轴线垂直，,必须将,“,转塔件,”,装配到车床上，在车床主轴上装镗杆和径向进给刀架来进行最终精加工。,第六节 保证和提高加工精度的途径,误差补偿法,就是人为地造出一种新的，且大小相等、方向相反的原始误差去抵消影响加工精度的原有误差，从而达到减小加工误差，提高加工精度的目的。,误差补偿系统的主要组成,误差补偿信号发生装置；,误差补偿信号同步装置；,误差合成装置。,二、误差补偿技术,第六节 保证和提高加工精度的途径,1.,静态补偿误差,静态补偿误差,是指误差补偿信号是事先设定的。,例如：,静态丝杠加工误差校正曲线机构。,1,）,以校正尺,5,作为误差补偿信号发生装置；,2,）,将校正尺安装在机床床身某位置实现信号同步；,3,）,通过螺母附加转动实现误差合成。,第六节 保证和提高加工精度的途径,2.,动态补偿误差,（积极控制的误差补偿法）,计算机技术的发展使误差补偿不断与数字化、光电磁和数控等技术融合。,1,）在线检测,在加工中随时测量工件的实际尺寸（形状、位置精度），随时改变刀具的进给量，自动控制刀具和工件之间的相对位置。,2,）偶件自动配磨,将两互配件中的一个零件作为基准，去控制另一个零件的加工精度。,在加工过程中自动地测量工件的实际尺寸，并随时和基准件的尺寸比较，在达到规定的差值时机床自动停止加工。,本节内容：,一、机械加工表面质量概述,二、表面质量对零件使用性能的影响,三、加工表面粗糙度的影响因素,四、表面层物理机械性能的影响,五、提高表面质量的加工方法,第七节 机械加工表面质量,第七节 机械加工表面质量,加工表面质量,是指加工表面的几何形貌和表面层材料的力学和化学性能。,加工表面质量直接影响,零件表层的抗破坏性能和产品的质量。,一、机械加工表面质量概述,研究加工表面的目的,掌握各种工艺因素对加工表面质量的影响规律，来控制加工过程，达到提高零件加工表面质量和产品性能目的。,第七节 机械加工表面质量,1.,加工表面的几何形貌,表面几何形貌,是指加工时刀具与工件的摩擦，切屑分离时的塑性变形，加工系统的振动，在工件表面上留下的表面结构。,表面三维形貌,表面轮廓曲线图,第七节 机械加工表面质量,加工表面几何形貌的内容,1,）,表面粗糙度,指加工表面的微观几何轮廓，其波长与波高的比值小于,50,。,2,）,波纹度,指加工表面上波长与波高的比值等于,501000,的几何轮廓，由机械加工的振动引起。,3,）,纹理方向,指加工表面刀纹的方向，取决于表面成形过程中所采用的加工方法。,4,）,表面缺陷,指加工表面出现的缺陷。,例如：砂眼、气孔、裂痕等。,第七节 机械加工表面质量,2.,加工表面层材料的力学和化学性能,加工中的切削力和切削热的作用，使加工表面层金属的力学和化学性能发生一定的变化。,1,）,表面层金属的冷作硬化,用硬化程度和硬化层深度来衡量。一般硬化层深度为,0.050.30mm,。,2,）,表面层金属的金相组织变化,由切削热引起的表面层金属的金相组织发生变化。,如：,磨削淬火钢中，磨削热引起淬火钢马氏体的分解，或出现回火组织。,3,）,表面层金属的残余应力,切削力和切削热的作用，表面层金属晶格发生塑性变形或金相组织的变化，产生残余应力。,第七节 机械加工表面质量,二、加工表面质量对零件使用性能的影响,1.,对耐磨性的影响,1,）表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响,零件表面总存在微观不平度，当两个零件表面相互接触时，实际接触面积只是一小部分。,表面波纹度和粗糙度越大，有效接触面积越小，容易造成零件的磨损。,零件表面的三个磨损过程,起始磨损、正常磨损、快速磨损,第七节 机械加工表面质量,结论：,零件表面粗糙度值越小，其耐磨性能越好；但表面粗糙度值太小，接触面容易发生分子粘结，润滑液不易储存，磨损反而增加。因此，存在最优表面粗糙度。,表面粗糙度的最优值与机器零件工作情况有关。,如图，表面粗糙度与起始磨损量的关系：,载荷加大时，起始磨损量增大，最优表面粗糙度值也随之加大。,第七节 机械加工表面质量,表面纹理形状对耐磨性的影响：,主要影响有效接触面积与润滑液的存留。,一般情况下，圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理因摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。,通常，两相对运动零件表面的刀纹方向都与运动方向相同时，耐磨性较好；,两零件表面刀纹方向都与运动垂直时，耐磨性最差；,其余情况介于上述两种状态之间。,2,）表面纹理对耐磨性的影响,第七节 机械加工表面质量,3,）冷作硬化对耐磨性的影响,加工表面的冷作硬化，能提高耐磨性,因为冷作硬化提高了表面层金属的纤维硬度，减少了摩擦副接触部分的弹性变形和塑性变形。,不是硬化程度越高，耐磨性越高。,见图，当硬化达,380HBS,左右时，耐磨性最佳；硬化再加大，将引起金属组织,“,疏松,”,，相对运动产生金属剥落，接触面之间形成微小颗粒，加速零件磨损。,第七节 机械加工表面质量,2.,对耐疲劳强度的影响,1,）,表面粗糙度对耐疲劳强度的影响,零件在交变载荷作用下，其表面粗糙度的凹凸部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。,表面精度越高，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好；,加工表面越粗糙，表面纹痕越深，抵抗疲劳破坏的能力越差。,钢材对应力集中最敏感，,钢材强度越高，对应力集中的敏感程度就越大。,铸铁和非铁金属对应力集中的敏感性相对较弱。,第七节 机械加工表面质量,2,）表层金属的力学物理性质对疲劳性的影响,表面层金属的,冷作硬化能阻止疲劳裂纹的生长,，提高零件的耐疲劳强度。,实际加工中，表面层金属发生冷作硬化的同时，也产生残余应力。,残余拉伸应力使疲劳强度下降，,残余压缩应力可使疲劳强度提高。,第七节 机械加工表面质量,3.,对腐蚀性的影响,1,）表面粗糙度对耐蚀性的影响,在大气层里所含气体和液体与金属表面接触时，会凝聚在金属表面上，腐蚀金属。,表面粗糙度值越大，加工表面与气体、液体接触的面积越大，腐蚀物越容易沉积于凹坑中，耐腐蚀性能就越差。,2,）表面层金属的力学性质对耐蚀性的影响,零件表面层的残余压应力，能够阻止表面裂纹扩大，有利于提高零件表面抵抗腐蚀的能力。,第七节 机械加工表面质量,4.,对零件配合质量的影响,1,）,对于间隙配合表面,由于初始接触面小，压强大，凸峰容易被磨掉，所以对起始磨损的影响最显著。,磨掉的金属粒落在相配合的表面上，加速磨损过程。造成间隙量增大。,表面粗糙度越大，起始磨损越大，间隙的变化量就越大，而影响配合的稳定性。,2,）,对于过盈配合表面,表面粗糙度越大，两零件相配时的表面凸峰容易被挤掉，,而使过盈量减少，影响配合的稳定性。,第七节 机械加工表面质量,三、加工表面粗糙度的影响因素,1.,影响加工表面粗糙度的因素,1,） 刀具几何因素,包括刀具的刀尖圆弧半径,r,、,主偏角,k,r,、副偏角,k,r,和进给量,f,。,用尖刀或圆弧刀刃切削时，切削残留面积的高度,H,分别为,切削时选用较小的,f,或较大的,r,都能改善表面粗糙度。,第七节 机械加工表面质量,2,） 物理因素,中低速加工塑形材料的工件，,产生的积屑瘤增大表面粗糙度值；,切屑在前刀面的摩擦和冷焊，造成切削层和工件间出现撕裂，,而产生加工表面的鳞刺；,刀具的刃口圆角及后刀面的挤压和摩擦，,使已加工表面产生塑形变形而增大表面粗糙度值。,第七节 机械加工表面质量,3,） 工艺因素,刀具前角和刀尖圆弧半径的合理选择；,刀具材料的热硬性、摩擦系数及与被加工材料的亲合力；,刀具的刃磨质量。,刀具的影响,切削用量的影响,进给量,f,影响,表面残留高度、切削力和工件材料的塑性变形；,切削速度,v,对加工塑形材料表面粗糙度的影响如图示，,第七节 机械加工表面质量,降低切削表面粗糙度值的措施,1,）,选择高速度精切，利于降低加工表面粗糙度；,2,）,精加工前进行调质热处理，提高材料硬度，降低塑形，细化金相组织；,3,）,合理施加切削液，减小摩擦和热变形；,4,）,增大刀具的前角，提高刀具刃磨质量。,第七节 机械加工表面质量,四、表面层物理机械性能的影响,1.,加工表面层的冷作硬化,（,1,）冷作硬化,是指加工中塑性变形，产生金属的晶格扭曲，晶粒间滑移，晶粒被拉长等变形，导致加工表层金属的硬度增加。,冷作硬化导致,增大金属变形的阻力，减少金属的塑性，引发金属物理性质（如密度、导热性）的变化；,金属处于不稳定状态，一但有条件，其冷硬结构就会向比较稳定的结构转化；,切削中的切削热，将使金属在塑性变形中产生的硬化现象得到恢复。,第七节 机械加工表面质量,（,2,）影响加工表面冷作硬化的因素,影响因素有：,切削用量、刀具几何形状和加工材料的性能。,1,）切削用量的影响,进给量,f,，切削力，表层金属的塑形变形加剧，冷硬程度。,切削速度,v,，刀具与工件的作用时间，冷硬层深度；但,v,，切削热在工件表层上的作用时间，使冷硬程度。,切削速度对冷硬程度的影响是力与热因素的综合。,第七节 机械加工表面质量,2,）刀具几何形状的影响,刀刃钝圆半径,，径向切削分力随之，表层金属的塑性变形程度，冷硬程度。,刀具后刀面初期磨损,，冷硬。,刀具磨损宽度继续,，磨削热急剧，弱化趋势明显，表层金属的显微硬度逐渐，直至稳定在某一水平。,第七节 机械加工表面质量,3,）加工材料性能的影响,材料的塑性,冷硬倾向，冷硬程度。,碳钢中含碳量,钢的强度，塑性，冷硬程度。,有色金属的熔点低,容易弱化，冷作硬化现象比钢材小。,第七节 机械加工表面质量,2.,加工表面层残余应力,在机械加工中，当表层金属组织发生形状、体积或金相组织变化时，表层的金属与基体间将产生相互平衡的残余应力。,（,1,） 表层金属残余应力产生的原因,1,）,切削中表层金属产生常温塑变,体积膨胀，表层金属受到里层的阻碍，,则表层产生压缩残余应力，里层产生拉伸应力。,如：,切削工件时产生表层金属纤维拉长。刀具切离后，表层的拉伸塑性变形，受到里层未塑变的阻碍。表层金属产生了压缩残余应力，里层金属产生拉伸残余应力。,第七节 机械加工表面质量,2,）,切削中产生大量切削热,工件表层温度升高，出现热膨胀，但里层温度较低，阻碍表层的膨胀，,表层产生压缩残余应力，里层产生拉伸应力。,切削结束后，工件温度下降到室温，表层材料又受到基体的限制，,表层产生拉伸残余应力，里层产生压缩应力。,3,）,切削中金相组织变化,如果引起表层金属密度减小，则比容增大，,表层金属将产生压缩应力，里层金属产生拉伸应力。,如果金相组织的变化引起表层金属的密度增大，则比容减小，,表层金属将产生拉伸残余应力，里层产生压缩残余应力。,第七节 机械加工表面质量,五、提高表面质量的加工方法,1.,减小表面粗糙度值的加工方法,（,1,）精密加工方法,用于提高尺寸精度和减小粗糙度值。常采用金刚石超精密切削、超精密磨削和镜面磨削。,（,2,）光整加工方法,用于减小加工表面的粗糙度值。常采用细粒度的油石、磨条、砂带等对工件的轮廓面进行微量切削、挤压和抛光。,第七节 机械加工表面质量,2.,改善表面层物理机械性能的强化方法,表面强化工艺,通过冷压方法，使工件表面层金属发生冷态塑性变形，以减小表面粗糙度，提高表面硬度，并产生压缩残余应力。,（,1,）喷丸强化,用大量快速运动的钢丸打击被加工工件表面，使表面层产生冷硬层和压缩残余应力。,以提高零件的抗疲劳强度和使用寿命。,喷丸强化,特别适用于强化形状复杂的工件，,例如钢板弹簧，连杆、齿轮等。,第七节 机械加工表面质量,（,2,）滚压加工,利用淬硬和精细研磨过的滚轮，在常温状态下对金属表面进行滚动挤压。,修正工件表面的微观几何形状误差，使工件表面组织细化，形成压缩残余应力。,滚压加工,可减小表面粗糙度值，表面硬度可提高,10%40%,，,表面金属的耐疲劳强度可提高,30%50%,。,第七节 机械加工表面质量,（,3,）金刚石压光,利用金刚石工具挤压加工表面，,以提高零件耐疲劳强度。,利用泵和喷射器，将液体和磨料的混合物高速度地喷射零件表面，,以提高零件的物理机械性能。,（,4,）液体磨料喷射加工,（,5,）化学热处理,采用渗碳、渗氮或渗铬等强化方法，,以提高零件的物理机械性能。,第二节 原理误差与工艺系统几何误差对加工精度的影响,第四章,机械加工质量与控制,结束,
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