机械加工质量及其控制

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1、机械加工质量及其控制4.1 机械加工质量概述 4.2 机械加工精度的影响因素 4.3 机床几何误差及其对加工精度的影响 4.4 工艺系统受力变形与受热变形对加工精度的影 响 4.5 工件内应力对加工精度影响 4.6 加工误差的统计分析 4.7 机械加工表面质量1学习指南n机械加工质量主要包括加工精度和加工表面质量两个方面 。 n在影响机械加工精度的诸多误差因素中，机床的几何误差 、工艺系统的受力变形和受热变形占有突出的位置，学习 者应了解这些误差因素是如何影响加工误差的。 n在影响机械加工表面质量的诸多因素中，切削用量、刀具 几何角度以及工件、刀具材料等起重要作用，学习者应了 解这些因素对加工

2、表面质量的影响规律。n应学会分析加工误差产生的物理原因，从而找出控制加工误差的方法。同时还应学会运用统计学方法对加工误差进 行统计分析，以从加工误差的统计特征，确定出加工误差 的变化规律及可能采取的控制方法。24.1 机械加工质量概述学习要点：n掌握机械加工质量和加工精度的概念n熟知尺寸精度、形状精度和位置精度的获 得方法n了解表面质量对零件使用性能的影响。 34.1 机械加工质量概述n机械加工质量的内涵机械加工后最外层表面与周围环境界面的几何形状误差波度：介于宏观几何形状误差与 微观表面粗糙度之间的几何形状 误差44.1 机械加工质量概述零件加工表面的粗糙度和波度波度：波长，波高H54.1

3、机械加工质量概述n机械加工质量的内涵机械加工后，零件一定深度表面层的物理力学性质等方面的质 量与基体相比发生的变化，称加工变质层64.1 机械加工质量概述加工变质层的构成情况 （P116）变质层构成厚度成因吸附层污染层、化合物层、物理化学吸附层 、异物嵌入层（积屑瘤碎片、磨粒嵌 入）8m外界因素结晶组织变 化层 （压缩层 ）非晶体层、微细结晶层、位错密度升 高层、孪晶层、便面合金化层、纤维 化层、相变层、再结晶层几十至 几百微 米切削力引起塑 性变形应力变质层残余应力层74.1 机械加工质量概述n加工精度及加工误差零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和各表 面间相互位置）与理想几何参数（形状、位

4、置 无误差，尺寸位于零件图纸规定的公差带中心 ）的 符合 程度 加工精度不符合 程度 加工误差符合程度高，加工精度高；加工精度高，加工误差小。形状误差应限制在形状公差之内；位置误差应限制在位置公差范围之内。8如不作特殊说明，零件的形状误差和位置误差不应大于零件 尺寸公差的二分之一。如对零件的形状误差或位置误差有特 别要求，应在尺寸公差之外另加标注。如图所示夹具底板零件，其顶面于底面之间的距离尺寸为 自由公差，但其顶面对底面的平行度误差要求很高，需特 别加以标注。94.1 机械加工质量概述n机械加工精度的获得方法尺寸精度 （1）试切法 （2）调整法 （3）定尺寸刀具法零件加工表面尺寸由刀具确定，

5、孔（钻、扩、铰）；键 槽（键槽铣刀）；成形刀具（成型表面） （4）自动控制法数控加工（尺寸测量装置+进给机构+控制装置加工过程 中的尺寸测量+刀具补偿调整）BA10试切法试切+测量+调整 效率低，对操作者水平要求高 单件、小批生产或高精度零件加工11调整法试切好工件/标准样件+对刀装置成批、大量生产124.1 机械加工质量概述n机械加工精度的获得方法形状精度 （1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成 形运动例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整 加工13成形运动法轨迹法工件表面的生线（母线和 导线）均由轨迹运动生成 成型法 工件的一条生线通过

6、刀刃的 形状直接获得 14成形运动法相切法工件的一条生线是刀刃运动 轨迹的包络线 范成法/展成法其工件的一条生线也是刀 刃运动轨迹的包络线，且 包络线需通过刀具与工件 之间的范成运动来生成 154.1 机械加工质量概述n机械加工精度的获得方法形状精度 （1）成形运动法：刀具相对于工件有规律的切削成 形运动例：轨迹法、展成法、相切法和成形刀具法（2）非成形运动法：通过表面形状检验，人工修整 加工例：样板加工效率低，但当零件形状精度要求很高（高于机 床设备所能提供的成形运动精度）时采用164.1 机械加工质量概述n机械加工精度的获得方法位置精度 （1）一次装夹获得法零件表面的位置精度在一次装夹中由

7、刀具相对 于工件的成形运动位置关系保证； （2）多次装夹获得法通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准 面之间的位置关系来保证零件表面的位置精度 （3）非成形运动法人工修整，反复检测、加工 174.1 机械加工质量概述一次装夹获得法车床上一次安装车外圆和端面，则端面相对于 外圆表面的垂直度由车床横向溜板运动轨迹与 车床主轴回转中心线的垂直度来保证184.1 机械加工质量概述n机械加工精度的获得方法位置精度 （1）一次装夹获得法零件表面的位置精度在一次装夹中由刀具相对 于工件的成形运动位置关系保证； （2）多次装夹获得法通过刀具相对工件的成形运动与工件定位基准 面之间的位置关系来保证零件表面的位

8、置精度 （3）非成形运动法人工修整，反复检测、加工 194.1 机械加工质量概述多次装夹获得法0.1/互为基准，经三次反复加工， 保证两平面平行度0.1AA选择顶尖孔为基准，在调头的两次 装夹中统一基准，磨轴上两轴颈， 保证两轴颈的同轴度要求。204.2 机械加工精度的影响因素n学习要点：掌握机械加工工艺系统原始误 差的概念，掌握工艺系统原始误差（包括 静误差和动误差）对机械加工精度的影响 及控制方法，深刻理解和掌握误差敏感方 向的概念及其在机械加工精度分析中的应 用。 214.2 机械加工精度的影响因素n概念：机械加工工艺系统加工过程中，由机床、夹具、刀具、量具和工 件构成的封闭系统称为机械

9、加工工艺系统224.2 机械加工精度的影响因素n工艺系统原始误差零件未加工前 工艺系统本身 所具有的误差例：数控插补 加工、相切法 和范成法加工工艺系统 静误差工艺系统原有 精度被破坏而 产生的附加误 差因素工艺系统 动误差234.2 机械加工精度的影响因素n误差敏感方向切削加工过程中，由于各种 原始误差的影响，会使刀具 和工件之间正确的几何关系 遭到破坏，引起加工误差。不同方向的原始误差，对加 工误差的影响程度不同。当原始误差与工序尺寸方向 一致时，原始误差对加工精 度的影响最大。xxyRAARo OA例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置Ay244.2 机械加工精度的影响因素n误差敏

10、感方向刀尖由A移至A或A导 致的工件半径上的误差 是一样的，为RxxyRAARo OA例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置Ay设：Ro=25mm，y=0.1mm则：R=0.0002mm254.2 机械加工精度的影响因素n误差敏感方向xxyRAARo OA例：车削加工，工件回转轴线O， 刀尖正确位置Ay当原始误差的方向在加工表面法线 方向时，引起的加工误差最大。当原始误差的方向在加工表面切线 方向时，引起的加工误差最小，可 以忽略不计影响加工精度最大的方向（即通过 刀刃的加工表面的法向）称为误差 敏感方向。264.2 机械加工精度的影响因素误差的敏感方向 274.3 机床几何误差及其对加

11、工精度的 影响学习要点：n掌握机床主轴回转精度的概念及对加工精 度的影响，了解主轴回转误差产生的原因 及提高主轴回转精度的措施；n掌握机床导轨导向精度的概念及对加工精 度的影响，掌握机床成形运动之间的位置 关系精度及其对加工精度的影响，了解提 高这些精度的措施。 284.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n机床几何原始误差p基本成形运动自身误差u主轴回转误差u直线进给运动误差p成形运动之间的相对误差u纵向进给与主轴轴线不平 行u纵向、横向进给不垂直nf294.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n机床主轴回转精度n主 轴O 机床主轴作回转运动时， 在任一截面上若只有一点O 的速度为零，则

12、该点为主轴 的回转中心。 由于主轴回转误差 ，回转中心的位置时 刻变动，为瞬时回转 中心。 主轴回转精度高低， 以规定测量截面内，主 轴瞬时回转中心相对于 其平均位置来衡量304.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴回转误差 - 三种形式举例举例314.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响举例：采用滑动轴承时主轴径向跳动分析OOOO（a）轴颈不圆（b）轴承孔不圆32车床：切削力方向不变，主轴轴 颈的圆度误差将在回转过程中引 起轴线位置产生瞬时变化，造成 径向跳动；而轴承内孔有圆度误 差时，其影响较小 镗床：由于切削力作用方向是变 化的，因而当滑动轴承内孔有圆 度误差时，将使主轴在回转

13、的过 程中产生径向跳动，引起镗孔的 圆度误差 334.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴径向跳动的主要原因- 主轴轴承副的制造误差滑动轴承n轴颈不圆n轴承孔不圆n油膜涡动滚动轴承n外环与箱体配合质量n内环与轴颈配合质量n内外环滚道圆度n间隙、受力变形n滚动体形状不一致344.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响举例：止推轴承端面误差对主轴轴向跳动的影响n=0n0若只有一个端面滚道存在误差，对端面 跳动影响很小；只有当两个滚道端面均 存在误差时，才会引起较大的跳动量 354.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴轴向窜动的主要原因-滚动轴承：n止推轴承两个滚道与轴线的垂直度误差

14、n滚动体的形状误差和尺寸一致性滑动轴承：n主轴轴颈的轴向承载面或主轴轴承的承载端面与主 轴回转轴线之间的垂直度误差364.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴回转误差对加工精度的影响考虑误差敏感方向主轴径向跳动n回转面加工：圆度误差eg：车床上车外圆、镗孔镗床上镗孔n平面加工：平面度误差eg：卧式铣床上铣平面nn374.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴回转误差对加工精度的影响主轴轴向窜动n端面加工（车、镗）平面度误差端面相对于内外圆的垂直度误差n螺纹加工：螺距误差384.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n主轴回转误差对加工精度的影响主轴角度摆动主轴角度摆动对加工误差的

15、影响与主轴径向跳动对 加工误差的影响相似，主要区别在于主轴的角度摆 动不仅影响工件加工表面的圆度误差，而且影响工 件加工表面的圆柱度误差 圆柱只有圆柱度误差，没有圆度误差圆柱既有圆柱度误差，又有圆度误差圆394.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n直线运动精度机床的直线运动精度主要是指导轨的导向精度n导轨制造精度导轨在水平面内的直线度导轨在垂直面内的直线度双导轨在垂直方向的平行度n导轨与工作台之间的接触精度导致刀尖相对于工件的位置变化从而影响加工精度404.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响导轨在水平面内有直线度误差xxx刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的法 线方向（加工误差敏感方向）

16、产生位移；位移量等于导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹不是一条直线， 造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）414.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响导轨在垂直面内有直线度误差yyy刀尖相对于工件回转轴线在加工表面的切线 方向（加工误差非敏感方向）产生位移；位移量等于导轨的直线度误差；刀尖在水平面内的运动轨迹也不是一条直线， 造成工件的轴向形状误差（圆柱度误差）424.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响前后导轨扭曲nBHnR 工作台在运动过程中产生摆动刀尖运动轨迹为一条空间曲线， 产生加工误差（圆柱度误差）例：车床H/B=2/3，n影响很大43导轨扭曲引起的加工误差 444.3 机床几何误差及其对加工精度的 影响n成形运动间相对位置误差的影响车床纵向导轨与主轴在水平面内有平行度误差例：导轨与主轴平行度误差：Hx工件直径差：D=2L*Hx主轴n导轨fL工件产生