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1、第四章 机械加工质量分析与控制,第一节 机械加工精度概述 第二节 影响加工精度的因素 第三节 加工误差的统计分析方法 第四节 机械加工表面质量,第一节 机械加工精度概述,一、加工精度与加工误差 二、尺寸,形状和相互位置精度间的关系 三、获得加工精度的方法 1.获得尺寸精度的方法 2.获得形状精度的方法 3.获得相互位置精度的方法,2、形状精度的获得方法 （1）轨迹法 （2）成形法 （3）范成法,1、尺寸精度的获得方法 （1）试切法 （2）调整法 （3）定尺寸刀具法 （4）自动控制法,3、位置精度的获得方法 （1）一次装夹法 （2）多次装夹法 直接找正法 划线找正法 夹具装夹法,第二节 影响加工
2、精度的因素,一.原理误差 二.机床误差 三.刀具误差 四.工艺系统受力变形对加工精度的影响 五.工艺系统热变形对加工精度的影响 六.工件内应力引起的变形,一、原理误差,原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。,例如滚齿用的齿轮滚刀，就有两种误差，一是为了制造方便，采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃齿廓近似造形误差；二是由于滚刀切削刃数有限，切削是不连续的，因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线，而是折线。 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。 采用近似的成形运动和刀具刃形，不但可以简化机床或刀具的结构，而且能提高生产效率和加工的经济效益
3、。,二.机床误差,1.主轴回转误差 常把主轴回转误差分解为径向跳动,轴向窜动和角度摆动,(1)主轴纯径向跳动对加工精度的影响,A,A,R,Om,1,1，,Acos,O,2,3,4,O,Rsin,(A+R）cos,图44 镗孔时纯径向跳动对加工精度的影响,图45 车削时纯径向跳动对加工精度的影响,(2)主轴轴向窜动动对加工精度的影响,(3)主轴回转纯角度摆动对 加工精度的影响,主轴部件制造精度对加工精度的影响,Y,Y,o,D,R,水平面,导轨水平面内直线度,图49 导轨在水平面内直线度误差,2.导轨导向误差,垂直平面,导轨垂直面直线度,Z,d,R,Z,图410 导轨在垂直面内直线度误差,R,d/
4、2,图411 车床导轨扭曲对工件形状精度影响,(3)两导轨间的平行度误差,3.传动链传动误差,减少传动链误差的措施,1）尽量缩短传动链。 2）提高传动件的制造和安装精度，尤其是末端零件的精度。 3）尽可能采用降速运动，且传动比最小的一级传动件应在最后。 4）消除传动链中齿轮副的间隙。 5）采用误差校正机构,三.刀具误差,刀具误差是由于制造误差和刀具磨损造成的.,如普通车刀、单刃 镗刀和面铣刀等）的制 造误差对加工精度没有 直接影响，但磨损后对 工件尺寸或形状精度有 一定影响,定尺寸刀具（如钻 头、铰刀、圆孔拉刀等） 的尺寸误差直接影响被 加工工件的尺寸精度。 刀具的安装和使用不当， 也会影响加
5、工精度。,成形刀具（如成形车 刀、成形铣刀、盘形齿 轮铣刀等）的误差主要 影响被加工面的形状精 度,展成法刀具（如齿轮 滚刀、插齿刀等）加工齿 轮时，刀刃的几何形状及 有关尺寸精度会直接影响 齿轮加工精度,四.工艺系统受力变形对加工精度的影响,1.工艺系统的刚度 在机夹刀工组成的工艺系统中,在夹紧力,切削力,传动力,重力以及惯性力等的作用下,将产生变形和振动,破坏刀具和工件之间的正确位置而形成加工误差,并使加工表面的表面粗糙度恶化. 用实验方法测出中心高200mm车床刀架部件的刚度曲线如下:,影响部件实际刚度的因素,连接表面间的接触变形 薄弱零件本身的变形 间隙的影响 摩擦力的影响,2.工艺系
6、统受力变形对加工精度的影响,(1)切削力大小变化对加工精度的影响 误差复映现象,(2)切削力作用位置变化对加工精度的影响,(3)工艺系统中其他作用力对加工精度的影响,传动力的影响,图423 套筒夹紧变形误差 工件 开口过渡环,夹紧力的影响,图424 薄片工件的磨削 毛坯翘曲 b) 电磁工件台吸紧 c) 磨后松开，工件翘曲 d) 磨削凸面 e) 磨削凹面 f) 磨后松开，工件平直,3.减少工艺系统受力变形对加工精度 影响的措施,(1)提高接触刚度,(2)提高刀具与工件的刚度,(3)合理装夹工件,减少夹紧变形和 切削力变形,五.工艺系统热变形对加工精度 的影响,1.概述 热源:切削热,机床运动部件
7、的摩擦热, 外界热源的辐射及对流传递 2.工件热变形对加工精度的影响 3.刀具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,工艺系统的热源,电机、轴承、齿轮、油泵等,工件、刀具、切屑、切削液,气温、室温变化、热、冷风等,热源,日光、照明、暖气、体温等,减少工艺系统热变形的主要途径,1减少发热和隔离热源,1) 采用热对称结构 2) 合理选择机床零部件的 安装基准,寻求各部件热变形的规 律建立热变形位移数字 模型并存入计算机中进 行实时补偿,加工前使机床高速空转， 达到热平衡时再切削加工,1）减小温差； 2）均衡关键件的温升，避免 弯曲变形,恒温车间、使用门帘、取暖装置均匀布置； 恒温精
8、度一般控制在1以内，精密级较 高的机床为0.5。恒温室平均温度一般为 20，在夏季取23，在冬季可取17,2均衡温度场,3改进机床布局和结构设计,4保持工艺系统的热平衡,5控制环境温度,6. 热位移补偿,六.工件内应力引起的变形,1.内应力的产生及其对加工精度的影响 (1)在毛坯制造及淬火过程中产生的内应力 (2)由冷校直工艺带来的内应力,毛坯制造 热处理,1合理设计零件结构 应尽量简化结构，减小 零件各部分尺寸差异， 以减少铸锻件毛坯在制 造中产生的残余应力。,2增加消除残余应力的专门工序 对铸、锻、焊接件进行退火或回火； 工件淬火后进行回火；对精度要求 高的零件在粗加工或半精加工后进 行时
9、效处理（自然、人工、振动时 效处理）,第四节 机械加工表面质量,一.概述 二.表面质量对零件使用性能的影响 三.机械加工的表面粗糙度 四.机械加工表面的物理力学性能,一.概述,1.表面粗糙度与波度 2.加工表面层材料的物理力学性能,二.表面质量对零件使用性能 的影响,1.对摩擦磨损的影响,2.对零件工作精度的影响 3.对零件配合性质的影响 4.对零件疲劳强度的影响 5.对抗腐蚀性能的影响,三.机械加工的表面粗糙度,1.切削加工的表面粗糙度 刀具的几何形状,切削用量,切削液,振动等工艺因素都会影响表面粗糙度,(1)强迫振动 强迫振动是由外界具有一定频率的周期性变化的激振力所引起的振动,工艺系统的振动和激振力两者的频率是一致的,它不会自行衰减消失.,(2)自激振动,自激振动是在外界没有周期性振动情况下产生的振动,维持振动的激振力是由切削过程造成的,其频率接近或等于系统固有的频率. (a)再生自激振动原理 (b)振型耦合自激振动原理,(2)磨削加工的表面粗糙度,(a)砂轮 (b)砂轮修整 (c)磨削条件,四.机械加工表面的物理 力学性能,1.加工表面的冷作硬化 2.金相组织的变化与磨削烧伤 3.加工表面的残余应力 (1)冷作塑性变型 (2)热塑性变型 (3)金相组织的变化,
