第三章_汽车零件的机械加工质量

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1、第三章 汽车零件的机械加工质量3-1 机械加工质量3-2 影响机械加工精度的主要因素3-3 加工误差的综合分析3-4 表面质量的形成及其影响因素3-5 表面质量对零件使用性能的影响本章小结尺寸精度 形状精度 位置精度（通常形状误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 纹纹理方向 伤伤痕（划痕、裂纹纹、砂眼等）加工精度表面质质量表层层加工硬化 表层层金相组织变组织变 化 表层层残余应应力 机械加工质质量内容：加工精度、表面质质量表面几何形状精度 表面缺陷层层3-1 机械加工质量2一、 加工精度零件加工以后的实际几何参数与理想几何参数的接 近程度（宏观几何特征）尺寸精度：

2、加工后，工件表面的实际实际 尺寸与理想尺寸的 接近程度（直径,长长度,距离等）形状精度：加工后，工件表面的实际实际 形状与理想形状的 接近程度（直线线度,平面度,圆圆柱度）理想零件 尺寸：零件尺寸的公差带中心 表面形状：绝对 准确的圆柱面、圆锥 面、平面等 表面位置：绝对 的平行、垂直、同轴等位置精度：加工后工件表面之间间的实际实际 位置与理想位置 的接近程度（平行度,垂直度,同轴轴度等） 32. 加工误误差所谓加工误差是指实际零件与理想零件在几何参数上的偏离加工精度和加工误差这两个概念是从两个观点来评定零件几何参数这个同一事物的，加工精度的高低就是通过加工误差的大小来表示的，即：加工误差大，

3、则加工精度低；加工误差小，则加工精度高；因此，保证证和提高加工精度的问题问题 ，实际实际 上就是限制和降低加工误误差的问题问题4 目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制作成百分百的准确，从实际出发、从多快好省的观点 出发，也没有必要把个个零件都做得绝对准确，因此 ，只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精 度保持在一定的范围之内是完全允许的。所以国家标 准规定了各级精度和相应的公差（允许的加工误差） 标准只要零件加工只要零件加工误误差不超差不超过过零件零件图图上按零件上按零件 的的设计设计 要求和公差要求和公差标标准准规规定的偏差，就算保定的偏差，就算保证证 了零件加工精度的要求了零件

4、加工精度的要求5二、 表面质量所谓表面质量是指零件加工以后的表面层状态， 它可以从以下两个方面来评定：1. 表面微观观几何特征（1）表面粗糙度表面粗糙度是指已加 工表面微观观几何形状误误差 它是由加工中的残留面积 、塑性变形、积屑瘤、鳞 刺以及工艺系统的高频振 动等原因引起的H1L1L2H2L3H3L1 范围内的凸凹不平（平面度）H1L3 范围内的凸凹不平（粗糙度）H3L2 范围内的凸凹不平（波度）H2波长长与波高之比6（2）波度是介于宏观观与微观观（波长长与波高之比：501000） 几何形状误误差之间间的周期性几何形状误误差波度主要是由加工中工艺艺系统统的低频频振动动造成的（3）纹纹理方向指

5、切削刀痕的方向，纹纹理方向取决于表面形成过过程 中所采用的加工方法纹理平 行纹理垂 直纹理交 叉7纹理呈 近似同心 圆纹理呈 多方向纹理呈 近似放射 状CMR（4）表面缺陷指加工表面上出现的缺陷缺陷是在表面个别位置随机出现的，包括：砂眼、 夹砂、气孔、裂痕等82. 表面的物理力学性能和化学性能（1）表面层材料的塑性变形与冷作硬化由于表面层层材料的塑性变变形引起金属材料的强 度和硬度都提高的现现象，被称之为为冷作硬化用硬化程度和硬化深度来衡量（2）金相组织的变化在加工过程中，由于切削 热而引起金属的金相组织变 化（3）表面层材料残余应力由于塑性变形和金相组织变 化，使表面层金属产生残余应力93-

6、2 影响机械加工精度的主要因素10u u机床的制造机床的制造误误误误差与磨差与磨损损损损u u夹夹夹夹具的制造具的制造误误误误差与磨差与磨损损损损u u刀具的制造刀具的制造误误误误差与磨差与磨损损损损u u工工艺艺艺艺系系统统统统受力受力变变变变形形u u工工艺艺艺艺系系统热变统热变统热变统热变 形形u u工件残余工件残余应应应应力引起的力引起的变变变变形形u u加工原理加工原理误误误误差差u u工件定位工件定位误误误误差差u u调调调调整整误误误误差差u u测测测测量量误误误误差差 夹紧夹紧 工件夹紧夹紧安装镗镗刀镗镗杆滑台在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间间的相对对 位置的形成，归结归

7、结 到一点，就是取决于工件和刀具在切 削过过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹夹具 和机床上，并受到机床和夹夹具的约约束在机械加工中 ，由机床、刀具 、工件、夹具构 成的系统，被称 之为工艺系统11因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问 题，工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的 程度反映为加工误差；工艺系统的误差是“因”，是根源；加工 误差是“果”，是表现，因此，把工艺系统的误差称之为原始误 差原 理 误误 差工艺艺系统统静误误 差工艺艺系统动误统动误 差原始误误差工 件 安 装 误误 差机 床 误误 差夹夹 具 误误 差刀 具 误误 差调调 整 误误 差度 量

8、 误误 差刀 具 磨 损损工艺艺 系统统 受力 变变形工艺艺 系统统 热热 变变形工件 内应应 力引 起的 变变形12一、机床误误差机床误误差来之三个方面：机床本身的制造、安装和磨损损机床在出厂之前要通过精度检验 ，例如：导轨 的直线度、主轴的回转精度等，这些都是在没有切削载荷的情况下进行的反映静误误差合格的机床在使用了一段时间 后，将会产生磨损，机床原有的精度也将会降低，并可能产生各种加工精度问题因此，评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的情况，还需看它在切削载载荷下的动态动态 情况13车床结构图141. 导轨误导轨误 差 导轨导轨 是机床中确定主要部件相对对位置的基准，也 是运动动部件

9、的基准，它的各项误项误 差直接影响被加工 工件的精度，例如车车床的导轨导轨 ：（1）导轨导轨 在水平面内有直线线度误误差显显然，在某 一截面内由于导导 轨轨的直线线度误误 差将导导致刀具在 水平内沿工件径 向产产生相应应的位 移，即： R =1 15因此，在工件全长长上，将产产生形状（圆圆柱度）误误 差注意：工件的形状与导轨导轨 在水平面内的直线线度误误差的特征直接相关注意：误误差敏感方向加工表面切削点处处的法 线线方向 若原始误误差发发生在误误差敏感方向，则对则对 工件的 加工精度影响较较大16（2）导轨导轨 在垂直面内有直线线度误误差忽略高阶无穷小17例如：2= 0.1mm、d=40mm，

10、则：R =0.00025mm，影响可忽略不计非误误差敏感方向2. 车车床主轴轴旋转轴线转轴线 与导轨导轨 的平行度误误差讨论讨论 ：不平行发发生在：水平面内垂直面内对工件的加 工影响如何 ？导轨导轨主轴轴理想 回转轴转轴 线线18若在水平面内不平行，则工件被加工成锥体形 若在垂直面内不平行，则为 双曲面回转体形3. 前后导轨导轨 的平行度误误差（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误 差时，刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动 轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差HB若扭曲误差为3，工 件误差R(H/B)3 ，一 般车床H/B2/3，外圆磨 床H/B1，误差对加工 精度影响很大（

11、H：机床 主轴中心高，B：前后导 轨的跨度）。19二、刀具误误差刀具误误差包括制造和磨损损两个方面1. 当切削刀具决定工件的最终终尺寸和形状，刀具制 造误误差直接影响工件的加工精度 例如：定尺寸刀具钻头、绞刀、圆孔拉刀等刀具的尺寸误差直接影响工件的尺寸精度；成形刀具成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等刀具的形状误差直接影响工件的形状精度；展成法刀具齿轮滚刀、插齿刀等切削刃的几何形状及刀具有关尺寸精度会直接影响工件 的形状精度. 2. 一般刀具（普通车车刀、单单刃镗镗刀、面铣铣刀等）刀具的制造误误差对对加工精度无直接影响 20磨损量工作 时 间初期磨损阶 段、 正常 磨损阶 段、剧烈磨损阶段3. 刀具

12、的磨损损（1）刀具的磨损损（特别别 是误误差敏感方向上）将 引起工件的尺寸和形状 误误差（2）刀具的不断磨损损将会引起切削力沿加工表面的 法线线方向的分力逐渐渐增大，导导致工艺艺系统统受力变变形 ，工件的尺寸和形状误误差增大，工件的尺寸和形状因 而产产生额额外的变变化若工艺艺系统统的刚刚度不足，则则受力变变形引起的加工 误误差更严严重21三、工艺艺系统统的受力变变形1.工艺艺系统统的刚刚度工艺艺系统统抵抗变变形的能力y v工艺艺系统统的受力变变形一般是 弹弹性变变形 工艺艺系统统的刚刚度可由下 式表示：法向切削力位移y：Fy、Fx、Fz共同作用的综综合 结结果。而切削分力Fy对对加工精 度的影

13、响最大（误误差敏感方向）FyFyFzFz222.工艺艺系统统的刚刚度对对加工精度的影响（）切削力作用点位置的变化对加工精度的影响a. 假定工件短而粗，其受力变形可忽略不计，车刀 悬伸也很短，受力后的弯曲变形在法向的分量也可忽 略不计，即工艺系统的变形完全取决于机床的变形由系统刚度的定义： BAfnFyCC B A x Lyxyywzytj23yxBAfnC yywzytjB A x LFyC工艺系统的变形yx是一个二次抛物线方程，变 形大小随刀具在方向位置 的变化而变化，使车出的 工件沿轴向呈鞍形，产产生 圆圆柱度误误差受力变形大的位置处 工件被切除的金属层薄， 受力变形小的位置处工件 被切除

14、的金属层厚 24b. 工件变形引起的加工误差若考虑工件本身的刚度（ 假设此时不考虑机床和刀具的变 形），即可由材料力学公式计算 工件在切削点的变形量：E：工件的弹性模量； I ：工件截面的惯性矩显显然，加工后的然，加工后的 工件呈鼓形工件呈鼓形如果工件是一根光轴，最大挠度发生在工件的中 间位置，在挠度大的位置处，切削最薄，而两端切 削最厚，因此最后加工的零件形状成腰鼓形，产产生 圆圆柱度误误差yv25c.刀具的刚度不足引起的加工误差一般的刀具，如外圆车刀、面铣刀等，在误差敏 感方向上的刚度很大，可以认为刀具在工件全长上 ，其变形量近似不变，即由于其变形引起的加工误 差为尺寸误差（直径变大）钻头

15、的径向刚度较低，容易导致加工孔的尺寸 、形状、位置误差镗孔过程中，不同的镗孔方式会造成不同的误 差， 因此，钻孔时使用钻套；镗孔时使用导向支撑来提 供刀具的刚度，减少加工误差26d.工艺系统刚度所引起的加工误差2728注意： 工件的装夹方式与工件的刚度 刀具的刚度加工误差？29按悬臂梁近似计算加工误差？30按悬臂梁近似计算 ， 悬伸可改变按自由支撑在两 点的梁近似计算 ，悬伸可改变（2）复映误误差毛坯加工余量和材料硬度的不均匀，会引起切削力大小的变 化，工艺系统由于受力大小的不同，变形的大小也相应发生变 化，从而导致工件尺寸和几何形状的误差，加工出的工件形状与 毛坯形状相类似，这种规律称为误差

16、复映规律，所产生的误差 为复映误差实际 切削轨迹切削力产生的让 刀工件最后的成型毛坯需要切削的轨迹31毛坯半径误差： 车削后工件半径加工误差： 1. 毛坯形状 2. 加工后工件形状误差复映系数 ： 32当一次走刀不能满足 要求时，可进行二次或多 次走刀，相应的误差复映 系数为： 则总的复映系数 ：复映复映现现象象产产生的加生的加 工工误误差，可通差，可通过过增加增加 走刀次数加以走刀次数加以纠纠正正定量地反映了毛坯 误差经加工后减少的程 度，也表明：工艺系统 的刚度越高，毛坯复映 到工件上的误差越小（2）复映误差33复映误误差的实验实验根据切削前后阶阶梯轴轴直径的变变化，分析系 统统的变变形、刚刚度及复映误误差34（3）机床零部件制造与装配质量对加工精度的影响 接触刚度 机床薄弱零件的刚度 联结件的刚度零件的间隙实际接触面积小于理论接触面积机床上个别薄弱零件常会大大降低 整个部件的刚度螺栓联结的预紧、轴