第六章機(jī)械加工質(zhì)量

1、機(jī)械加工質(zhì)量機(jī)械加工質(zhì)量 6.1.1加工精度的概念加工精度的概念 加工質(zhì)量主要指機(jī)械加工精度和表面質(zhì)量。 加工精度是指零件在加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、 幾何形狀和表面相互位置）與理想零件的幾何參數(shù)相符 合的程度。其符合程度愈高，則加工精度愈高，反之， 愈低。 實(shí)際加工時(shí)不可能也沒(méi)有必要把零件做得與理想零 件完全一致，而總會(huì)有一定的偏差，即加工誤差。只要 這些誤差在規(guī)定的范圍內(nèi)，即能滿足機(jī)器使用性能的要 求。 加工誤差是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想幾何 參數(shù)的偏離程度，所以，加工誤差的大小反映了加工精 度的高低。 6.1.2表面質(zhì)量的概念表面質(zhì)量的概念 表面質(zhì)量是指零件表面幾何特征和物理力

2、學(xué)性 能。它主要有如下兩方面內(nèi)容： 6.1.3表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 一、表面質(zhì)量對(duì)零件耐磨性 的影響 （1）表面粗糙度對(duì)零件耐磨 性的影響 表面粗糙度太大和太小都 不耐磨。 表面粗糙度的最佳值與機(jī) 器零件的工作情況有關(guān)， 載荷加大時(shí)，磨損曲線向 上、向右移動(dòng)，最佳表面 粗糙度值也隨之右移。 二、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響二、表面質(zhì)量對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 （1）表面粗糙度對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 表面粗糙度越大，抗疲勞破壞的能力越差。 對(duì)承受交變載荷零件的疲勞強(qiáng)度影響很大。在 交變載荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引 起應(yīng)力集中，產(chǎn)生疲勞裂紋。 表面粗糙度值越

3、小，表面缺陷越少，工件耐疲 勞性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的紋痕 越深，紋底半徑越小，其抗疲勞破壞的能力越差。 （2）表面層冷作硬化與殘余應(yīng)力對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的 影響 適度的表面層冷作硬化能提高零件的疲勞強(qiáng)度。 殘余應(yīng)力有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力之分，殘余拉應(yīng)力容 易使已加工表面產(chǎn)生裂紋并使其擴(kuò)展而降低疲勞 強(qiáng)度 殘余壓應(yīng)力則能夠部分地抵消工作載荷施加的拉 應(yīng)力，延緩疲勞裂紋的擴(kuò)展，從而提高零件的疲 勞強(qiáng)度。 三、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響三、表面質(zhì)量對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 （1）表面粗糙度對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面越粗糙，越容易積聚腐蝕性物質(zhì)，凹谷越 深，滲透與腐蝕作用越強(qiáng)烈。因此減小零

4、件表面粗糙度， 可以提高零件的耐腐蝕性能。 （2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 零件表面殘余壓應(yīng)力使零件表面緊密，腐蝕性物質(zhì) 不易進(jìn)入，可增強(qiáng)零件的耐腐蝕性，而表面殘余拉應(yīng)力 則降低零件耐腐蝕性。 (3) 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能還有其它方面的影響：如減 小表面粗糙度可提高零件的接觸剛度、密封性和測(cè)量精 度；對(duì)滑動(dòng)零件，可降低其摩擦系數(shù)，從而減少發(fā)熱和 功率損失。 四、表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響四、表面質(zhì)量對(duì)零件工作精度的影響 （1）表面粗糙度對(duì)零件配合精度的影響 表面粗糙度較大，則降低了配合精度。 （2）表面殘余應(yīng)力對(duì)零件工作精度的影響 表面層有較大的殘余應(yīng)力，就會(huì)影響它們精 度的穩(wěn)定

5、性。 6.2.1影響加工精度和表面質(zhì)量的因素 機(jī)械加工中，機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)在完成任 何一個(gè)加工過(guò)程中，都將有許多原始誤差影響零件的加工精度。它們 是機(jī)床的幾何誤差，包括微量進(jìn)給誤差、成形運(yùn)動(dòng)誤差及磨損誤差； 工件的安裝誤差；測(cè)量誤差以及加工中各種力和切削熱所引起的誤差 等。這些誤差可分為兩部分：一部分與工藝系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)有 關(guān)；一部分與切削過(guò)程有關(guān)。 按照這些誤差的性質(zhì)將其歸納為四個(gè)方面。 工藝系統(tǒng)的幾何誤差。包括加工方法的原理誤差、機(jī)床的幾何誤 差、調(diào)整誤差、刀具和夾具的制造誤差、工件的安裝誤差以及工藝系 統(tǒng)磨損所引起的誤差。 工藝系統(tǒng)受力變形所引起的誤差。 工藝系

6、統(tǒng)熱變形所引起的誤差。 工件內(nèi)應(yīng)力所引起的誤差。包括零件的毛坯制造和切削加工中的 內(nèi)應(yīng)力引起的誤差。 6.2.1.1工藝系統(tǒng)的幾何誤差 一、原理誤差 原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成原理誤差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成 形運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。形運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。 例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造例如滾齒用的齒輪滾刀，就有兩種誤差，一是為了制造 方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開(kāi)線基本蝸桿而產(chǎn)生的方便，采用阿基米德蝸桿代替漸開(kāi)線基本蝸桿而產(chǎn)生的 刀刃齒廓近似造形誤差；二是由于滾刀切削刃數(shù)有限，刀刃齒廓近似造形誤差；二是由于滾刀切削

7、刃數(shù)有限， 切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸切削是不連續(xù)的，因而滾切出的齒輪齒形不是光滑的漸 開(kāi)線，而是折線。開(kāi)線，而是折線。 成形車刀、成形銑刀也采用了近似的刀具輪廓。成形車刀、成形銑刀也采用了近似的刀具輪廓。 采用近似的成形運(yùn)動(dòng)和刀具刃形，不但可以簡(jiǎn)化機(jī)床采用近似的成形運(yùn)動(dòng)和刀具刃形，不但可以簡(jiǎn)化機(jī)床 或刀具的結(jié)構(gòu)，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟(jì)效益?；虻毒叩慕Y(jié)構(gòu)，而且能提高生產(chǎn)效率和加工的經(jīng)濟(jì)效益。 二、機(jī)床的幾何誤差 機(jī)床幾何誤差組成 1、主軸回轉(zhuǎn)誤差 （1）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念）機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的概念 主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)

8、其理想回轉(zhuǎn)軸線（一般用平 均回轉(zhuǎn)軸線來(lái)代替）產(chǎn)生的偏移量。均回轉(zhuǎn)軸線來(lái)代替）產(chǎn)生的偏移量。 實(shí)際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。實(shí)際上主軸回轉(zhuǎn)誤差是上述三種形式誤差的合成。 由于主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的，由于主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線在空間的位置是在不斷變化的， 由上述三種運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個(gè)瞬時(shí)由上述三種運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的位移（即誤差）是一個(gè)瞬時(shí) 值。值。 主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)車削和鏜削加工精度的影響主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)車削和鏜削加工精度的影響 鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn)鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn) 假設(shè)由于主軸的純徑向跳動(dòng)而使軸線在假設(shè)由于主軸的純徑向跳動(dòng)而使軸線在y坐

9、標(biāo)方向作簡(jiǎn)諧坐標(biāo)方向作簡(jiǎn)諧 運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)（圖圖6-7），其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡(jiǎn)諧幅值為），其頻率與主軸轉(zhuǎn)速相同，簡(jiǎn)諧幅值為A； 則則: Y = Acos （ t） 且主軸中心偏移最大（等于且主軸中心偏移最大（等于A）時(shí)，鏜刀尖正好通過(guò)水平）時(shí)，鏜刀尖正好通過(guò)水平 位置位置1處。處。 當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)當(dāng)鏜刀轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角時(shí)（位置角時(shí)（位置1），刀尖軌跡的水平分量），刀尖軌跡的水平分量 和垂直分量分別計(jì)算得：和垂直分量分別計(jì)算得： y=Acos+Rcos=(A+R)cos Z=Rsin 將上兩式平方相加得將上兩式平方相加得: y2/(A+R)2+Z2/R2=1 表明此時(shí)鏜出的孔為橢圓形。表明此時(shí)鏜出的孔

10、為橢圓形。 鏜孔時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響鏜孔時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響 車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng)車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng) 假設(shè)主軸軸線沿假設(shè)主軸軸線沿y軸作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在工件的軸作簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，在工件的1處（主處（主 軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的軸中心偏移最大之處）切出的半徑比在工件的2、4處切處切 出的半徑小一個(gè)幅值出的半徑小一個(gè)幅值A(chǔ)；在工件的；在工件的3處切出的半徑比在處切出的半徑比在 工件的工件的2、4處切出的半徑大一個(gè)幅值處切出的半徑大一個(gè)幅值A(chǔ)。 這樣，上述四點(diǎn)工件的直徑都相等，其它各點(diǎn)直徑這樣，上述四點(diǎn)工件的直徑都相等，其它各點(diǎn)直徑 誤差也很小，所以車削出的工

11、件表面接近于一個(gè)真圓。誤差也很小，所以車削出的工件表面接近于一個(gè)真圓。 Y2+Z2=R2+A2Sin2 由此可見(jiàn)，主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)車削加工工件的圓由此可見(jiàn)，主軸的純徑向跳動(dòng)對(duì)車削加工工件的圓 度影響很小。度影響很小。 車削時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響車削時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響 軸向竄動(dòng)對(duì)車、鏜削加工精度的影響軸向竄動(dòng)對(duì)車、鏜削加工精度的影響 主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)內(nèi)、外圓的加工精度沒(méi)有主軸的軸向竄動(dòng)對(duì)內(nèi)、外圓的加工精度沒(méi)有 影響，但加工端面時(shí)，會(huì)使加工的端面與內(nèi)外圓影響，但加工端面時(shí)，會(huì)使加工的端面與內(nèi)外圓 軸線產(chǎn)生垂直度誤差。軸線產(chǎn)生垂直度誤差。 主軸每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動(dòng)一次，使得切主軸

12、每轉(zhuǎn)一周，要沿軸向竄動(dòng)一次，使得切 出的端面產(chǎn)生平面度誤差（出的端面產(chǎn)生平面度誤差（圖圖）。當(dāng)加工螺紋時(shí)，）。當(dāng)加工螺紋時(shí)， 會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。會(huì)產(chǎn)生螺距誤差。 主軸軸向竄動(dòng)對(duì)端面加工精度的影響主軸軸向竄動(dòng)對(duì)端面加工精度的影響 角度擺動(dòng)對(duì)車、鏜削加工精度的影響角度擺動(dòng)對(duì)車、鏜削加工精度的影響 主軸純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響，取決于主軸純角度擺動(dòng)對(duì)加工精度的影響，取決于 不同的加工內(nèi)容。不同的加工內(nèi)容。 車削加工時(shí)工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很車削加工時(shí)工件每一橫截面內(nèi)的圓度誤差很 小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。小，但軸平面有圓柱度誤差（錐度）。 車外圓：車外圓：得到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差得

13、到圓形工件，但產(chǎn)生圓柱度誤差 （錐體）（錐體） 車端面：車端面：產(chǎn)生平面度誤差產(chǎn)生平面度誤差 鏜孔時(shí)鏜孔時(shí)，由于主軸的純角度擺動(dòng)，由于主軸的純角度擺動(dòng) 使得主軸回轉(zhuǎn)使得主軸回轉(zhuǎn) 軸線與工作臺(tái)導(dǎo)軌不平行，軸線與工作臺(tái)導(dǎo)軌不平行，使鏜出的孔呈橢圓形，使鏜出的孔呈橢圓形， 如如圖圖6-106-10所示。所示。 主軸純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響主軸純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響 2、機(jī)床導(dǎo)軌誤差、機(jī)床導(dǎo)軌誤差 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定某些主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床中確定某些主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)，也 是某些主要部件的運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。是某些主要部件的運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)。 現(xiàn)以臥式車床為例，說(shuō)明導(dǎo)軌誤差是怎樣影響工件

14、現(xiàn)以臥式車床為例，說(shuō)明導(dǎo)軌誤差是怎樣影響工件 的加工精度的。的加工精度的。 （1 1）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響）導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差的影響 當(dāng)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為當(dāng)導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差為y時(shí)時(shí),引起工引起工 件在半徑方向的誤差為（件在半徑方向的誤差為（圖圖611）：）： R=y 由此可見(jiàn)：床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)如果有直線由此可見(jiàn)：床身導(dǎo)軌在水平面內(nèi)如果有直線 度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn)度誤差，使工件在縱向截面和橫向截面內(nèi)分別產(chǎn) 生形狀誤差和尺寸誤差。生形狀誤差和尺寸誤差。 當(dāng)導(dǎo)軌向后凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差；當(dāng)導(dǎo)軌向后凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鞍形加工誤差；

15、當(dāng)導(dǎo)軌向前凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。當(dāng)導(dǎo)軌向前凸出時(shí)，工件上產(chǎn)生鼓形加工誤差。 導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)直線度誤差 （2 2）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響）導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差的影響 床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差（床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)有直線度誤差（圖圖6-12），會(huì)引），會(huì)引 起刀尖產(chǎn)生切向位移起刀尖產(chǎn)生切向位移Z，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤，造成工件在半徑方向產(chǎn)生的誤 差為：差為： RZ2/d 設(shè)：設(shè)：Z=Y=0.01mm ，R=50mm ， 則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差則由于法向原始誤差而產(chǎn)生的加工誤差 R= Y =0.01mm, 由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工

16、誤差由于切向原始誤差產(chǎn)生的加工誤差 R Z2/d =0.000001mm 此值完全可以忽略不計(jì)。由于此值完全可以忽略不計(jì)。由于Z2數(shù)值很小，因此數(shù)值很小，因此 該誤差對(duì)工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。該誤差對(duì)工件的尺寸精度和形狀精度影響甚小。 導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)直線度誤差 結(jié)論：結(jié)論： 原始誤差引起工件相對(duì)于刀具產(chǎn)生相對(duì)位移， 若產(chǎn)生在加工表面法向方向（誤差敏感方向），對(duì) 加工精度有直接影響；產(chǎn)生在加工表面切向方向 （誤差非敏感方向） ，可忽略不計(jì)。 （3 3）前后導(dǎo)軌平行度誤差的影響）前后導(dǎo)軌平行度誤差的影響 床身前后導(dǎo)軌有平行度誤差（扭曲）時(shí)，會(huì)使車床溜 板在沿床身移

17、動(dòng)時(shí)發(fā)生偏斜，從而使刀尖相對(duì)工件產(chǎn)生偏 移，使工件產(chǎn)生形狀誤差（鼓形、鞍形、錐度）。 3 3、機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差、機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差 在車螺紋、插齒、滾齒等加工時(shí)，刀具與工件之間有 嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求。要滿足這一要求，機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈 的誤差必須控制在允許的范圍內(nèi)。 三、調(diào)整誤差 機(jī)械加工中存在著很多工藝系統(tǒng)的調(diào)整問(wèn)題， 由于任何一次調(diào)整工作不可能絕對(duì)準(zhǔn)確，所以存 在誤差。這種誤差稱為調(diào)整誤差。 引起調(diào)整誤差的因素很多，例如調(diào)整時(shí)所用的 刻度盤、行程機(jī)構(gòu)的精度以及與他們配合使用的 離合器、電器開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)等的靈敏度。 四、刀具夾具的制造誤差及工件的安裝誤差 機(jī)械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具

18、及成形 刀具。一般刀具（如車刀、鏜刀、銑刀等）的制造誤差對(duì) 加工精度沒(méi)有直接的影響。定尺寸刀具（如鉆頭、絞刀、 拉刀及槽銑等）的尺寸誤差直接影響被加工零件的尺寸精 度。同時(shí)刀具的工作條件，如機(jī)床主軸的跳動(dòng)因刀具安裝 不當(dāng)引起的徑向或端面圓跳動(dòng)等都會(huì)使加工面的尺寸擴(kuò)大。 成形刀具（如成形刀、成形銑刀以及齒輪滾刀等）的誤差 主要影響被加工面的形狀精度。 夾具的制造誤差一般是指定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體 等零件的加工和裝配誤差。工件的安裝誤差，包括工件的 定位誤差和夾緊誤差。 五、工藝系統(tǒng)磨損所引起的誤差 機(jī)床在長(zhǎng)期使用中，由于各部件的結(jié)構(gòu)、工作 條件和維護(hù)情況等各方面的不同，形成各表面間 不同程度

19、的磨損。這些磨損必將擴(kuò)大機(jī)床的原始 誤差，影響零件的各項(xiàng)加工精度。 夾具和量具使用中的磨損，將會(huì)引起工件的定 位誤差和測(cè)量誤差。 刀具的磨損，會(huì)直接影響刀具相對(duì)被加工表面 的位置，造成一批零件的尺寸誤差。長(zhǎng)的軸類零 件，由于刀具的磨損還會(huì)造成形狀誤差。 6.2.1.2工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差 一、工藝系統(tǒng)的剛度 1.工藝系統(tǒng)剛度的概念 工藝系統(tǒng)整體抵抗其變形的能力。其大小為： 背向力Fp （舊標(biāo)準(zhǔn)中為徑向切削分力Fy）與工 藝系統(tǒng)在該方向上的變形yxt的比值，即 kxt=Fp/yxt 注意：注意：這里變形這里變形yxt是總切削力的三個(gè)分力是總切削力的三個(gè)分力Fc、Fp、 Ff（舊標(biāo)準(zhǔn)中為

20、（舊標(biāo)準(zhǔn)中為Fz、Fy、Fx）綜合作用的結(jié)果。）綜合作用的結(jié)果。 2、系統(tǒng)剛度與環(huán)節(jié)剛度 工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的工藝系統(tǒng)的剛度是由組成工藝系統(tǒng)各部件的 剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為：剛度決定的。工藝系統(tǒng)的總變形量為： yxt= yjc+ydj+yjj+ygj kxt=Fp/yxt kjc= Fp/yjc ， kdj= Fp/ydj , kjj= Fp/yjj， kgj= Fp/ygj 工藝系統(tǒng)剛度的一般式為：工藝系統(tǒng)剛度的一般式為： kxt= 1/(1/kjc+1/ kdj+1/ jj+1/ kgj) 若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即環(huán)節(jié)若已知工藝系統(tǒng)各組成部分的剛度（即

21、環(huán)節(jié) 剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。剛度），就可以求出工藝系統(tǒng)的剛度。 3. 機(jī)床部件剛度特點(diǎn) 機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成的零機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組成的零 部件多，各零部件之間有部件多，各零部件之間有 不同的聯(lián)接和運(yùn)動(dòng)方式，不同的聯(lián)接和運(yùn)動(dòng)方式， 因而機(jī)床部件的剛度問(wèn)題因而機(jī)床部件的剛度問(wèn)題 就比較復(fù)雜。它的計(jì)算至就比較復(fù)雜。它的計(jì)算至 今還沒(méi)有合適的方法，需今還沒(méi)有合適的方法，需 要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。 圖圖為單向加載時(shí)車床為單向加載時(shí)車床 剛度測(cè)定示意圖。主軸部剛度測(cè)定示意圖。主軸部 件、尾座及刀架的變形可件、尾座及刀架的變形可 分別從千分表分別從千分表2、3和和6讀出。讀出。 這種方

22、法測(cè)得的這種方法測(cè)得的y方方 向位移是背向力向位移是背向力Fp作用下作用下 引起的變形。引起的變形。 圖圖 單向靜載測(cè)定車床剛度單向靜載測(cè)定車床剛度 1心軸心軸 2、3、6千分表千分表 4測(cè)力環(huán)測(cè)力環(huán) 5螺旋加力器螺旋加力器 車床刀架部件的剛度曲線 一次加載一次加載 二次加載二次加載 三次加載三次加載 （1 1）機(jī)床部件剛度的特點(diǎn)）機(jī)床部件剛度的特點(diǎn) （2 2）影響機(jī)床部件剛度的因素）影響機(jī)床部件剛度的因素 兩零件結(jié)合面間的接觸情況兩零件結(jié)合面間的接觸情況 機(jī)床部件剛度的薄弱環(huán)節(jié) a) 溜板中的楔鐵溜板中的楔鐵 b) 軸承套軸承套 二、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 1、切削力作用位置變化引

23、起的加工誤差、切削力作用位置變化引起的加工誤差 根據(jù)材料力學(xué)的撓度計(jì)算公式，其切削點(diǎn)工件的 變形量為： yw=Fp(L-x)2x2/3E I L 從上式的計(jì)算結(jié)果和車削的實(shí)際情況都可證實(shí)， 切削后的工件呈鼓形，其最大直徑在通過(guò)軸線中 點(diǎn)的橫截面內(nèi)。 工藝系統(tǒng)受力變形隨切削位置而變化 剛度變化造成工件誤差剛度變化造成工件誤差 1 1理想的工件形狀；理想的工件形狀； 2 2k k頭頭kk尾時(shí)車出的工件形狀尾時(shí)車出的工件形狀 3）工藝系統(tǒng)剛度及總變形）工藝系統(tǒng)剛度及總變形 綜合上述兩種情況，工藝系統(tǒng)的總變形量為式工綜合上述兩種情況，工藝系統(tǒng)的總變形量為式工 藝變形與系統(tǒng)變形的疊加：藝變形與系統(tǒng)變形的

24、疊加： Y系統(tǒng)系統(tǒng)=Fp1/k刀架刀架+1/k頭頭(L-x/x)2+1/k尾尾(x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL 工藝系統(tǒng)的剛度為工藝系統(tǒng)的剛度為 Kxt=Fp/yxt=1/ 1/k刀架刀架+1/k頭頭(L-x/x)2+1/k尾尾 (x/L)2 +(L-x)2x2/3EIL 可以看出可以看出 Kxt=f(x) 由于在工件加工的不同位置，由于在工件加工的不同位置， Kxt不同，使不同，使 加工后工件的徑向尺寸不同，從而產(chǎn)生形狀誤差。加工后工件的徑向尺寸不同，從而產(chǎn)生形狀誤差。 2 2、切削力大小變化引起的加工誤差（誤、切削力大小變化引起的加工誤差（誤 差復(fù)映）差復(fù)映） 在加工過(guò)程中，由于

25、工件加工余量或材 料硬度不均勻，都會(huì)引起背向力的變化 ，從而使工藝系統(tǒng)受力變形不一致而產(chǎn) 生加工誤差。 以車削短圓柱工件外圓為例，如圖示。 由于毛坯存在的圓度誤差m=ap1-ap2 引起了工件產(chǎn)生圓度誤差w=y1 -y2 且m越大，w越大，這種由于工 藝系統(tǒng)受力變形的變化而使毛坯橢圓形 狀誤差復(fù)映到加工后工件表面的現(xiàn)象稱 為“誤差復(fù)映”。 毛坯形狀誤差復(fù)映 五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施五、減小工藝系統(tǒng)受力變形的措施 6.2.1.36.2.1.3工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差工藝系統(tǒng)熱變形引起的加工誤差 （一）概（一）概 述述 工藝系統(tǒng)在各種熱源作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形，工藝系統(tǒng)在各種熱源作用

26、下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱變形， 從而破壞工件與刀具間正確的相對(duì)位置，造成加工誤差。從而破壞工件與刀具間正確的相對(duì)位置，造成加工誤差。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差 的的40%70%。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精。工藝系統(tǒng)的熱變形不僅嚴(yán)重地影響加工精 度，而且還影響加工效率的提高。度，而且還影響加工效率的提高。 實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工后，加工誤差不能再由人工進(jìn)行補(bǔ)償， 全靠機(jī)床自動(dòng)控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。全靠機(jī)床自動(dòng)控制，因此熱變形的影響就顯得特別重要。 工藝系統(tǒng)熱變形的問(wèn)題已成為

27、機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重工藝系統(tǒng)熱變形的問(wèn)題已成為機(jī)械加工技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重 大研究課題。大研究課題。 （二）機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響（二）機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床熱變形會(huì)使機(jī)床的靜態(tài)幾何精度發(fā)生變化而影響 加工精度，其中主軸部件、床身、導(dǎo)軌、立柱、工作臺(tái)等 部件的熱變形，對(duì)加工精度影響最大。 各類機(jī)床其結(jié)構(gòu)、工作條件及熱源形式均不相同，因此 機(jī)床各部件的溫升和熱變形情況是不一樣的。 1、車、銑、鉆、鏜類機(jī)床： 主軸箱中的齒輪、軸承摩擦發(fā)熱、潤(rùn)滑油發(fā)熱。 2、龍門刨床、牛頭刨床、立式車床類機(jī)床 導(dǎo)軌副的摩擦熱 3、各種磨床 砂輪主軸軸承的發(fā)熱和液壓系統(tǒng)的發(fā)熱 （三）工件熱變形對(duì)加工精度

28、的影響（三）工件熱變形對(duì)加工精度的影響 1.工件均勻受熱工件均勻受熱 在精密絲桿加工中，工件的熱伸長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生螺距的累積在精密絲桿加工中，工件的熱伸長(zhǎng)會(huì)產(chǎn)生螺距的累積 誤差。誤差。 在較長(zhǎng)的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。在較長(zhǎng)的軸類零件加工中，將出現(xiàn)錐度誤差。 2. 工件不均勻受熱工件不均勻受熱 在刨削、銑削、磨削加工平面時(shí)，工件單面受熱，上在刨削、銑削、磨削加工平面時(shí)，工件單面受熱，上 下平面間產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致工件向上凸起，凸起部分被下平面間產(chǎn)生溫差，導(dǎo)致工件向上凸起，凸起部分被 工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹，工具切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生了中凹， 造成了幾何形狀誤差

29、。造成了幾何形狀誤差。 （四）刀具熱變形對(duì)加工精度的影響（四）刀具熱變形對(duì)加工精度的影響 刀具產(chǎn)生熱變形的主要熱源是切削熱。刀具 受熱的伸長(zhǎng)量可以達(dá)003005mm。刀具伸 長(zhǎng)影響加工精度，對(duì)加工中小零件來(lái)說(shuō)一般只影 響其尺寸精度，加工長(zhǎng)軸外圓等會(huì)影響其形狀精 度。 刀具能夠迅速達(dá)到熱平衡，而刀具的磨損又 能與刀具受到伸長(zhǎng)進(jìn)行部分的補(bǔ)償，故刀具變形 對(duì)加工精度的影響并不顯著。 （五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑（五）減少工藝系統(tǒng)熱變形的主要途徑 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取的技術(shù)措施 熱對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有利于減少機(jī)床熱變形。 工藝上采取的技術(shù)措施 保持恒定溫度，采用強(qiáng) 制冷卻等工藝措施的實(shí)施有利于減少熱變形

30、及 其對(duì)加工精度的影響。 6.2.1.4工件的內(nèi)應(yīng)力變形 1、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過(guò)程中，由于工件各部分冷卻收縮在鑄造、鍛造、焊接及熱處理過(guò)程中，由于工件各部分冷卻收縮 不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生殘余不均勻以及金相組織轉(zhuǎn)變時(shí)的體積變化，在毛坯內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生殘余 應(yīng)力。應(yīng)力。 毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大，毛坯的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，各部分壁厚越不均勻以及散熱條件相差越大， 毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大。毛坯內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大。 具有殘余應(yīng)力的毛坯，其內(nèi)部應(yīng)力暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，雖在短具

31、有殘余應(yīng)力的毛坯，其內(nèi)部應(yīng)力暫時(shí)處于相對(duì)平衡狀態(tài)，雖在短 期內(nèi)看不出有什么變化，但當(dāng)加工時(shí)切去某些表面部分后，這種平期內(nèi)看不出有什么變化，但當(dāng)加工時(shí)切去某些表面部分后，這種平 衡就被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明衡就被打破，內(nèi)應(yīng)力重新分布，并建立一種新的平衡狀態(tài)，工件明 顯地出現(xiàn)變形。顯地出現(xiàn)變形。 鑄件殘余應(yīng)力引起的變形鑄件殘余應(yīng)力引起的變形 2、冷校直引起的殘余應(yīng)力、冷校直引起的殘余應(yīng)力 在外力在外力F的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力重新的作用下，工件內(nèi)部的應(yīng)力重新 分布，如分布，如圖圖b所示，在軸心線以上的部分所示，在軸心線以上的部分 產(chǎn)生壓應(yīng)力（用負(fù)號(hào)表示），在軸心線以產(chǎn)

32、生壓應(yīng)力（用負(fù)號(hào)表示），在軸心線以 下的部分產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號(hào)表示）。在下的部分產(chǎn)生拉應(yīng)力（用正號(hào)表示）。在 軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域，軸心線和兩條虛線之間，是彈性變形區(qū)域， 在虛線以外是塑性變形區(qū)域。在虛線以外是塑性變形區(qū)域。 當(dāng)外力當(dāng)外力F去除后，彈性變形本可完去除后，彈性變形本可完 全恢復(fù)，但因塑性變形部分的阻止全恢復(fù)，但因塑性變形部分的阻止 而恢復(fù)不了，使殘余應(yīng)力重新分布而恢復(fù)不了，使殘余應(yīng)力重新分布 而達(dá)到平衡，如而達(dá)到平衡，如圖圖c所示。所示。 n對(duì)精度要求較高的細(xì)長(zhǎng)軸（如精密對(duì)精度要求較高的細(xì)長(zhǎng)軸（如精密 絲杠），絲杠），不允許采用冷校直不允許采用冷校直來(lái)減小來(lái)減小

33、彎曲變形，而采用加大毛坯余量，彎曲變形，而采用加大毛坯余量， 經(jīng)過(guò)多次切削和時(shí)效處理來(lái)消除內(nèi)經(jīng)過(guò)多次切削和時(shí)效處理來(lái)消除內(nèi) 應(yīng)力，或采用熱校直。應(yīng)力，或采用熱校直。 3、切削加工中引起的殘余應(yīng)力、切削加工中引起的殘余應(yīng)力 工件在切削加工時(shí)，其表面層在切削力和切削熱的作工件在切削加工時(shí)，其表面層在切削力和切削熱的作 用下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而用下，會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形，引起體積改變，從而 產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力的分布情況由加工時(shí)的工藝產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力的分布情況由加工時(shí)的工藝 因素決定。因素決定。 內(nèi)部有殘余應(yīng)力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應(yīng)內(nèi)部有殘

34、余應(yīng)力的工件在切去表面的一層金屬后，殘余應(yīng) 力要重新分布，從而引起工件的變形。力要重新分布，從而引起工件的變形。 在擬定工藝規(guī)程時(shí)，要將加工劃分為粗、精等不同階段進(jìn)在擬定工藝規(guī)程時(shí)，要將加工劃分為粗、精等不同階段進(jìn) 行，以使粗加工后內(nèi)應(yīng)力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工行，以使粗加工后內(nèi)應(yīng)力重新分布所產(chǎn)生的變形在精加工 階段去除。階段去除。 對(duì)質(zhì)量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺(tái)重型機(jī)床對(duì)質(zhì)量和體積均很大的笨重零件，即使在同一臺(tái)重型機(jī)床 進(jìn)行粗精加工也應(yīng)該在粗加工后將被夾緊的工作松開(kāi)，使進(jìn)行粗精加工也應(yīng)該在粗加工后將被夾緊的工作松開(kāi)，使 之有充足時(shí)間重新分布內(nèi)應(yīng)力，在使其充分變形后，然后之有充

35、足時(shí)間重新分布內(nèi)應(yīng)力，在使其充分變形后，然后 重新夾緊進(jìn)行精加工。重新夾緊進(jìn)行精加工。 4、減小或消除內(nèi)應(yīng)力的技術(shù)措施 合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)。在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡 量縮小零件各部分厚度尺寸之間的差異，以減小 鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的應(yīng)力。 采取時(shí)效處理。對(duì)精密零件實(shí)施自然時(shí)效處理， 其余類型零件實(shí)施人工時(shí)效處理或振動(dòng)時(shí)效處理， 可減小或消除內(nèi)應(yīng)力。 6.2.2 表面質(zhì)量的影響因素分析 6.2.2.1影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素 （一）切削加工表面粗糙度（一）切削加工表面粗糙度 1、幾何因素、幾何因素 刀尖圓弧半徑刀尖圓弧半徑r、主偏角、主偏角kr、副偏角、副偏角kr、進(jìn)給量、進(jìn)給量

36、f 車削、刨削時(shí)殘留面積高度車削、刨削時(shí)殘留面積高度 2、物理力學(xué)因素、物理力學(xué)因素 （1）工件材料的影響）工件材料的影響 韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工 表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切 削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正 火或調(diào)質(zhì)處理。火或調(diào)質(zhì)處理。 脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切 屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗

37、糙。屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。 （2）切削速度的影響）切削速度的影響 （3）進(jìn)給量的影響）進(jìn)給量的影響 （4）其它因素的影響）其它因素的影響 合理使用冷卻潤(rùn)滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀合理使用冷卻潤(rùn)滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀 具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。 （二）磨削加工表面粗糙度（二）磨削加工表面粗糙度 1、 磨削中影響粗糙度的幾何因素磨削中影響粗糙度的幾何因素 （1）砂輪的磨粒）砂輪的磨粒 磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等磨粒在砂輪上的分布越均勻、磨粒越細(xì)，刃口的等 高性越好。則砂輪單位面積

38、上參加磨削的磨粒越多，磨高性越好。則砂輪單位面積上參加磨削的磨粒越多，磨 削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越小。削表面上的刻痕就越細(xì)密均勻，表面粗糙度值就越小。 （2）砂輪修整）砂輪修整 （3）磨削用量）磨削用量 砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多，砂輪轉(zhuǎn)速越高，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)被磨表面的磨粒數(shù)越多， 表面粗糙度值就越小。表面粗糙度值就越小。 工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響工件轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度值的影響剛好與砂輪轉(zhuǎn)速的影響 相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)減少，相反。工件的轉(zhuǎn)速增大，通過(guò)加工表面的磨粒數(shù)減少， 因此表面粗糙度值增大。因此表面粗糙度

39、值增大。 砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度時(shí)，工件表面將被重砂輪的縱向進(jìn)給量小于砂輪的寬度時(shí)，工件表面將被重 疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。疊切削，而被磨次數(shù)越多，工件表面粗糙度值就越小。 2、 磨削中影響粗糙度的物理因素磨削中影響粗糙度的物理因素 （1）磨削用量）磨削用量 砂輪的轉(zhuǎn)速砂輪的轉(zhuǎn)速 材料塑性變形材料塑性變形 表面粗糙度值表面粗糙度值 ； 磨削深度磨削深度、工件速度工件速度 塑性變形塑性變形 表面粗糙度值表面粗糙度值 ； 為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量，為提高磨削效率，通常在開(kāi)始磨削時(shí)采用較大的徑向進(jìn)給量， 而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無(wú)

40、進(jìn)給量磨削，以減小表而在磨削后期采用較小的徑向進(jìn)給量或無(wú)進(jìn)給量磨削，以減小表 面粗糙度值。面粗糙度值。 （2）工件材料）工件材料 太硬易使磨粒磨鈍 Ra ； 太軟容易堵塞砂輪Ra ； 韌性太大，熱導(dǎo)率差會(huì)使磨粒早期崩落Ra 。 （3）砂輪粒度與硬度）砂輪粒度與硬度 磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導(dǎo)磨粒太細(xì)，砂輪易被磨屑堵塞，使表面粗糙度值增大，若導(dǎo) 熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。熱情況不好，還會(huì)燒傷工件表面。 砂輪太硬，使表面粗糙度增大；砂輪太硬，使表面粗糙度增大； 砂輪選得太軟，使表面粗糙度值增大。砂輪選得太軟，使表面粗糙度值增大。 機(jī)械加工中的振動(dòng) 一、振動(dòng)對(duì)機(jī)械加工的影響 振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的 加工精度和表面質(zhì)量； 振動(dòng)會(huì)引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪 的磨損； 振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性 能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度； 強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境， 危害操作者的身心健康。為減小加工過(guò)程中的振 動(dòng)，有時(shí)不得不降低切削用量，使機(jī)械加工生產(chǎn) 率降低。 二、機(jī)械加工中振動(dòng)的種類及其主要特點(diǎn) 6.3提高加工精度和表面質(zhì)量的途徑 6.3.1提高加工精度的途徑提高加工精度的途徑 一、查明原因直接消除一、查明原因直接消