机械加工质量分析1

第6章 机械加工质量分析本章要点: 加工质量的概念； 机械加工精度及其影响因素； 机械加工表面质量及其影响因素

6.1 教学重点：

机械加工精度

– 掌握机械加工精度的概念; – 掌握获得加工精度的方法; – 掌握影响加工精度的因素; – 掌握提高加工精度的工艺措施

教学难点：– 掌握影响加工精度的因素; – 提高加工精度的工艺措施。

6.16.1.1

机械加工精度

加工精度的基本概念

机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、 形状和位置)与理想几何参数相符合程度。它们之间的差异 称为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。误 差越大加工精度越底；反之，误差越小加工精度越高。

加工精度包括三个方面：尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件尺寸的公差带 中心的相符合程度。 形状精度：指加工后的零件表面的实际几何形状与理想的 几何形状的相符合程度。 位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想 位置相符合程度。

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机械加工精度

6.1.2 获得加工精度的方法 1.获得尺寸精度的方法 (1) 试切法 (2) 调整法 (3) 定尺寸法 (4) 自动控制法

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机械加工精度

2. 获得形状精度的方法 (1)轨迹法 (2)成形法 (3)展成法 3. 获得位置精度的方法 (1)根据工件加工过的表面进行找正的 方法； (2)工件的位置精度由夹具来保证。

6.16.1.3

机械加工精度

影响加工精度的原始误差

1. 与工艺系统本身初始状态有关的原始误差 (1)原理误差 即加工方法原理上存在的误差。 (2)工艺系统几何误差 它可归纳为两类： ①工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差 ②工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误 差 2. 与切削过程有关的原始误差 (1)工艺系统力效应引起的变形 (2)工艺系统热效应引起的变形，

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6.1.4 加工原理误差 1. 采用近似的加工运动造成的误差 如在车削或磨削模数螺纹时，由于其导程t=πm, 式中有π这个无理因子，在用配换齿轮来得到导 程数值时，就存在原理误差。 2. 采用近似的刀具轮廓造成的误差 如用滚刀滚切渐开线齿轮时，为了滚刀的制造 方便，多用阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本 蜗杆来代替渐开线基本蜗杆，从而产生了加工 原理误差。

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6.1.5 机床的几何误差主轴回转运动误 差 1. 主轴回转运动误差 (1)主轴回转精度的概念 (2)影响主轴回转精度的主要因素 (3)提高主轴回转精度的措施 2. 导轨的导向误差 3.传动链传动误差

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6.1.6 刀具、夹具的制造误

差及磨损 1. 定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等) 的尺寸误差，直接影响被加工零件的尺寸精度 2. 成形刀(成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等)的 误差，主要影响被加工面的形状精度。 3. 夹具的制造误差对被加工零件的精度影响较大。 4. 刀具的磨损会直接影响刀具相对被加工表面的位 置，造成被加工零件的尺寸误差；夹具的磨损会 引起工件的定位误差。

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6.1.7 工艺系统受力变形引起的加工误 差 1.切削过程中受力点位置变化引起的加工误 差。(1)在两顶尖车削粗而短的光轴时，工艺系统的总变形完 全取决于机床头、尾架和刀架的变形。工件产生的误差为 双曲线圆柱度误差。 (2)在两顶尖间车削细长轴时，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、夹具和刀具的受 力变形。

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机械加工精度

图4-3 车削细长轴时受力变形产生的加工误差

工件的轴线将会产生弯曲变形，根据材料 力学的计算公式可得其变形量为： y=Fy/3EI=(L-x)2x2/L 车刀车至x=L/2处时工件产生的变形最大， 工件呈中间粗、两头细的腰鼓形。

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2.切削力大小变化引起的加工误差——误差复映 工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状， 但它在尺寸、形状以及表面层材料硬度上都有较 大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度 不断发生变化，从而导致切削力的变化，进而引 起工艺系统产生相应的变形，使得零件在加工后 还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。 这种现象称为“误差复映规律”,所引起 的加工误差称为“复映误差”。

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3. 减小工艺系统受力变形的措施(1) 提高工艺系统各部分的刚度 ①提高工件加工时的刚度 例如车削细长轴时： 减小工件支承长度 为此常采用跟刀架或中心架及其他支承架。 减小工件所受法向切削力 通常可采取增大前角、主偏角选为90° 以及适当减小进给量和切削深度等措施减小。 采用反向走刀法 使工件从原来的轴向受压变为轴向受拉

②提高工件安装时的夹紧刚度对薄壁件，夹紧时应选择适当的夹紧方法和夹紧部位，否则会产生很 大的形状误差。

③提高机床部件的刚度

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图4—4 薄板零件的磨削

由于工件本身有形状误差，用电磁吸盘吸紧时，工件 产生弹性变形，磨削后松开工件，因弹性恢复工件表面仍 有形状误差(翘曲)。 解决办法是在工件和电磁吸盘之间垫入一薄橡皮 (0.5mm以下)。当吸紧时，橡皮被压缩，工件变形减小， 经几次反复磨削逐渐修正工件的翘曲，将工件磨平。

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6.1.8 工艺系统受热变形引起的加工误差 1.工艺系统的热源 (1)内部热源：切削热 、摩擦热、派生热源 (2)外部热源：环境温度、热辐射 2.工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源影响，其温度逐步上升。 但同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热 量。当单位时间内传入和散发的热量相等时，则 认为工艺系统达到热平衡。

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3.机床热变形引起的加工误差 热源大致分为以下三种：(1)主要热源来自机床的主传动系统 如普通机床、六角机 床、铣床、卧式镗床、坐标镗床等。 (2)主要热源来自机床导轨的摩擦 如龙门刨床、立式车床 等。 (3)主要热源来自液压系统 如各种液压机床。

热源的热量，一部分传给周围介质，一部分传给 热源近处的机床零部件和刀具，以致产生热变形， 影响加工精度。

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4.刀具热变形及对加工精度的影响 (1)刀具连续工作时 (2)刀具间歇工作 5.工件热变形引起的加工误差 (1)工件均匀受热 (2)工件不均匀受热 6.控制温度变化，均恒温度场必须采取措施控制工艺系统温度变化，保持温度稳定。使 热变形产生的加工误差具有规律性，便于采取相应措施给 予补偿。

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6.1.9 工件残余应力引起的误差 1. 基本概念 2. 残余应力产生的原因 (1)毛坯制造中产生的残余应力 (2)冷校直产生的残余应力 (3)切削加工中产生的残余应力 3. 减少或消除残余应力的措施 (1)采取时效处理 (2)合理安排工艺路线 (3)合理设计零件结构

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机械加工精度

6.1.10 提高加工精度的工艺措施 1. 减少误差法 2. 误差补偿法或误差抵消法 3. 误差分组法 (1)误差复映，引起本工序误差； (2)定位误差扩大，引起本工序误差 4. 误差转移法 5. “就地加工”法 6. 误差平均法

作

业

6-1.叙述加工精度和加工误差的概念及它们之间的区别。 6-2.表面质量包括哪几方面的含义？ 6-3.机床几何误差有哪几项？各项误差对加工精度有何影 响？ 6-4.工艺系统受力变形对加工精度有何影响？ 6-5.工艺系统受热变形对加工精度有何影响？ 6-6.在车床上用两顶尖安装车削轴类零件时，出现图4-6所 示误差的原因是什么？应分别采取何种工艺措施以减小或 消除误差？ 6-7.在磨削锥孔时，用检验锥度的塞规着色检验，发现只 在塞规的中部接触或在塞规的两端接触，如图4-7所示。 试分析产生误差的因素。

作

业

6-8.在卧式铣床上铣削键槽，如图4-11所示，经测 量发现靠工件两端深度大于中间，且都比调整地 深度尺寸小。分析产

生这一现象的原因。

题4-6

题4-7

题4-8