机械加工质量的技术分析课件

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,*,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,4,章 机械加工质量的技术分析,一、 概述,(156,页,),二,、 影响加工精度的因素及其分析,(158,页,),三、 加工误差的综合分析（不要求）,四,、 提高加工精度的措施（,P170,）,一、,表面质量的含义,二、,对零件使用性能的影响,三、,切削表面粗糙度,四、,表面机械物理性能（不要求）,五、,磨削表面粗糙度,（不要求）,4.1,机械加工精度,4.2,机械加工表面质量,练习,1,练习,2,1,零件的加工精度,尺寸精度,形状精度,相互位置精度,4.1.1,概述,获得尺寸精度的方法,:,试切法,定尺寸刀具法,调整法,适用于单件小批生产,适用于各种生产类型,适用于成批及大量生产,自动控制法,适用于批量生产,主动测量法,适用于批量生产,2,获得形状精度的方法,刀尖轨迹法,成形刀具法,仿形法,获得位置精度的方法,直接找正安装,划线找正安装,夹具安装法,展成法,机床控制法,3,1.,工件,; 2.,车刀,; 3.,拉板,;,4.,紧固件,; 5.,滚柱,机械靠模,随动系统靠模,4,原始误差包括：,1.,主轴回转误差,2.,导轨误差,3.,传动链误差,外力作用点变化,外力大小变化,外力方向变化,减小变形的措施,机床几何误差,工艺系统静误差,原理误差,调整误差,测量误差,工艺系统动误差,工艺系统力变形,工艺系统热变形,工艺系统内应力变形,刀具几何误差,夹具几何误差,安装误差,刀具磨损,5,滚齿时就有两种误差,：,用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆；,滚刀切削刃数有限，滚切出的齿轮齿形是折线。,近似的加工方法、刀具轮廓等产生的误差。,1.,加工原理误差（理论误差）,6,（,1,）机床几何误差,机床几何误差的来源,机床制造,安装,磨损,机床几何误差的组成,1.,主轴回转误差,2.,导轨误差,3.,传动链误差,7,机床主轴回转误差,主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线产生的偏移量。,减小主轴回转误差的措施,主轴回转误差的基本形式,轴向窜动,纯径向跳动,纯角度摆动,误差敏感方向,159,页,8,原始误差沿,加工表面法向,原始误差沿,加工表面切向,误差敏感方向,:,通过刀尖的加工表面的法向,9,轴向窜动对车削加工精度的影响,对内、外圆的尺寸精度：,对端面与内外圆轴线垂直度：,端面平面度：,没有影响；,产生误差；,产生误差。,10,主轴的纯径向跳动对加工精度的影响,镗床上,车床上,对圆度,影响较小,对圆度,影响较大,11,镗床上，刀具旋转，圆度误差大,主轴的纯角度摆动对加工精度的影响,12,减小主轴回转误差的措施,1,.,提高轴承精度。,2.,提高主轴轴颈精度,4.,减小主轴回转误差的影响。,3.,提高轴承孔的精度、同轴度,13,导轨水平面内的直线度误差，,沿误差敏感方向,导轨垂直面内的直线度误差，,沿不敏感方向,;,2,、机床导轨误差,导轨,水平面,内的直线度误差,导轨,水平面,内的直线度误差,导轨,平行度,误差,以卧式车床为例,14,导轨平行度误差,(,扭曲,),会使工件产生形状误差,对于刨床等，导轨在,垂直面,内的直线度误差,沿误差敏感方向,15,1,.,尽量缩短传动链。,2,.,提高制造和安装精度。,3,.,采用误差校正机构等。,减小传动链误差的措施,16,一般刀具,定尺寸刀具,成形刀具,磨损后对工件尺寸或形状精度有一定影响,尺寸误差直接影响被,加工工件的尺寸精度。,误差主要影响被加工面的形状精度,4,）刀具误差,17,5,）夹具误差：,1）定位元件等零件的制造误差。,2）装配后元件的相对位置误差。,3）夹具在使用中工作表面的磨损。,18,6,）调整误差,定程机构,夹具安装调整,靠模、凸轮等，其制造误差产生调整误差,工件的安装误差、,夹具的位置误差等。,19,测量,误差,（1）量具、量仪和测量方法,本身的误差,（2）环境条件的影响,（温度、振动等）,（3）测量人员主观因素的影响,（视力、测量力大小等）,（4）正确选择和使用量具，,以保证测量精度,20,工艺系统：,机床、夹具、,工件、刀具,外力：,切削力、传动力、惯性力、夹紧力、重力,产生了加工误差,刀具、工件间相对位置被破坏,3.,工艺系统受力变形的影响（,162,页）,21,影响机床部件刚度的因素,图,5-9,连接面之间的接触接触情况,工艺系统整体抵抗变形的能力。,工艺系统刚度的概念,连接表面间的接触变形,接合面间摩擦力的影响,接合面间的间隙、润滑膜的影响,薄弱零件本身的影响,整体和部件,谁的刚度大,?,22,1,),切削力作用位置变化引起的加工误差,车细长轴，,工件呈鼓形,图,4-7 163,页,23,2,),切削力大小变化引起的加工误差,(,误差复映,),以车削短圆柱工件外圆为例,毛坯的圆度误差,毛坯,=a,1,-a,2,引起工件圆度误差,工件,=y,1,-y,2,且,毛坯,越大，,工件,越大，,由于工艺系统受力变形的变化而使毛坯形状误差复映到加工后工件表面的现象称为,“,误差复映,”,。,一般,1,定义,:,误差复映系数,n,次走刀后有,工件,=,毛坯,n,24,提高工艺系统刚度，可减小误差复映系数。,增加走刀次数, 可减小误差复映, 但生产率降低。,提高毛坯的形状精度,可减小误差复映。,提高毛坯材料的均匀性，可减小误差复映。,讨论：,例：一个工艺系统，其误差复映系数为,0.25,，工件在本工序前有圆度误差,0.5mm,，为保证本工序,0.01mm,的形状精度，本工序最少走刀几次？,解：,工件,=0.5(0.25),n,0.01,(n=1, 0.125; n=2, 0.031; n=3, 0.0078),解得,n=3,25,3,),切削过程中受力方向变化引起的加工误差,(1),由于传动力引起的误差,在单爪拨盘传动下车削出来的工件产生圆度误差，采用双爪拨盘抵消（对称）,图,5-13,单爪拨盘传动对工件,形状误差的影响,26,此外重力也会引起加工误差,(3),由于夹紧力引起的加工误差,27,（1）提高接触刚度,（2）提高工艺系统刚度,（3）减小夹紧变形,3.,减小工艺系统受力变形的措施,（,4,）合理安排工艺，粗精分开,（,5,）采用合理安装和加工方法,降低,Ra;,预加载荷,采用中心架或跟刀架,铣角形零件的两种安装方法,28,不稳定,恢复过程中，零件变形，破坏精度。,零件变形，影响整台机器的质量。,影响,内应力是指在没有外部载荷的情况下，存在于工件内部的应力，又称残余应力。,5.,工件内应力引起的变形,(165,页,),内应力的产生原因,由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生。主要来自热加工或冷加工。,29,1,),毛坯制造中产生的残余应力,2),冷校直引起的残余应力,3),切削加工中引起的残余应力,措施,:,合理设计零件结构,减小零件尺寸差异。,时效处理,粗精分开,不采用冷校直,内应力的产生原因,由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生。主要来自热加工或冷加工。,30,4.1.4,提高加工精度的工艺措施,查明原因，设法直接消除或减弱,1.,直接减小误差法,2.,误差补偿法,造出新误差，抵消原来的误差。,通过导轨凸起补偿横梁变形,反拉法切削细长轴,a),正向进给,b),反向进给,31,4.,误差转移法,把误差转移。,5.,就地加,工法,自身刀具加工自身零件。自身加工修配法。,3.,误差均化法,表面相互比较和修正，以达到很高的加工精度。,6.,误差分组法,误差减为原来的1/,n。,32,+,0.1,+0.1,X,max,=0.2,X,min,=0,轴,装配精度为,0.2mm,孔,0.05,+0.05,Xmax=0.15,现装配精度为,0.1mm,例：通过分组提高装配精度,Xmin=0.05,33,零件表面质量,表面粗糙度,表面波度,纹理,伤痕,表面层的物理力学性能,表面层的几何形状特征,表面层冷作硬化,表面层残余应力,表面层金相组织的变化,一、 表面质量的含义（内容）,34,二、表面质量对零件使用性能的影响,零件表,面质量,粗糙度太大、太小都不耐磨,适度冷硬能提高耐磨性,对疲劳强度的影响,对耐磨性的影响,对耐腐蚀性的影响,对工作精度的影响,粗糙度越大，疲劳强度越差,适度冷硬、残余压应力能提高,粗糙度越大、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,压应力提高耐腐蚀性，,拉应力则降低耐腐蚀性,35,三、影响加工表面粗糙度的因素及其控制,机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几何因素和物理力学因素两个方面。,1、几何因素,刀尖圆弧半径,r,主偏角,k,r,、,副偏角,k,r,进给量,f,2、物理力学因素,（1）工件材料的影响,（2）积屑瘤的影响,36,刀尖圆弧半径,r,0,：,主偏角,k,r,、,副偏角,k,r,：,进给量,f,：,r,0,越大，,Ra,越小。,k,r,越小，,H,越小，,Ra,越小。,f,越小，,Ra,越小。,37,2、物理力学因素,（1）工件材料的影响,积屑瘤严重影响粗糙度,精加工时一定要设法避免积屑瘤,提高材料的硬度,控制切削速度,切削液减小摩擦,增大前角,减小切深,韧性材料：对中低碳钢工件正火。,脆性材料：切屑崩碎使表面粗糙。,（,2,）其他因素的影响,38,五、磨削加工表面粗糙度的影响因素,2.,砂轮的影响,1.,磨削用量的影响,砂轮转速, 表面粗糙度值,；,磨削深度,表面粗糙度值,;,初磨较大进给量,;,终磨无进给量磨削。,3.,工件材料的影响,39,2.,砂轮的影响,砂轮粒度,:,磨粒越细，,Ra,越小。,但,太细易被堵塞，烧伤工件表面。,砂轮硬度,:,太硬或太软都不好；,砂轮修整,:,使砂轮表面磨粒整齐又锐利。,砂轮材料,:,刚玉类,碳化硅类,金刚石等,3.,工件材料,太硬,磨粒磨钝 ,Ra,；,太软,堵塞砂轮 ,Ra,；,太韧,，使磨粒早期崩落 ,Ra;,40,四、表面层物理力学性能的影响因素及,改进措施,表面物理力学性能,影响残余应力的因素,影响加工硬化的因素,影响金相组织的因素,刀具形状,切削用量,工件材料,冷塑性变形,热塑性变形,金相组织变化,磨削烧伤,41,1.,影响表面层加工硬化的因素,定义：,工件表层产生塑性变形，晶格扭曲，强度和硬度增加。又称冷作硬化和强化。,刀具几何形状的影响,切削刃圆角,r,0,塑变,冷硬,切削用量的影响,切削速度,v,塑变冷硬,f,切削力塑变冷硬,工件材料性能的影响,材料塑性冷硬,42,磨削烧伤,：,磨削表层金相组织变化，强度和硬度降低、产生残余应力、甚至出现微观裂纹。,淬火钢在磨削时，磨削烧伤有三种形式。,2.,影响表面层金相组织变化与磨削烧伤的因素,淬火烧伤,回火烧伤,退火烧伤,超过,Ac3,。冷却好时,表层淬火。,超过原回火温度。,超过,Ac3,。冷却差时，表层退火。,43,3.,影响表面层残余应力的因素, 冷态塑变, 热态塑变, 金相组织变化,表层残余压应力,表层残余拉应力,体积收缩，产生拉应力,44,提高表面层物理力学性能的加工方法,1滚压加工,滚轮：淬火和精研,;,Ra,减小、硬化、产生残余压应力。,通常在车床上进行。,2. 喷丸强化,珠丸快速冲击工件，使表层冷硬、残余压应力。,主要用于强化形状复杂的零件,如齿轮,曲轴等,45,单项选择题,1,工艺系统整体的刚度（ ）其夹具的刚度。,A,大于,B,小于,C,等于,D,大于或等于,2,车削细长轴时，工件轴向截面上的形状是（ ）。,A,矩形,B,梯形,C,鼓形,D,鞍形,3,工件加工中误差复映系数大小主要取决于,（ ）,A.,毛坯误差大小,B.,工艺系统的刚度,C.,切削时的切削厚度,D.,刀具的几何角度,4,薄壁套筒零件在车床三爪卡盘上加工内孔，发现孔有较大圆度误差，其主要原因是（ ）。,A.,工件夹紧变形,B.,工件热变形,C.,刀具受力变形,D.,刀具热变形,46,1.,为减小主轴回转误差对加工的影响，可采取以下措施,( ),。,A.,提高主轴轴承精度,B.,提高主轴轴颈精度,C.,提高轴承孔精度,D.,刀具与主轴浮动联接,3,减小误差复映的措施有（ ）。,A.,提高工艺系统刚度,B.,多次走刀,C.,提高毛坯形状精度,D.,减小工艺系统刚度,多项选择题,1.,误差敏感方向为通过切削刃的加工表面的法向。,判断,47,1,切削加工时，对表面粗糙度影响最大的因素一般是（ ）。,A.,刀具材料,B.,进给量,C.,切削深度,D.,工件材料,2,在切削加工时，哪个因素对表面粗糙度没有影响？（ ）,A.,刀具几何形状,B.,切削用量,C.,工件材料,D.,检测方法,3,当零件表面层有残余压应力时，（ ）表面层对腐蚀作用的敏感性。,A,降低了,B,增加了,C,不影响,D,有时会影响,1.,零件的表面粗糙度值越低，疲劳强度越低。（,F,）,2.,工件表面的残余压应力能提高疲劳强度。 （,T,）,判断,选择题,4,在切削加工时，能直接减小表面粗糙度值的方法是（ ）,A.,提高切削刃圆角,B.,减小进给量,C.,增大前角,D.,增加主偏角,48,本课程的主要内容,1,金属切削加工基础,2,金属切削机床及刀具,3,机械加工过程与工艺规程,4,机械加工质量的技术分析,5,机床常用夹具,6,典型表面与典型零件加工工艺,7,特种加工工艺与其他新技术新工艺,49,放映,结束！,无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充满希望的明天。,50,