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1、第3章 机械加工质量,3.1 机械加工精度 3.1.1 机械加工精度的概念 3.1.2 机械加工精度获得的方法 3.1.3 影响机械加工精度的主要因素 3.1.4 提高机械加工精度的工艺措施 3. 2 加工表面质量 3.2.1 机械加工表面质量的基本概念 3.2.2 机械加工表面质量对机器使用性能的影响 3.2.3 影响机械加工表面质量的因素及提高机械加工表面质量的工艺措施,1,广东白云学院 数控教研室,3.1 机械加工精度,3.1.1 机械加工精度的概念 机械加工精度的概念 加工精度：是指零件加工后，实际几何参数(尺寸、形状和位置）与理想几何参数的符合程度。加工精度包括： 尺寸精度：加工表面
2、的实际尺寸与设计尺寸的尺寸之间的符合程度。在国标中尺寸公差分20级（IT01、IT0、IT1IT18）。 形状精度：加工表面的实际形状与理想零件表面形状相符合的程度。在国标中形状公差有六项：直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度、面轮廓度。 相互位置精度：加工表面的间实际位置与理想位置相符合的程度。在国标中位置公差有八项：平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、对称度、位置度、圆跳动、全跳动。,2,广东白云学院 数控教研室,3.1.2 机械加工精度获得的方法,（2）调整法：通过预调好的机床、夹具、刀具、工件，在加工中自行获得尺寸精度。 （3）定尺寸刀具法：用一定形状和尺寸的刀具加工获得。 （4）自动控
3、制法：用一定装置，边加工边自动测量控制加工。,2. 形状精度的获得方法 （1）轨迹法 ：利用刀具与工件间的相对运动轨迹来获得形状。 （2）成形法：利用成形刀具加工获得表面形状。 （3）展成法：利用刀具与工件相对运动使工件被刀具切削成一定形状的包络线。,l. 尺寸精度的获得方法 （1）试切法：试切测量调整再试切,3,广东白云学院 数控教研室,3. 位置精度的获得方法 （1）一次装夹获得法 （2）多次装夹获得法 装夹的方式：直接找正装夹、划线找正装夹、夹具装夹。,3.1.2 机械加工精度获得的方法,4,广东白云学院 数控教研室,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,工艺系统 在机械加工中，由机床
4、、夹具、刀具和工件等组成的统一体。,按照工艺系统误差的性质可归纳为4个方面 1、工艺系统的几何误差 2、工艺系统的受力变形 3、工艺系统的热变形 4、工件残余应力所引起的误差,5,广东白云学院 数控教研室,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,1）加工原理误差 采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮廓进行加工产生的误差。,2）机床的几何误差 （1）主轴回转误差（主轴轴线漂移）： 纯径向跳动：车削外圆、镗孔时产生圆度误差。 纯轴向窜动：车端面产生平面度误差；车螺纹产生螺距小周期误差。 纯角度摆动：产生圆柱度或端面形状误差。,1、 工艺系统几何误差,6,广东白云学院 数控教研室,3.1.3 影响机械
5、加工精度的主要因素,（2）机床导轨误差,（3）机床传动链传动误差,1、 工艺系统几何误差,3）工艺系统的其他几何误差,（1）刀具误差,（2）夹具误差,（3）工件装夹误差,（4）测量误差,（5）调整误差,7,广东白云学院 数控教研室,2、工艺系统受力变形,1）工艺系统的刚度及其影响 （1）工艺系统的刚度 机械加工过程中，在重力、切削力、夹紧力、惯性力、传动力等外力作用下，工艺系统都会变形，破坏刀具与工件间的正确位置，从而产生加工误差。,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,（2）工件和刀具的刚度,（3）接触刚度 就是互相接触的两表面受力后抵抗变形的能力。,（4）机床部件的刚度,8,广东白云学院
6、 数控教研室,2、工艺系统受力变形,2）工艺系统受力变形引起的加工误差 （1）切削过程中受力点位置变化引起的工件形状误差,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,（2）由切削力大小变化引起的误差误差复映,（3）切削过程中受力方向变化引起的工件形状误差,（4）由其他作用力引起的误差 a、夹紧力引起的误差 b 、离心力及传动力引起的误差 c、重力引起的误差,9,广东白云学院 数控教研室,3）减小工艺系统受力变形的主要措施,提高接触刚度 提高工件的刚度，减少受力变形 提高机床部件刚度、减少受力变形 合理装夹工件、减少夹紧变形,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,2、工艺系统受力变形,10,广东白
7、云学院 数控教研室,1）机床热变形引起的加工误差,2）工件的热变形引起的加工误差 工件均匀受热 工件不均匀受热,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,3、工艺系统的热变形,3）刀具的热变形引起的加工误差,4）减少和控制工艺系统热变形的主要途径 减少发热，隔离热源 冷却、通风、散热 均衡温度场 加速热平衡 控制环境温度,11,广东白云学院 数控教研室,例：,车削工件，产生图示误差，分析主要原因。,(a) 锥形：导轨与主轴不平行、刀具磨损； (b) 腰鼓形：工件刚性差，产生让刀； (c) 马鞍形：工件刚性好，机床两端刚性差。,12,广东白云学院 数控教研室,4、工件残余应力所引起的误差,残余应力
8、：是指当外载荷去掉后仍然存在于工件内部的应力。存在内应力是工件处于不稳定的平衡状态，应力变化将产生变形。 残余应力产生的原因及所引起的误差： 1）毛坯制造中产生内应力：在铸造、锻造、焊接及热处理中工件受热不均及金相组织变化时体积的变化而产生内应力。 通常表面（薄的部位）先冷却凝固，芯部（厚的部位）后冷却，因此先冷却部分受压应力，后冷却部分受拉应力。,2）冷校直带来的残余应力：刚性较差的、易变形的细长工件，采用冷校直的方法纠正弯曲变形时产生内应力。,3）切削加工引起的残余应力：切削过程中切削塑性变形、相变等使工件表面产生残余应力。,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,13,广东白云学院 数控
9、教研室,减少或消除工艺系统残余应力的措施,合理设计零件结构：铸件、锻件壁厚均匀，焊接件焊缝分布均匀等； 尽量不采用冷校直工艺：精密件严禁冷校直，可热校直或加大余量多切削； 合理安排时效处理消除内应力； 合理安排工艺过程：粗加工后过一定时间后再精加工，粗加工后松开工件重新以较小的力装夹等。,3.1.3 影响机械加工精度的主要因素,14,广东白云学院 数控教研室,1、直接减少误差法2、误差补偿法3、误差转移法4、误差分组法,3.1.4 提高机械加工精度的工艺措施,15,广东白云学院 数控教研室,3. 2 机械加工表面质量,3.2.1 机械加工表面质量的概念 1）表面质量的含义：指零件加工后的表面微
10、观几何形状和表面的物理力学性能状态。表面质量包括： 表面微观几何形状： 表面粗糙度 表面波度 表面层物理力学性能：表面层冷作硬化 表面层残余应力 表面层相变,16,广东白云学院 数控教研室,3.2.2机械加工表面质量对机器使用性能的影响,1、表面质量对零件耐磨性的影响：初期磨损快，跑合后进入正常磨损。表面粗糙时，高点干摩擦，磨损快；表面太光洁时润滑油无法进入，造成材料粘结磨损，最佳Ra0.321.25m。表面硬化，耐磨性提高。表面相变影响耐磨性。 2、表面质量对疲劳强度的影响：表面越粗糙，抗疲劳性越差。表面硬化抗疲劳性提高，但硬化程度过高，易出现疲劳裂纹、剥落现象。表层压应力，提高抗疲劳性，表
11、层拉应力，降低抗疲劳性。 3、表面质量对零件耐腐蚀性的影响：表面越粗糙，抗腐蚀能力越差。凹陷处易于杂质形成原电池，造成电化学腐蚀。 4、表面质量对配合性质的影响 5、表面质量对接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低，联接牢固性、接触位置准确性越差。,3. 2 机械加工表面质量,17,广东白云学院 数控教研室,3.2.3 影响机械加工表面质量的因素及提高机械加工表面质量的工艺措施,1、影响表面粗糙度的工艺因素：,与切削刀具有关的因素主要是刀具的几何参数 与工件材质相关的因素包括材料的塑性、金相组织等 与加工条件有关的因素包括切削用量、冷却条件以及工艺系统的精度与抗振性等,3. 2 机械加工表面
12、质量,18,广东白云学院 数控教研室,2、降低表面粗糙度的措施：,l选择合适的切削条件 （1）切削速度 （2）减小进给量 （3）切削深度（背吃刀量） （4）切削液 l合理选用刀具几何参数和刀具材料 （1）采用合理的刀具几何参数 （2）采用与工件材料分子亲和力小的刀具材料 l改善工件材料的性能和金相组织 l使用特殊的加工方法,3. 2 机械加工表面质量,19,广东白云学院 数控教研室,4.2.3 影响零件表面层物理力学性能的因素改善措施,1）表面层加工硬化 加工过程中工件表层金属产生塑性变形，金属晶体产生剪切滑移，晶格扭曲使表层金属强度、硬度提高，塑性下降。,2）加工表面金相组织变化和磨削烧伤
13、金相组织变化主要发生在磨削加工过程中，当磨削温度超过材料相变温度，金相组织将发生变化，表层显微硬度变化、产生表面残余应力、显微裂纹，表面出现彩色氧化膜，又称为磨削烧伤。,3. 2 机械加工表面质量,20,广东白云学院 数控教研室,磨削烧伤的主要形式（磨削淬硬钢）：,影响因素： 1）磨削用量 2）砂轮的选择 3）工件材料 4）冷却条件,3. 2 机械加工表面质量,21,广东白云学院 数控教研室,3）表层残余应力,冷态塑性变形引起残余应力：挤压摩擦晶格拉长后部分弹性恢复受阻时产生，一般为表层残余压应力。 热态塑性变形引起残余应力：切削表层热膨胀产生塑性变形，冷却时受阻表层残余拉应力。 金相组织变化引起残余应力：金相组织不同，密度不同而造成表层体积变化产生残余应力。,3. 2 机械加工表面质量,22,广东白云学院 数控教研室,4）提高和改善零件表面层物理力学性能措施,喷丸强化 滚压加工 液体磨料强化,3. 2 机械加工表面质量,23,广东白云学院 数控教研室,
