机械加工质量的技术分析

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1、第第4 4章章 机械加工质量的技术分析机械加工质量的技术分析 一、一、 概述概述 (156页页) 二二、 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(158页页) 三、三、 加工误差的综合分析（不要求）加工误差的综合分析（不要求） 四四、 提高加工精度的措施（提高加工精度的措施（P170） 一、一、 表面质量的含义表面质量的含义 二、二、 对零件使用性能的影响对零件使用性能的影响 三、三、 切削表面粗糙度切削表面粗糙度 四、四、 表面机械物理性能（不要求）表面机械物理性能（不要求） 五、五、 磨削表面粗糙度磨削表面粗糙度（不要求）（不要求） 4.1 4.1 机械加工精度机械加工精度

2、4.2 4.2 机械加工表面质量机械加工表面质量 练习练习1 练习练习2 零件的加工精度零件的加工精度 尺寸精度尺寸精度 形状精度形状精度 相互位置精度相互位置精度 4.1.1 概述概述 获得尺寸精度的方法获得尺寸精度的方法: 试切法试切法 定尺寸刀具法定尺寸刀具法 调整法调整法 适用于单件小批生产适用于单件小批生产 适用于各种生产类型适用于各种生产类型 适用于成批及大量生产适用于成批及大量生产 自动控制法自动控制法 适用于批量生产适用于批量生产 主动测量法主动测量法 适用于批量生产适用于批量生产 获得形状精获得形状精 度的方法度的方法 刀尖轨迹法刀尖轨迹法 成形刀具法成形刀具法 仿形法仿形法

3、 获得位置精获得位置精 度的方法度的方法 直接找正安装直接找正安装 划线找正安装划线找正安装 夹具安装法夹具安装法 展成法展成法 机床控制法机床控制法 1.工件工件; 2.车刀车刀; 3.拉板拉板; 4.紧固件紧固件; 5.滚柱滚柱 机械靠模机械靠模 随动系统靠模随动系统靠模 原始误差包括：原始误差包括： 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 外力作用点变化外力作用点变化 外力大小变化外力大小变化 外力方向变化外力方向变化 减小变形的措施减小变形的措施 机床几何误差机床几何误差 工艺系统工艺系统 静误差静误差 原理误差原理误差 调整误差调整误差 测量误差

4、测量误差 工艺系统工艺系统 动误差动误差 工艺系统力变形工艺系统力变形 工艺系统热变形工艺系统热变形 工艺系统内应力变形工艺系统内应力变形 刀具几何误差刀具几何误差 夹具几何误差夹具几何误差 安装误差安装误差 刀具磨损刀具磨损 滚齿时就有两种误差滚齿时就有两种误差： 用阿基米德蜗杆代替渐用阿基米德蜗杆代替渐 开线蜗杆；开线蜗杆； 滚刀切削刃数有限，滚滚刀切削刃数有限，滚 切出的齿轮齿形是折线。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。近似的加工方法、刀具轮廓等产生的误差。 1. 1. 加工原理误差（理论误差）加工原理误差（理论误差） （1）机床几何误差）机床几何误差 机床几

5、何误差的来源机床几何误差的来源 机床制造机床制造 安装安装 磨损磨损 机床几何误差的组成机床几何误差的组成 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 机床主轴回转误差机床主轴回转误差 主轴的实际回转轴线对其理主轴的实际回转轴线对其理 想回转轴线产生的偏移量。想回转轴线产生的偏移量。 减小主轴回转误差的措施减小主轴回转误差的措施 主轴回转误差的基本形式主轴回转误差的基本形式 轴向窜动轴向窜动 纯径向跳动纯径向跳动 纯角度摆动纯角度摆动 误差敏感方向误差敏感方向159页页 RRRRRRR222222222 原始误差沿原始误差沿加工加工 表面法向表面法向 原

6、始误差沿原始误差沿加工加工 表面切向表面切向 误差敏感方向误差敏感方向: : 通过刀尖的加工表面的法向通过刀尖的加工表面的法向 轴向窜动对车削加工精度的影响轴向窜动对车削加工精度的影响 对内、外圆的尺寸精度：对内、外圆的尺寸精度： 对端面与内外圆轴线垂直度：对端面与内外圆轴线垂直度： 端面平面度：端面平面度： 没有影响；没有影响； 产生误差；产生误差； 产生误差。产生误差。 主轴的纯径向跳动对加工精度的影响主轴的纯径向跳动对加工精度的影响 镗床上镗床上 车床上车床上 对圆度对圆度影响较小影响较小 对圆度对圆度影响较大影响较大 镗床上，刀具旋转，圆度误差大镗床上，刀具旋转，圆度误差大 主轴的纯角

7、度摆动对加工精度的影响主轴的纯角度摆动对加工精度的影响 减小主轴回转误差的措施减小主轴回转误差的措施 1 1. .提高轴承精度。提高轴承精度。 2.2.提高主轴轴颈精度提高主轴轴颈精度 4.4.减小主轴回转误差的影响。减小主轴回转误差的影响。 3.3.提高轴承孔的精度、同轴度提高轴承孔的精度、同轴度 导轨水平面内的导轨水平面内的 直线度误差，直线度误差， 沿误差敏感方向沿误差敏感方向 导轨垂直面内的导轨垂直面内的 直线度误差，直线度误差， 沿不敏感方向沿不敏感方向; ; 2 2、机床导轨误差、机床导轨误差 导轨导轨水平面水平面内的直线度误差内的直线度误差 导轨导轨水平面水平面内的直线度误差内的

8、直线度误差 导轨导轨平行度平行度误差误差 以卧式车床为例以卧式车床为例 导轨平行度误差导轨平行度误差( (扭曲扭曲) ) 会使工件产生形状误差会使工件产生形状误差 对于刨床等，导轨在对于刨床等，导轨在 垂直面垂直面内的直线度误内的直线度误 差差, ,沿误差敏感方向沿误差敏感方向 1 1. .尽量缩短传动链。尽量缩短传动链。 2 2. .提高制造和安装精度。提高制造和安装精度。 3 3. .采用误差校正机构等。采用误差校正机构等。 减小传动链误差的措施减小传动链误差的措施 一般刀具一般刀具 定尺寸刀具定尺寸刀具 成形刀具成形刀具 磨损后对工件尺寸或形磨损后对工件尺寸或形 状精度有一定影响状精度有

9、一定影响 尺寸误差直接影响被尺寸误差直接影响被 加工工件的尺寸精度。加工工件的尺寸精度。 误差主要影响被加误差主要影响被加 工面的形状精度工面的形状精度 4 4）刀具误差）刀具误差 5 5）夹具误差：）夹具误差： 1 1）定位元件等零件的）定位元件等零件的 制造误差。制造误差。 2 2）装配后元件的相对）装配后元件的相对 位置误差。位置误差。 3 3）夹具在使用中工作）夹具在使用中工作 表面的磨损。表面的磨损。 6）调整误差）调整误差 定程机构定程机构 夹具安装调整夹具安装调整 靠模、凸轮等，其制靠模、凸轮等，其制 造误差产生调整误差造误差产生调整误差 工件的安装误差、工件的安装误差、 夹具的

10、位置误差等。夹具的位置误差等。 测量测量 误差误差 （1 1）量具、量仪和测量方法）量具、量仪和测量方法 本身的误差本身的误差 （2 2）环境条件的影响）环境条件的影响 （温度、振动等）（温度、振动等） （3 3）测量人员主观因素的影响）测量人员主观因素的影响 （视力、测量力大小等）（视力、测量力大小等） （4 4）正确选择和使用量具，）正确选择和使用量具， 以保证测量精度以保证测量精度 工艺系统：工艺系统： 机床、夹具、机床、夹具、 工件、刀具工件、刀具 外力：外力：切削力、传动力、惯切削力、传动力、惯 性力、夹紧力、重力性力、夹紧力、重力 产生了加工误差产生了加工误差 刀具、工件间相对位刀

11、具、工件间相对位 置被破坏置被破坏 3.3.工艺系统受力变形的影响（工艺系统受力变形的影响（162162页）页） 影响机床部件刚度的因素影响机床部件刚度的因素 图图5-9 连接面之间的接触接触情况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。工艺系统整体抵抗变形的能力。 工艺系统刚度的概念工艺系统刚度的概念 连接表面间的接触变形连接表面间的接触变形 接合面间摩擦力的影响接合面间摩擦力的影响 接合面间的间隙、润滑膜接合面间的间隙、润滑膜 的影响的影响 薄弱零件本身的影响薄弱零件本身的影响 整体和部件整体和部件, 谁的刚度大谁的刚度大? 1 1) ) 切削力作用位置变化引起的加工误差切削力

12、作用位置变化引起的加工误差 车细长轴，车细长轴，工件呈鼓形工件呈鼓形 图图4 4- -7 1637 163页页 2 2) ) 切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差( (误差复映误差复映) ) 以车削短圆柱工件外圆为例以车削短圆柱工件外圆为例 毛坯的圆度误差毛坯的圆度误差毛坯毛坯=a=a1 1- -a a2 2 引起工件圆度误差引起工件圆度误差工件工件=y=y1 1 - -y y2 2 且且毛坯毛坯越大，越大，工件工件越大，越大， 由于工艺系统受力变形的变化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而使毛坯形状误差复映到加工 后工件表面的现象称为后工件表面的现象称

13、为“误差误差 复映复映”。 一般一般1 1称为误差复映系数，毛坯工件定义定义: : 误差复映系数误差复映系数 n次走刀后有次走刀后有 工件工件= =毛坯毛坯n n 提高工艺系统刚度，可减小误差复映系数。提高工艺系统刚度，可减小误差复映系数。 增加走刀次数增加走刀次数, , 可减小误差复映可减小误差复映, , 但生产率降低。但生产率降低。 提高毛坯的形状精度提高毛坯的形状精度, , 可减小误差复映。可减小误差复映。 提高毛坯材料的均匀性，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：讨论： 例：一个工艺系统，其误差复映系数为例：一个工艺系统，其误差复映系数为0.25，工，工 件在

14、本工序前有圆度误差件在本工序前有圆度误差0.5mm，为保证本工序，为保证本工序 0.01mm的形状精度，本工序最少走刀几次？的形状精度，本工序最少走刀几次？ 解：解： 工件工件=0.5(0.25)n0.01 (n=1, 0.125; n=2, 0.031; n=3, 0.0078) 解得解得 n=3 3 3) )切削过程中受力方向变化引起的加工误差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）差，采用双爪拨盘抵消（对称） 图图5-13 单爪拨盘

15、传动对工件单爪拨盘传动对工件 形状误差的影响形状误差的影响 此外重力也会引起加工误差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由于夹紧力引起的加工误差 （1）提高接触刚度）提高接触刚度 （2）提高工艺系统刚度）提高工艺系统刚度 （3）减小夹紧变形）减小夹紧变形 3. 减小工艺系统受力变形的措施减小工艺系统受力变形的措施 （4）合理安排工艺）合理安排工艺 ，粗精分开，粗精分开 （5）采用合理安装）采用合理安装 和加工方法和加工方法 降低降低Ra; 预加载荷预加载荷 采用中心架或跟刀架采用中心架或跟刀架 铣角形零件的两种安装方法铣角形零件的两种安装方法 不稳定不稳定 恢复过程中，零件变形，破坏精度。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。零件变形，影响整台机器的质量。 影响影响 内应力是指在没有外部载荷的情况下，存在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。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工件内应力引起的变形(165页页) 内应力的产生原因内应力的产生原因 由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均匀由金属内部的相邻宏观或微观组织发生了不均