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1、第七章 机械加工质量分析,导 读 第一节 机械加工精度 第二节 机械加工表面质量,第一节 机械加工精度,一、原始误差及其分类 二、加工原理误差及其对加工精度的影响 三、工艺系统几何误差及其对加工精度的影响 1.机床的几何误差 (1)机床主轴回转误差 1)主轴回转误差的概念及其影响因素 加工时要求机床主轴具有一定的回转运动精确度，即加工过程中主轴回转中心相对刀具或工件的位置精度。,第一节 机械加工精度,图7-2 主轴回转误差的基本形式及其综合 a)轴向窜动 b)径向圆跳动 c)角度摆动 d)综合,2)主轴回转误差对加工精度的影响 切削加工过程中，,第一节 机械加工精度,机床主轴的回转误差使得刀具
2、和工件间的相对位置不断改变，影响着成形运动的准确性，在工件上引起加工误差。,第一节 机械加工精度,图7-3 回转误差对加工精度的影响,第一节 机械加工精度,图7-4 主轴轴向窜动 对端面加工的影响,第一节 机械加工精度,图7-5 纯角度摆动对镗孔的影响 O工件孔轴心线 主轴回转轴心线,3)提高主轴回转精度的措施 为了提高主轴的回转精度，,第一节 机械加工精度,需提高主轴部件的制造精度，其中由于轴承是影响主轴回转精度的关键部件，因此对于精密机床宜采用精密滚动轴承、多油楔动压和静压滑动轴承。 (2)机床导轨导向误差 机床导轨是机床工作台或刀架等实现直线运动的主要部件。,图7-6 磨床导轨在水平面内
3、的直线度误差 a)水平面内的误差 b)工件产生的误差,第一节 机械加工精度,图7-7 磨床导轨在垂直面内的直线度误差,第一节 机械加工精度,图7-8 车床导轨的扭曲,(3)传动链误差 在机械加工中，对于某些表面的加工，如车螺纹、滚齿和插齿等，为保证工件的精度，,第一节 机械加工精度,要求工件和刀具之间必须有准确的速比关系。 2.调整误差 (1)试切法加工 1)测量误差 测量工具的制造误差、读数的估计误差以及测量温度和测量力等引起的误差都将掺入到测量所得的读数中，这无形中扩大了加工误差。 2)微进给机构的位移误差 在试切中，总是要微量调整刀具的进给量，以便最后达到工件的尺寸精度。 改善润滑条件。
4、在机床进给机构的滑移面(如工作台和导轨)间施加适当的润滑油，使得在滑移面间形成一层油膜，这样就可以在滑移面相对运动时把金属之间的干摩擦变成为油膜之间的粘性摩擦，因此不会出现“爬行”现象。,第一节 机械加工精度, 用较快的速度做间断性的微量进给也可避免“爬行”现象的影响，即在微量进给之前先将手柄反转，使刀架(或工作台)后退一段距离，然后以较快的速度不停顿地正转到所需位置上，这样就不易出现手柄微动而刀架(或工作台)不动的情形，从而提高位移精度。 改进机床设计。选用适当的导轨材料或以滚动导轨、静压导轨来替代滑动导轨，以及减少传动件、提高传动件的刚度也可避免“爬行”现象。 3)最小切削厚度极限 在切削
5、加工中，刀具所能切削的最小厚度是有一定限度的。 (2)调整法加工 在中批以上生产中，常采用调整法加工，所产生的调整误差与所用的调整方法有关。,第一节 机械加工精度,1)用定程机构调整 在半自动机床、自动机床和自动线上，广泛应用行程档块、靠模及凸轮等机构来调整。 2)用样板或样件调整 在各种仿形机床、多刀机床及专用机床中，常采用专门的样件或样板来调整刀具与刀具、工件与刀具的相对位置，以保证工件的加工精度。 3)用对刀装置或导引元件调整 在采用专用铣床夹具或专用钻床夹具加工工件时，对刀块、塞尺和钻套的制造误差、对刀块和钻套相对定位元件的位置误差、以及钻套和刀具的配合间隙是产生调整误差的主要因素。
6、3.刀具、夹具的制造误差及工件的定位误差 4.工艺系统的磨损误差,第一节 机械加工精度,(1)工艺系统的磨损对加工精度的影响 工艺系统在长期的使用中，会产生各种不同程度的磨损。 (2)减少工艺系统磨损的主要措施 1) 对机床的主要表面采用防护装置 如精密机床的导轨面、传动丝杠或蜗杆副采用密封防护装置，防止灰尘或切屑进入，或者将其浸入油中以减少磨损，延长使用寿命。 2) 采取有效的润滑措施 对机床相对运动表面经常润滑，防止和减小磨损，以尽量保持其零部件的原有精度。 3)提高零部件的耐磨性 机床、夹具或量具等工作表面采用耐磨材料(如耐磨铸铁、硬质合金等)制造或镶贴，或通过热处理(表面淬硬)提高其耐
7、磨性。,第一节 机械加工精度,4)选用新的耐磨刀具材料(如立方氮化硼) 不仅可高速切削且刀具使用寿命长。 四、工艺系统受力变形对加工精度的影响 1.工艺系统刚度分析 (1)工件、刀具的刚度 工件、刀具的刚度可按材料力学中有关悬臂梁的计算公式或简支梁的计算公式求得。,第一节 机械加工精度,图7-9 内圆磨头轴的受力变形,(2)接触刚度 由于机床和夹具以及整个工艺系统是由许多零、部件组成，故其受力与变形之间的关系比较复杂，,第一节 机械加工精度,尤其是零部件接触面之间的接触刚度不是一个常数，即其变形量与外力之间不是线性关系，外力越大其接触刚度越大，很难用公式表达。 1)相互接触的表面的几何误差和表
8、面粗糙度 众所周知，机械加工后零件表面总是存在着宏观的表面几何误差和微观的表面粗糙度。 2)材料和硬度 实验表明，当表面粗糙度一定时，接触刚度与材料有密切的关系，如铸铁与塑料的接触变形比铸铁与铸铁的接触变形大。 (3)机床部件的刚度,第一节 机械加工精度,1)机床部件刚度的特性 任何机床部件在外力作用下产生的变形，必然与组成该部件的有关零件本身变形和它们之间的接触状况有关。,图7-10 部件受力变形和各组成零件受力变形间的关系,第一节 机械加工精度,2)影响机床部件刚度的主要因素 各接触面的接触变形。 各薄弱环节零件的变形 机床部件中薄弱零件的受力变形对部件刚度影响最大。例如图7-11所示的机
9、床导轨楔铁，由于其结构细长，刚性差，又不易加工平直，装配后常常与导轨接触不良，在外力作用下很容易变形，并紧贴导轨，变得平直，使机床工作台产生很大的位移，大大降低了机床部件的刚度。,第一节 机械加工精度,图7-11 薄弱零件的变形对机床部件刚度的影响, 间隙和摩擦的影响 零件接触面间的间隙对机床部件刚度的影响，主要表现在加工中载荷方向经常变化的镗床和铣床上。当载荷方向不断正反交替改变时，间隙引起的位移，对机床部件刚度影响较大，会改变刀具和工件间的准确位置，从而使工件产生加工误差。,第一节 机械加工精度,在加工过程中如载荷方向不变，则间隙对加工精度的影响较小。 (4)夹具的刚度,图7-12 毛坯形
10、状误差的复映 1毛坯表面 2工件表面,第一节 机械加工精度,2.工艺系统受力变形对加工精度的影响 (1)切削力对加工精度的影响 1)切削力大小的变化对加工精度的影响 在切削加工中，往往由于被加工表面的几何形状误差或材料的硬度不均匀引起切削力大小的变化，从而造成工件加工误差。,2)切削力作用点位置的变化对加工精度的影响 工件的加工精度不仅受切削力大小变化的影响，而且也受切削力作用点位置变化的影响。,第一节 机械加工精度,图7-13 切削力作用点位置的变化对工艺系统变形的影响 a) 车短粗轴 b) 车细长轴, 在两顶尖间车削短而粗的光轴 此时工件和刀具的刚度相对很,第一节 机械加工精度,大，即认为
11、工件和刀具的变形可忽略不计，工艺系统的总变形完全取决于机床主轴前端头架(包括顶尖)、尾座(包括顶尖)和刀架的变形。如图7-13a所示，当刀尖切到工件某一位置(距工件左端距离为x)时，由于切削力Fp的作用，机床主轴前端头架、尾座和刀架都有一定的变形，其位移量分别以ytj、ywz和ydj表示。此时工件的轴心线由原来的AB位置移到了AB位置，刀尖由C移至C。如以ktj、kwz和kdj分别表示机床头架、尾座和刀架的刚度，则工艺系统的总位移(变形)量yxt为：,第一节 机械加工精度,第一节 机械加工精度,表7-1 沿工件长度的变形(mm), 在两顶尖间车削细而长的光轴 此时由于工件细长，刚度很小，机床主
12、轴前端头架、尾座和刀架的刚度相对很大，即认为机床头架、尾座和刀架的变形可忽略不计，工艺系统的总变形完全取决于工件的变形。如图7-13b所示，当刀尖切到工件某一位置(距工件左端距离为x)时，由于切削力的作用，工件产生较大的变形，根据材料力学的计算公式，其位移(变形)量yw为：,第一节 机械加工精度,第一节 机械加工精度,表7-2 沿工件长度的变形(mm),(2) 惯性力、传动力和夹紧力对加工精度的影响,第一节 机械加工精度,图7-14 惯性力所引起的加工误差,1)惯性力和传动力对加工精度的影响 切削加工中，高速旋转的零部件(包括夹具、工件及刀具等)的不平衡将产生离心力。,第一节 机械加工精度,图
13、7-15 夹紧力作用点 不当引起的加工误差,2)夹紧力对加工精度的影响 工件在装夹时，,第一节 机械加工精度,由于工件刚度较低或夹紧力作用点或作用方向不当，都会引起工件的相应变形，造成加工误差。 (3)减少工艺系统受力变形的主要工艺措施 减少工艺系统受力变形是机械加工中保证产品质量和提高生产率的主要途径之一。 1)提高接触刚度 一般部件的接触刚度大大低于实际零件本身的刚度，所以提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键。 2)提高工件刚度，减少受力变形 切削力引起的加工误差，往往是因为工件本身刚度不足或工件各部位刚度不均匀而产生。 3)提高机床部件刚度，减少受力变形 机床部件刚度在工艺系统刚度中往往
14、占很大比重，所以加工时常采用一些辅助装置提高其刚度。,第一节 机械加工精度,4)合理装夹工件，减少夹紧变形 对薄壁件，夹紧时要特别注意选择适当的夹紧方法，否则将引起很大的夹紧变形。,图7- 16 提高机床部件刚度的装置 a)采用固定导向支承套 b)采用转动导向支承套 1固定导向支承套 2、6加强杆 3、4转塔刀架 5工件 7转动导向支承套,第一节 机械加工精度,图7-17 工件夹紧变形引起的加工误差 a)用普通三爪直接夹紧套筒变形 b)将孔镗圆 c)松开套筒后，孔变形 d)采用开口夹具夹紧套筒，环变形 e)采用弧形三爪夹紧，可避免变形,第一节 机械加工精度,图7-18 薄板工件磨削 a)毛坯翘
15、曲 b)吸盘吸紧 c)磨后松开 d)磨削凸面 e)磨削凹面 f)磨后松开,五、工艺系统热变形对加工精度的影响,第一节 机械加工精度,1.工艺系统的热源及热平衡 2.工件热变形对加工精度的影响 3.刀具的热变形对加工精度的影响 4.机床热变形对加工精度的影响 5.减少机床热变形的工艺措施 (1)减少发热和隔热 切削过程中的内部热源是使机床产生热变形的主要因素。 (2)加强散热能力 为了消除机床内部热源的影响，还可采取强制冷却的办法，吸收热源发出的能量，从而控制机床的温升和热变形，这是近年使用较多的一种方法。,第一节 机械加工精度,(3)控制温度变化 由热变形规律可知，大的热变形大都发生在机床开动
16、后的一段时间内(预热期)，当达到热平衡后，热变形逐渐趋于稳定。 (4)均衡温度场 图7-20表示平面磨床采用热空气加热温升较低的立柱后壁，以减少立柱前后壁的温度差，以减少立柱的弯曲变形。,第一节 机械加工精度,图7-19 喷油冷却示意图,第一节 机械加工精度,图7-20 均衡立柱前后壁温度场,(5)采取补偿措施 切削加工时，切削热引起的热变形不可避免时，可采取补偿措施来消除。,第一节 机械加工精度,六、工件内应力对加工精度的影响 1.内应力的概念 2.内应力产生的原因及所引起的加工误差 (1)毛坯制造中产生的内应力 在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于各部分热胀冷缩不均匀以及金相组织转变时的体积变化，使毛坯内部产生了相当大的内应力。,第一节 机械加工精度,图7-21 铸件因内应力 引起的变形,第一节 机械加工精度,图7-22 床身因内应力 引起的变形,(2)冷校直带来的内应力 丝杠一类的细长轴车削以后，,第一节 机械加工精度,棒料在轧制中产生的内应力会重新分布，使轴产生弯曲变形。,图7-23 冷校直引起的内应力,(3)切削加工中产生
