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1、第五章 机械加工质量,第一节 概 述,机械产品的工作性能和使用寿命，总是与组成产品的零件的加工质量和产品的装配质量直接相关。而零件的加工质量又是整个产品质量的基础。零件的加工质量包括机械加工精度和机械加工表面质量两个方面内容。 一、机械加工精度 1.机械加工精度的概念 零件图样上规定的精度是设计精度，它是根据机器使用性能对其各有关表面在尺寸、形状和位置等方面提出的精度要求。 加工精度是评定零件质量的一项重要指标。研究加工精度的目的，就是要分析影响加工精度的各种因素，从而找出减少加工误差，提高加工精度的合理途径。 2.获得加工精度的方法 工件规定的加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度等三
2、个方面。,二、表面质量,零件的机械加工质量不仅指加工精度，还有表面质量。产品的工作性能，尤其是可靠性、寿命等，在很大程度上取决于其主要零件的表面质量。 机械加工所获得的表面，实际上都不是绝对光滑表面，随加工方法和条件不同，表面上总是残留下不同程度的表面粗糙度、表面波纹度等微观几何形状误差。表面层的材料在加工时还会产生物理、力学性能变化，形成表面冷作硬化、残余应力、金相组织变化等缺陷。这些缺陷虽然只产生在加工面的很薄的表面层中，但却对产品的使用性能影响极大。,*第二节 机械加工精度,一、影响机械加工精度的因素,181.tif,机械加工中，零件的几何参数的形成取决于工件和刀具在切削过程中相互位置的
3、关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上面，并受其约束，因此，由机床、夹具、刀具和工件所组成的统一体称为“工艺系统”。,一、影响机械加工精度的因素,图5-1 主轴回转误差的基本形式,1)主轴回转误差。机床主轴是刀具或工件的位置基准和运动基准。 机床主轴的回转精度是机床主要精度指标之一，其在很大程度上决定着工件加工表面的形状精度。主轴的回转误差可分为径向圆跳动、轴向窜动和角度摆动三种基本形式，如图5-1所示。,一、影响机械加工精度的因素,图5-2 机床导 轨误差对工件 精度的影响,从理论上说，导轨都应该是直线，但实际上由于制造的原因，导轨总是存在直线度误差。以卧式车床为例，当床身导轨在水平面内出现
4、弯曲(前凸)时，产生让刀现象，工件形成腰鼓形(见图5-2a)；当床身导轨弯曲(后凸)时，产生进刀现象，工件形成马鞍形(见图5-2c)；当床身导轨与主轴轴心在水平面内不平行时，产生倾斜现象，工件形成锥形(见图5-2b)。,一、影响机械加工精度的因素,图5-3 工艺系统受力变形引起的加工误差,变形而图5-3 工艺系统受力变形引起的加工误差出现“让刀”现象，加工后使工件产生腰鼓形的圆柱度误差，如图5-3a所示。又如，在内圆磨床上用横向切入法磨内孔时，由于内圆磨头主轴的弯曲变形，磨出的孔会出现带有锥度的圆柱度误差，如图5-3b所示。,工艺系统的刚度取决于机床、夹具、刀具及工件的刚度，其一般式为,(2)
5、工艺系统受力变形引起的误差及改善措施 工艺系统受力变形会引起工件的尺寸误差和形状误差。,3.工艺系统热变形 在切削过程中，工艺系统因受热而引起的变形称为工艺系统热变形。工艺系统的热变形破坏了工件与刀具相对位置精度，造成了加工误差。热变形对精密加工影响很大，据有关资料统计，在精密加工中，热变形引起的加工误差占总加工误差的40%70%。,一、影响机械加工精度的因素,图5-4 几种机床热变形的趋势,由于各类机床的结构和工作条件相差很大，所以引起机床热变形的热源和变形形式也是多种多样的。图5-4所示为几种机床在工作状态下热变形的趋势。,二、机械加工精度的综合分析,图5-5 正态分布曲线,若所取的工件数
6、量增加，而尺寸间隔取得很小时，作出的图形是一条比较光滑的曲线，如图7-5所示。正态分布曲线具有如下特点：,二、机械加工精度的综合分析,分散范围是某一工序所具有的工序能力；而工件尺寸公差T是由设计者按使用要求规定的，并未考虑工序加工。工艺人员的任务是将两者综合起来考虑，使工序能力达到工件的精度要求，即p或。p值愈大，保证加工精度的工序能力愈大。根据p值的大小将工序能力系数分为五个等级(见表5-1)。,表5-1 工序能力系数,三、提高加工精度的工艺措施,如前所述，在机械加工过程中，由于工艺系统存在各种原始误差，这些误差不同程度地影响了工件的加工误差。在分析各种单因素的原始误差对加工精度的影响时，曾
7、涉及到一些保证和提高加工精度的方法措施，但不够系统和全面。因为实际生产中，有许多误差是同时出现的，且有很多形式，对加工精度的影响很大。下面准备通过一些生产中的典型实例，进一步阐述保证和提高加工精度的途径，用以说明如何运用理论知识来分析和解决综合性的加工精度问题。,*第三节 机械加工表面质量,一、影响机械加工表面质量的因素,机械加工时，表面粗糙度形成的原因，主要有两方面，一是几何因素，即刀刃与工件相互运动轨迹而形成的；二是物理因素，即与被加工材料性质及切削机理有关的因素。另外，工艺系统的振动也影响表面质量。 影响表面粗糙度的几何因素，主要有刀具相对工件作进给运动时，在加工表面留下的切削层残留面积
8、。残留面积越大，表面越粗糙。残留面积的大小与进给量、刀尖圆弧半径及刀具的主副偏角有关。此外，对于宽刃刀、定尺寸刀和成形刀，其刀刃本身的表面粗糙度，对零件表面粗糙度影响也很大。,二、提高机械加工表面质量的措施,图5-6 进给量对表面粗糙度的影响,1)适当地减小进给量f。进给量对加工表面粗糙度的影响如图5-6所示。在粗加工和半精加工中，当f0.15mm/r时，进给量的大小决定了加工表面残留面积的大小，因而，适当地减小进给量将使表面粗糙度a值减小。,二、提高机械加工表面质量的措施,图5-7 切削速度对表面粗糙度的影响,2)选择适当的切削速度v。切削速度对表面粗糙度的影响比较复杂，一般情况下在低速或高速切削时不会产生积屑瘤，故加工后表面粗糙度值较小。切削速度增高，切削过程中切屑和加工表面层的塑性变形的程度越小，加工后表面粗糙度值也就越小，如图5-7所示。,滚压加工是利用具有高硬度的滚轮式滚珠，对工件表面进行滚压，使其产生冷态塑性变形。将表面上原有的凸锋填充到相邻的凹谷中，使表面的微观不平度得到改善，表面内部金属晶格产生位错，晶体的结构被改变(伸长或扭曲)，金属的物理性能也发生了一定程度的改变。这样，金属内部就储备了有利于抗疲劳的自由能，表面层得到了光整和强化。,
