机械加工基础 教学课件 ppt 作者苏伟 第8章

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1、第8章 机械加工质量及控制,了解机械加工质量的基本概念。 了解影响机械加工精度的因素及控制措施。 了解表面质量的基本概念。 了解表面质量对零件使用性能的影响。 了解影响表面质量的因素。,要点提示,第8章 机械加工质量及控制,零件是构成机械产品的单元，零件的加工质量与机械产品的使用性能和寿命密切相关，保证零件的加工质量，是机械加工技术研究的主要课题。 8.1机械加工精度 8.1.1机械加工精度概述 加工精度是指零件加工后的几何参数 (尺寸、几何形状和相互位置)与理想零件几何参数相符合的程度，它们之间的偏离程度为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。加工误差越小，加工精度越高。加工精度包括

2、尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度。,第8章 机械加工质量及控制,8.1.2影响加工精度的主要因素及控制措施 在机械加工过程中，零件的尺寸、形状、位置关系的形成，实际就是工件和刀具之间的相互位置发生变化而产生的。由于工件和刀具安装在夹具和机床上，并构成一个完整的工艺系统。工艺系统中的各种误差是造成零件加工加工误差的根源，这些误差称之为原始误差。加工中常见的原始误差有原理误差、安装误差、静态误差、调整误差、动态误差和质量误差等。 根据误差的性质可分为工艺系统的几何误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差和工件内应力所引起的误差四个方面。,第8章 机械加工质量及控制,工艺系统

3、的几何误差 工艺系统的几何误差包括：加工方法的原理误差；机床的几何误差；调整误差；刀具和夹具的制造误差；工件、刀具、夹具的安装误差以及工艺系统磨损所引起的误差。 加工原理误差 加工原理误差是由于采用了近似的刀刃轮廓或近似的成形运动等进行加工而产生的误差。 机床的几何误差 机床的几何误差主要由主轴回转误差、导轨导向误差及传动链误差组成。 1）主轴回转误差 主轴回转误差是指主轴实际回转轴线相对理论回转轴线的“漂移”。主要是,第8章 机械加工质量及控制,主轴部件的制造误差、装配误差及受力和受热后的变形造成的。主轴回转误差分为轴向窜动、径向跳动和角度摆动三种，如图8-1所示。,图8 - 1 主轴回转误

4、差的基本形式,第8章 机械加工质量及控制,2）导轨导向误差 机床导轨副是实现直线运动的主要部件，其制造和装配精度是影响直线运动的主要因素，它直接影响工件的加工质量。对机床导轨的精度要求，主要有以下三个方面：在水平面内的直线度误差、在垂直面内的直线度误差和前后导轨的平行度误差。 导轨在水平面内的直线度误差，如图8-2所示，导轨在水平面内存在直线度误差，引起被加工零件在半径方向产生误差，当车削较长工件时，则使工件产生圆柱度误差。,第8章 机械加工质量及控制,图8 - 2 导轨在水平面内的直线度误差,导轨在垂直平面内的直线度误差 如图8-3所示。,第8章 机械加工质量及控制,图8 - 3 导轨在垂直

5、平面内的直线度误差,导轨面间的平行度误差 该类误差会使车床导轨发生扭曲，如图8-4所示 。,第8章 机械加工质量及控制,图8 - 4 导轨的平行度误差,第8章 机械加工质量及控制,3）机床的传动链误差 传动链误差是指内联系传动链中首、末两端传动件之间相对运动的误差。传动链误差破坏了传动链中首、末两端传动件之间的严格的传动比要求。 传动误差是由传动链中各传动件的制造误差、装配误差、加工过程中由于力和热而产生变形以及磨损引起的。 为减小传动链误差对加工精度的影响，可采取以下措施： 减少传动件的数量，缩短传动链，以减少误差来源。 采用降速传动，减少传动误差。,第8章 机械加工质量及控制,提高传动元件

6、，尤其是末端传动元件的加工精度和装配精度。 采用传动误差校正装置（如车螺纹的校正机构）以及数控机床的传动误差自动补偿功能等。 工件的装夹误差 工件的装夹误差主要包括定位误差和夹紧误差。 因工件定位而产生的工序基准在工序尺寸方向上的最大变动量，称为定位误差。夹紧误差是由于夹紧力大小不一等因素造成的。 其他几何误差 1）刀具的制造、安装、调整及换刀误差 刀具误差对加工精度的影响因刀具种类不同而异。机,第8章 机械加工质量及控制,械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。 2）夹具的制造误差 夹具的制造误差一般指定位元件、分度装置及夹具体等零件的加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度

7、影响较大，所以在设计和制造夹具时，凡影响零件加工精度的尺寸都应严格控制。 工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统在切削过程中，会受到切削力、传动力、惯性力、夹紧力及重力等的作用而产生变形，从而破坏刀具和工件之间已调整好的正确位置关系，使工件产生加工误差。,第8章 机械加工质量及控制,工艺系统受力变形引起的加工误差 1）切削力作用点位置变化引起的加工误差 如在车床两顶尖间车削一细长轴，如图8-5所示。由于工件细长，刚度小，在切削力作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具所产生的变形。因此，机床、夹具和刀具的受力影响可略去不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。加工中车刀处于图8-5所示位置时，工件

8、的轴线产生弯曲变形。切削后的工件呈鼓形，其最大直径通过轴线中点的横截处。,第8章 机械加工质量及控制,图8 - 5 工艺系统变形随切削力位置而变化示意图,第8章 机械加工质量及控制,2）切削力大小的变化引起的加工误差 当被加工表面的几何形状误差或材料的硬度引起工艺系统受力变形的变化而产生加工误差。如图8-6所示。,图8 - 6 毛坯形状误差复映,第8章 机械加工质量及控制,3）受力方向变化引起的加工误差 离心力引起的加工误差 高速旋转的零部件 (含夹具、工件和刀具等)的不平衡将产生离心力，在切削点法线方向的分力大小的变化，会引起工艺系统的受力变形也随之变化从而产生误差，如图8-7所示。,图8

9、- 7 离心力引起的加工误差,第8章 机械加工质量及控制,传动力引起的加工误差 在车床或磨床类机床上加工轴类零件时，常用单拔销通过鸡心夹头带动工件回转，如图8-8所示。,图8 - 8 单拔销传动力的影响,第8章 机械加工质量及控制,减少工艺系统受力变形的主要措施 1)提高接触刚度 一般部件的接触刚度大大低于实体零件本身的刚度，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 当工件刚度较差时，应采用合理的装夹和加工方法来提高工件的刚度。 3)合理安装工件，减少夹紧变形 加工薄壁件时，由于工件刚度低，解决夹紧变形的影响是关键问题之一。如薄壁套的加工，在夹紧前，薄壁套的内

10、外圆是正圆形，当用三爪自定心卡盘夹紧后，套筒变成三棱形 ，如图8-9a所,第8章 机械加工质量及控制,示，镗孔后，内孔呈正圆形，如图8-9b所示，当松开卡爪后，工件由于弹性恢复，使已镗圆的孔产生三棱形，如图8-9c所示。为了减少加工误差，应使夹紧力均匀分布，可采用开口过渡环 ，如图8-9d所示；或专用卡爪夹紧，如图8-9e所示。,图8-9 工件夹紧变形引起的误差 a)夹紧后工件变成三棱形b)加工后内孔为正圆形c)松开后内孔变三棱形 d) 开口过渡环夹紧减少变形e)专用卡爪夹紧减少变形,第8章 机械加工质量及控制,工艺系统热变形引起的误差 工艺系统在各种热源的影响下，常发生复杂的变形，破坏了工件

11、与刀刃相对位置的准确性，从而产生加工误差。 机床热变形引起的加工误差 机床受内、外热源的影响，各部分由于热源不同，以及机床结构、尺寸、材料和工作条件的不同，其各部分温升与变形也不同。不同程度的热变形，破坏了机床原有的几何精度，从而降低了机床的加工精度。 对床身较长的车床，其温差的影响也是很显著的。由于床身上表面温度比床身底面温度高，两表面热变形量不等，因此，床身将产生弯曲变,第8章 机械加工质量及控制,形，表面呈中凸状，如图8-10所示。同时床鞍也因床身的热变形而产生相应的位置变化。,图8 - 10 床身纵向温差热效应的影响,第8章 机械加工质量及控制,工件热变形引起的加工误差 工件热变形主要

12、是由切削热引起的，外部热源只对大型件或较精密件有影响。 刀具热变形引起的加工误差 切削热虽然大部分被切屑带走或传入工件，传给刀具的热量只占很小部分，但因刀具切削部分体积小、热容量小，所以还是有相当大的温升和热变形。如高速钢刀具切削时，刃部的温度可达700800，刀具的热伸长量可达0.030.05mm，因此，影响不可忽视。但当刀具达到热平衡后，热变形基本稳定，对加工精度的影响也就很小了。 减少工艺系统热变形的主要措施,第8章 机械加工质量及控制,l）减少热源发热和隔离热源 减少切削热或磨削热、减少机床各运动副的摩擦热、分离和隔离热源。 2）加强散热能力 可采用有效的冷却措施，如增加散热面积或使用

13、强制性的风冷、水冷、循环润滑等。 3）均衡温度场 当机床零部件温升均匀时，机床本身就呈现一种热稳定状态，从而使机床产生不影响加工精度的均匀热变形。 4）保持工艺系统的热平衡 由热变形规律可知，机床刚开始运转的一段,第8章 机械加工质量及控制,时间内(预热期)，温升较快，热变形大。当达到热平衡后，热变形逐渐趋于稳定。 5）控制环境温度 对于精密机床，一般应安装在恒温车间，其恒温精度应严格控制，一般在1，超精密级为0.5。恒温的标准温度可按季节调整，一般为2，冬季可取17，夏季取23。 工件内应力所引起的误差 内应力是指在外部载荷去除后，仍残存在工件内部的应力，也称残余应力。 内应力的产生原因及其

14、对加工精度的影响 1）热加工中产生的内应力 在铸造、锻造、,第8章 机械加工质量及控制,焊接和热处理过程中，由于工件各部分热胀冷缩不均匀，以及金相组织转变时的体积变化，使工件内部产生相当大的残余应力。 如图8-11所示，机床床身在浇铸后的冷却过程中，上下表面冷却快，内部冷却慢。当上下表面由塑性状态冷却至弹性状态时，内部还处在塑性状态，上下表面的收缩不受内部阻碍，当内部冷却到弹性状态时，上下表面的温度已降低很多，收缩速度比内部慢得多，此时内部的收缩受到上下表面的阻碍。因此，在内部产生了拉应力，上下表面产生了压应力，暂时处于相互平衡的状态。当床身导轨面刨去一层金属后，内应力不再平。,第8章 机械加

15、工质量及控制,衡，须重新分布达到新的平衡，引起床身弯曲变形。,图8 - 11 床身内应力引起的变形,2）冷校直带来的内应力 丝杠一类的细长轴零件经车削后，其内应力 (在棒料扎制过程中产生的)要重新分布，使轴产生弯曲变形。为了纠正这种变形，常,第8章 机械加工质量及控制,采用冷校直。校直的方法是在弯曲的反方向加外力F，如图8-12a所示。在外力F的作用下，工件内部应力分布，如图8-12b所示，在轴心线以上产生压应力 (用负号表示)，在轴心线以下产生拉应力 (用正号表示)。,图8 - 12 冷校直引起的内应力 a)冷校直b)外力下内部应力分布c)去除外力内部应力分布,第8章 机械加工质量及控制,3

16、）切削加工中产生的内应力 工件表面层在切削力和切削热的作用的内应力下，各部分产生不同程度的塑性变形，以及金相组织的变化所引起的体积改变，因而就产生内应力并造成加工后工件的变形。 减少或消除内应力的措施 1）合理设计零件结构 在零件的结构设计中，应尽量简化结构，考虑壁厚均匀，增大零件的刚度，以减少在铸、锻毛坯制造中产生的内应力。 2）采取时效处理 自然时效处理，主要是在毛坯制造之后，或粗加工后、精加工前，让工件停留一段时间，利用温度的自然变化，经过多次热胀冷,第8章 机械加工质量及控制,缩，使工件内部组织产生微观变化，从而达到减少或消除内应力的目的。 3）合理安排工艺 机械加工时，应将粗、精加工分开在不同的工序进行，使粗加工后有一定的间隔时间让内应力重新分布，以减少对精加工的影响。 8.2机械加工表面质量 零件的机械加工表面质量与机械加工精度一样，是零件加工质量的一个重要指标。机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质