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1、3.1 机械加工质量的基本概念,（通常形状误差限制在位置公差内，位置公差限制在尺寸公差内）,表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）,图3-1 加工质量包含的内容,第三章 工件的机械加工质量,第三章 工件的机械加工质量,第一节 机械加工质量的基本概念一、机械加工精度 机械加工精度:机器零件经过机械加工后，各表面的实际尺寸、实际形状和实际相互位置与其理想值的接近程度。零件的加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面。 1.尺寸精度:零件加工后,表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。或者限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定的范围（公差）。,尺 寸 精 度,25,0
2、-0.04,零件尺寸要素的误差大小。 问：精度的高低与哪两个因 素有关？,基本尺寸和公差大小。,第三章 工件的机械加工质量,2.几何形状精度:零件加工后,各表面本身的实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度，或者限制加工表面宏观几何形状误差。,形 状 精 度,25 轴加工后可能产生的形状误差,00.013,形 状 精 度,指零件上实际要素的形状与理想形状相符合的程度；国家标准规定了六类形状公差（见下表）形状精度的标注：框格分为2格，箭头指向待表达的表面，数字表示允许误差的大小，单位为毫米。,位 置 精 度,指零件的实际要素（点、线、面）相对于基准之间位置的准确度。,圆圈中的英文字母表示基准，框
3、格分3格，箭头指向待表达的表面,第三章 工件的机械加工质量,二、机械加工表面质量1.表面几何学特征：指零件最外层表面的微观几何形状。2.表面层的物理机械性能：零件表面层因塑性变形引起的冷作硬化及表面层因切削热引起的金相组织变化、表面层产生的残余应力。,9,机械加工表面质量, 零件表面宏观几何形状误差、波度、表面粗糙度,宏观几何形状误差（平面度、圆度等）波长/波高1000波度 波长/波高=501000；且具有周期特性表面粗糙度 波长/波高50,三、获得加工精度的方法,1.获得尺寸精度的方法,获得尺寸精度的方法,先试切部分加工表面，测量后，适当调整刀具相对工件的位置，再试切，再测量，当被加工尺寸达
4、到要求后，再切削整个待加工面。,1)试切法：,试切法效率低，精度主要取决于工人技术，用于单件小批生产,用具有一定尺寸精度的刀具（如绞刀、扩孔钻、钻头等）来保证被加工工件尺寸精度的方法（如钻孔）。,2)定尺寸刀具法：,定尺寸刀具法生产率较高，操作简便，加工精度较稳定。,利用机床上的定程装置、对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对机床或夹具满足位置精度要求，然后加工一批工件。该法需要采用夹具实现装夹。,3)调整法：,调整法生产效率高，加工精度较稳定，常用于中批以上的生产,调整法铣槽（第四章详细叙述）,工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。又分自动测量和数字控制两种，前者机床上具有自动测量工件尺寸的装
5、置，在达到要求时，停止进刀。后者是根据预先编制好的机床数控程序实现进刀的。,4)自动控制法：,自动控制法生产率高，加工精度稳定，目前机械加工的发展方向,数控机床自动控制原理框图,1)轨迹法：,2)成形法：,利用刀具和工件作展成切削运动，刀刃在被加工面上的包络面形成的成形表面。这种加工方法所能达到的精度，主要取决于机床展成运动的传动链精度与刀具的制造精度。,3)展成法：,滚齿法加工齿轮，滚刀刀刃在被切齿轮上形成的包络线即为齿形，滚刀主运动与被切齿轮转速必须符合设定要求，以保证加工精度。,第三章 工件的机械加工质量,(三)获得位置精度的方法机械加工中，零件表面的相互位置精度主要取决于在装夹中工件的
6、定位方式。按生产批量、加工精度要求和工件大小不同。具体内容参见汽车制造工艺学第四章有关章节。(四) 经济加工精度经济加工精度：在正常的生产条件下（机床设备、工艺装备、切削用量、工人等级，工时定额）所能达到的公差等级。经济加工精度随着机械加工水平的不断提高、机床和工艺装备的改进而逐渐提高。,第三章 工件的机械加工质量第二节 影响加工精度的因素,造成加工误差的工艺因素也可以分为两部分：1.工艺系统（机床、夹具、工件和刀具构成的一个完整系统）的原有误差：加工原理误差、机床误差、夹具误差、安装误差、刀具误差、测量误差、调整误差等。2.加工过程中的误差：工艺系统的受力变形、受热变形、磨损和残余应力变形等
7、。,4.2 机械加工精度的影响因素,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,加工精度的影响因素,第三章 工件的机械加工质量第二节 影响加工精度的因素,一、加工原理误差加工原理误差：原理误差是由于采用了近似的加工运动或者近似的刀具轮廓而产生的。,采用近似的加工运动或近似的刀具轮廓,产生原因,为了得到规定的零件表面，在工件和刀具的运动之间建立的某种联系,加工原理,滚齿时，滚刀包络线形成折线表面，并非光滑渐开线,第三章 工件的机械加工质量,二、机床的制造误差及磨损影响机床精度的因素主要有：
8、机床的制造误差、磨损误差和安装误差。其中对工件加工精度影响较大的有，机床导轨误差、主轴回转误差等。下面以车床为例进行说明。(一)机床导轨的直线度误差,(一)机床导轨的直线度误差 机床导轨由于制造或磨损会导致直线度误差。,如果车床导轨在水平面内有直线度误差R，则会引起工件沿轴线方向任一截面的直径误差2R。沿轴线方向任一截面的R值不等，还将引起工件的圆柱度误差R 。,如果车床导轨在垂直面内有直线度误差，由直角三角形oab知： 则 略去高阶小量 则y = 故这项加工误差很小。对工件直径的影响很小，可以忽略不计。,(二)机床导轨与主轴轴线的平行度误差1、如果机床导轨与主轴轴线在水平面内不平行，工件被加
9、工成锥体形。若平行度误差在长度L上为a，则被加工表面的锥度为k =,俯视图上导轨与主轴不平行,2、如果机床导轨与主轴轴线在垂直面内不平行，则工件表面被加工成双曲面回转体形。,正视图上导轨与主轴不平行,鞍形（轴剖面内为双曲线）,29,1、车床 1）当车床主轴采用滑动轴承，由于切削载荷使主轴的轴颈始终压紧在轴承表面的一定部位上，则主轴轴颈的圆度就会反映到工件上去，而轴承孔的误差影响很小，因此，采用滑动轴承的主轴轴颈的圆度公差一般都定得很小。 2）如果采用的是滚动轴承，则轴承的径向跳动必须保证严格的公差。,(三)机床主轴旋转时轴线位置的变化如果主轴旋转轴线的位置在加工过程中发生变化，将影响工件的圆度
10、。,30,2、镗床 在镗床上加工时，工件不旋转，机床主轴带着镗杆和镗刀一起旋转，由于切削力的方向时刻都在改变，因而主轴的轴颈始终以其某一母线紧压着轴承表面的不同部位，因此，主轴轴颈的圆度对工件的精度则没有影响。 此时，轴承孔不圆引起镗床主轴径向跳动,第三章 工件的机械加工质量,（四）机床导轨的磨损 对加工精度影响最大的是机床主轴的轴颈和轴承的磨损，以及床身导轨的磨损。 如图，车床床身前导轨（图中K ）的磨损比后导轨(图中M )厉害，一般大5倍。而前导轨本身，磨损最厉害的部位在离主轴前端400mm附近，因为刀架经常在这段范围内工作。如果前导轨在床身长度上某处磨成一个深度为的凹坑，而后导轨还是平直
11、的，则当刀架移动到凹坑上时，刀尖就会在水平方向偏离x，工件直径将增加2x，当刀架移过了这个区段后，车刀的刀尖又回到原来的位置。刀尖偏移值 x = 式中， 是床身前导轨的磨损量；H是机床的中心高；B是前、后导轨间的距离。,第三章 工件的机械加工质量,（五）控制机床误差的措施1. 减小导轨误差 导轨的误差来源于导轨的制造误差、不均匀磨损和变形、机床的安装误差等。所以应合理设计导轨，以提高导轨的刚性、耐磨性；注意机床的正确安装，床身的水平调整，提高导轨的制造精度等。,第三章 工件的机械加工质量,（五）控制机床误差的措施2.减小主轴旋转误差 采用精密的主轴部件；选用相应等级的滚动轴承；提高轴颈、支承孔
12、、调节件的制造精度和配合质量。另外，注意主轴和装在主轴上的零件（如齿轮、皮带轮等）的动平衡，对减小主轴回转误差也有较大的作用。,第三章 工件的机械加工质量,（五）控制机床误差的措施3.机床磨损的危害与防止 任何运动副、定位和导向元件的磨损，都会造成机床、夹具运动精度、导向精度、传动精度、几何位置精度以及定位精度的下降，使加工误差增大，还可能加剧机械振动的幅值使加工表面质量变坏。防止机床磨损的措施有：施加足够的、合适的润滑剂；设置防止微粒进入界面的防护装置，并定期清除污染物；采用气、液静压轴承和静压导轨；使用耐磨材料，如贴塑导轨、涂层导轨等；重载、高速运动副采用强制冷却措施等。,静压轴承,第三章
13、 工件的机械加工质量,三、刀具的制造误差及磨损 刀具误差也包括制造和磨损两方面，刀具误差对加工精度的影响，随刀具种类的不同而异。 定尺寸刀具，如钻头、铰刀、孔拉刀等。成形刀具，如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等的形状误差与磨损，将直接影响工件加工表面的形状精度。,第三章 工件的机械加工质量,三、刀具的制造误差及磨损 展成法加工刀具，如齿轮滚刀、插齿刀等的刀刃形状制造误差与磨损，将影响齿形的加工精度。 普通刀具，如普通车刀、刨刀、端铣刀、单刃镗刀等，它们的制造误差与加工精度没有直接的关系，但其磨损对工件的尺寸和形状精度有较大的影响。,第三章 工件的机械加工质量,减少刀具磨损对加工误差影响的措施：(
14、1)尺寸补偿或调整。如数控机床按给定补偿值控制工作台在刀具尺寸磨损方向的进给行程；采用主动控制工件尺寸的闭环控制机床；调整法加工中定期检测工件尺寸，调整刀具位置来补偿尺寸误差。(2)根据工件材料选用亲和力小、耐磨的刀具材料，如陶瓷合金、人造金刚石、表面涂层硬质合金等。,第三章 工件的机械加工质量,减少刀具磨损对加工误差影响的措施：(3)选择相应的切削液，要求切削液有较强的浸润性、润滑性、冷却性、稳定性、对环境的无害性、防锈性。(4)砂轮的自动修整与补偿。(5)适当减少切削用量，以提高刀具耐用度。,第三章 工件的机械加工质量,四、工艺系统受力、受热变形引起的误差（一）工艺系统的受力变形1.基本概
15、念刚度是机械加工工艺学中的一个重要问题，它不仅对加工精度有影响，而且工艺系统刚度与振动现象密切相关。提高刚度是防止切削时发生振动的主要措施。提高刚度可以提高切削用量，而不降低加工精度或发生振动，从而提高生产率。刚度：物体受力后抵抗外力的能力，也就是物体在受力方向上产生单位弹性变形所需要的力：柔度：柔度是物体受单位力时在受力方向的变形，它是刚度的倒数,第三章 工件的机械加工质量,四、工艺系统受力、受热变形引起的误差（一）工艺系统的受力变形刚度的概念：工艺系统刚度：在切削力 的综合作用下，沿加工表面法线方向上的切削分力 与刀刃在此方向上相对于工件的压移y之比值 。,第三章 工件的机械加工质量,2.机床刚度及其对加工精度的影响机床的刚度决定于各有关部件的刚度。各有关部件的刚度可以通过试验测定。知道了机床各部件的刚度，就可以计算出机床的刚度。下面以车床为例，讨论机床刚度的计算以及其对加工精度的影响（1）计算机床刚度（2）分析其对加工质量的影响,第三章 工件的机械加工质量,
