《機(jī)械加工技術(shù)》教學(xué)課件-第七章-機(jī)械加工工件的質(zhì)量分析

機(jī)械加工技術(shù)機(jī)械加工技術(shù)第七章機(jī)械加工工件的質(zhì)量分析機(jī)械加工精度1影響加工精度的主要因素2保證和提高加工精度的方法3機(jī)械加工表面質(zhì)量4第七章機(jī)械加工工件的質(zhì)量分析機(jī)械加工精度1影響加工精度的第一節(jié)機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度與加工誤差1.機(jī)械加工精度的概念

機(jī)械加工精度是指工件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)相符合的程度。它們之間的差異稱為加工誤差。機(jī)械加工精度尺寸精度形狀精度位置精度指加工后零件的實(shí)際尺寸與零件的設(shè)計(jì)尺寸相符合的程度。指加工后零件表面的實(shí)際幾何形狀與理想的幾何形狀相符合的程度。指加工后零件有關(guān)表面之間的實(shí)際位置與理想位置相符合的程度。第一節(jié)機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度與加工誤差1.機(jī)械加2.

加工精度與加工誤差概念理想零件與現(xiàn)實(shí)加工的零件是不可能完全一致的,總有大小不同的偏差,零件加工后實(shí)際的幾個(gè)參數(shù)對理想?yún)?shù)的偏離程度稱為加工誤差。衡量因素加工精度用公差等級衡量,等級值越小,其精度越高;加工誤差用數(shù)值表示,數(shù)值越大,其誤差越大。

加工誤差的大小反映加工精度的高低。誤差越大加工精度越低,誤差越小加工精度越高。2.加工精度與加工誤差概念理想零件與現(xiàn)實(shí)加工的零二、獲得加工精度的方法試切法定尺寸刀具法獲得尺寸精度的方法調(diào)整法自動控制法此法生產(chǎn)率低,加工質(zhì)量與操作工人的技術(shù)水平關(guān)系很大,一般適用于單件、小批量生產(chǎn)。此法的加工精度與刀具的制造精度、安裝精度和磨損等因素有關(guān),生產(chǎn)率高,應(yīng)用廣泛。此法獲得的尺寸精度穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高,故廣泛用于成批和大批量生產(chǎn)中。1.獲得尺寸精度的方法二、獲得加工精度的方法試切法定尺寸刀具法獲得調(diào)整法自動控制法軌跡法成形法獲得幾何形狀精度的方法展成法軌跡法是依靠刀具與工件相對運(yùn)動的軌跡來形成被加工表面形狀的方法。此法的形狀精度主要取決于成形運(yùn)動的精度。成形法是利用成形刀具加工工件形成的方法。此法的形狀精度主要取決于刀具刀刃的形狀精度和刀具的安裝精度。此法主要用于齒輪齒廓、蝸輪輪齒等的加工。此法的加工精度主要取決于機(jī)床作展成運(yùn)動的傳動鏈精度與刀具制造精度。2.獲得幾何形狀精度的方法軌跡法成形法獲得展成法軌跡法是依靠刀具與工件相對運(yùn)動的軌跡來一次安裝法多次安裝法獲得相互位置精度的方法一次安裝法指在一次安裝中加工零件上有相互位置精度的各個(gè)表面,從而保證相互位置精度。多次安裝法是由加工表面與定位基準(zhǔn)面間的位置精度來決定的。影響相互位置精度的因素有機(jī)床精度、夾具精度、工件的安裝精度及量具的精度等。3.獲得相互位置精度的方法一次安裝法多次安裝法獲得一次安裝法指在一次安裝中加工零件上有第二節(jié)影響加工精度的主要因素

原理誤差即加工原理上存在的誤差。工藝幾何誤差工件與刀具的相對位置在靜態(tài)下存在的誤差工件與刀具的相對位置在運(yùn)動狀態(tài)下存在的誤差1.與工藝系統(tǒng)本身初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差2.與加工過程有關(guān)的原始誤差工藝系統(tǒng)力效應(yīng)引起的變形。工藝系統(tǒng)熱效應(yīng)引起的變形。

刀具磨損引起的誤差。第二節(jié)影響加工精度的主要因素原理誤差即加工原理上一、加工原理誤差

加工原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)動方式或者近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。

采用近似的傳動關(guān)系或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工在某種意義上降低生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)率。因此,將加工原理誤差控制在允許的范圍內(nèi)是完全可行的。采用近似的加工運(yùn)動造成的誤差。采用近似的刀具輪廓造成的誤差。一、加工原理誤差加工原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)二、工藝系統(tǒng)的制造和磨損誤差1.主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差的類型

主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為三種形式:純軸向竄動、純徑向跳動和純角度擺動,如下圖所示。主軸回轉(zhuǎn)誤差二、工藝系統(tǒng)的制造和磨損誤差1.主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)（2）影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素主要因素主軸的誤差軸承的誤差床頭箱體主軸孔的誤差與軸承配合零件的誤差（2）影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素主要主軸的誤差軸承的誤差床頭

滑動軸承對主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響如下圖所示。工件轉(zhuǎn)動類機(jī)床如上圖所示，對于工件轉(zhuǎn)動類機(jī)床(如車床),軸瓦內(nèi)孔的圓度誤差對加工誤差影響很小。如上圖所示，對于刀具轉(zhuǎn)動類機(jī)床(如鏜床),軸瓦內(nèi)孔的圓度誤差對主軸回轉(zhuǎn)誤差影響較大,主軸軸頸的圓度誤差對主軸回轉(zhuǎn)誤差影響較小。刀具轉(zhuǎn)動類機(jī)床滑動軸承對主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響如下圖所示。工件轉(zhuǎn)動類機(jī)（3）減小主軸回轉(zhuǎn)誤差的措施提高主軸、箱體的制造精度。滾動軸承采用預(yù)緊,消除軸承間隙。采用多油楔動壓軸承（限于高速主軸）。高速主軸部件要進(jìn)行動平衡,以消除激振力。采用固定頂尖結(jié)構(gòu)。采用靜壓軸承。（3）減小主軸回轉(zhuǎn)誤差的措施提高主軸、箱體的制造精2.機(jī)床導(dǎo)軌誤差（1）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的類型①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差如左圖所示，磨床導(dǎo)軌在x方向存在誤差Δ,磨削外圓時(shí)工件沿砂輪法線方向產(chǎn)生位移,引起工件在半徑方向上的誤差。當(dāng)磨削長外圓柱表面時(shí),造成圓柱度誤差。2.機(jī)床導(dǎo)軌誤差（1）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的類型①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)②導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差圖如左圖所示，由于磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)存在誤差Δ,磨削外圓時(shí),工件沿砂輪切線方向(誤差非敏感方向)產(chǎn)生位移h,此時(shí)工件半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR≈Δ2/(2R),其值甚小。③導(dǎo)軌在水平和垂直面內(nèi)的綜合誤差(扭曲)導(dǎo)軌的扭曲如左圖所示，若車床前后導(dǎo)軌平行度誤差使大溜板產(chǎn)生橫向傾斜扭曲,刀具產(chǎn)生位移,因而引起工件形狀誤差。②導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差④導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差

若導(dǎo)軌與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行或不垂直,則會引起工件的幾何形狀誤差,如車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)不平行,會使工件的外圓柱表面產(chǎn)生錐度。④導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差若導(dǎo)軌與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)（2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的影響因素機(jī)床制造誤差,包括導(dǎo)軌、溜板的制造誤差機(jī)床安裝不正確引起的導(dǎo)軌誤差,往往遠(yuǎn)大于制造誤差。導(dǎo)軌磨損。（3）減小機(jī)床導(dǎo)軌誤差的措施提高機(jī)床導(dǎo)軌、溜板的制造精度及安裝精度。

采用耐磨合金鑄鐵、導(dǎo)軌表面淬火等提高導(dǎo)軌的耐磨性。正確安裝機(jī)床和定期檢修等提高導(dǎo)軌精度。（2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的影響因素機(jī)床制造誤差,包括導(dǎo)軌3.傳動鏈誤差（1）傳動鏈誤差的產(chǎn)生

傳動鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運(yùn)動的誤差。傳動鏈中的齒輪、蝸輪、蝸桿等有制造誤差(主要是影響運(yùn)動精度的誤差)裝配誤差(主要是裝配偏心)和磨損傳動鏈誤差累積3.傳動鏈誤差（1）傳動鏈誤差的產(chǎn)生傳動鏈誤差是指（2）減少傳動鏈誤差的措施減少傳動環(huán)節(jié),縮短傳動鏈,以減少誤差來源。提高傳動元件,特別是提高末端傳動元件的制造精度和

裝配精度。在傳動鏈中按降速比遞增的原則分配各傳動副的傳動比。采用誤差校正機(jī)構(gòu)。（2）減少傳動鏈誤差的措施減少傳動環(huán)節(jié),縮短傳動鏈4.刀具、夾具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損研具刀具誤差是由于刀具制造誤差和刀具磨損所引起的。刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置,造成被加工零件的尺寸誤差和形狀誤差。夾具的制造誤差及磨損夾具的制造誤差一般指定位元件、導(dǎo)向元件等零件的加工和裝配誤差。這些誤差對被加工零件的精度影響較大。夾具磨損的過程是逐漸而緩慢的,會引起工件的定位誤差,影響不很明顯。對它們進(jìn)行定期的檢測和維修,便提高其幾何精度。4.刀具、夾具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損5.測量誤差量具本身的制造誤差、測量時(shí)的接觸力、溫度、目測正確程度等,都直接影響加工誤差。因此,要正確地選擇和使用量具,以保證測量精度。6.調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)的調(diào)整有如下兩種基本方式,不同的調(diào)整方式有不同的誤差來源。試切法調(diào)整調(diào)整法調(diào)整①進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。②最小切削層厚度極限的影響。①定程機(jī)構(gòu)的誤差。②樣件或樣板的誤差。③抽樣件數(shù)的影響。5.測量誤差量具本身的制造誤差、測量時(shí)的接觸力、溫1.受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差切削過程中,工藝系統(tǒng)的剛度會隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化,引起工件的加工誤差。三、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差在兩頂尖間車削粗而短的光軸在兩頂尖間車削細(xì)長軸工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于機(jī)床床頭、尾架(包括頂尖)和刀架(包括刀具)的變形,工件產(chǎn)生的誤差為雙曲線圓柱度誤差。工藝系統(tǒng)的變形幾乎完全取決于工件的變形,工件產(chǎn)生的誤差為主要的價(jià)格誤差。1.受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差切削過程中,工藝系2.切削力大小變化引起的加工誤差在切削加工中,毛坯余量和材料硬度的不均勻,會引起切削力大小的變化。工藝系統(tǒng)由于受力大小的不同,變形的大小也相應(yīng)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生加工誤差。毛坯余量不均勻材料硬度的不均勻切削力大小的變化引起產(chǎn)生加工誤差2.切削力大小變化引起的加工誤差在切削加工中,毛坯3.慣性力和傳動力引起的加工誤差高速切削質(zhì)量不平衡的工件時(shí)候,慣性力的產(chǎn)生容易導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。

與此相似,在車床或磨床上價(jià)格軸類零件時(shí),傳動力方向的改變也會造成工件的加工誤差。4.夾緊力和重力引起的加工誤差工件在裝夾過程中,由于夾緊力方向和作用點(diǎn)的不同,致使剛性差的工件產(chǎn)生相應(yīng)變形,從而造成加工誤差。

此外,零件的自重也會引起變形,造成加工誤差。3.慣性力和傳動力引起的加工誤差高速切削質(zhì)量不平衡1.工藝系統(tǒng)的熱源加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削熱、摩擦熱、環(huán)境溫度和熱輻射。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差2.工藝系統(tǒng)的熱平衡如左圖所示，當(dāng)機(jī)床處于預(yù)熱期,溫度隨時(shí)間而升高,其熱變形將隨溫度的升高而變化,故對加工精度的影響比較大。

機(jī)床開始后一段時(shí)間(約2~6h)里,溫升才逐漸趨于穩(wěn)定,達(dá)到熱平衡階段,其熱變形也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定,此時(shí)引起的加工誤差是有規(guī)律的。

機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線1.工藝系統(tǒng)的熱源加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削3.熱變形引起的加工誤差加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削熱、摩擦熱、環(huán)境溫度和熱輻射。一部分傳給周圍介質(zhì)一部分傳給熱源近處的機(jī)床零部件和刀具機(jī)床熱變形的熱量產(chǎn)生熱變形,影響加工精度3.熱變形引起的加工誤差加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源車床的熱變形如下圖中的虛線所示。機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線如左圖所示，車床主軸前軸承的溫升最高。對加工精度影響最大的因素是主軸軸線的抬高和傾斜。實(shí)踐表明主軸抬高是主軸軸承溫度升高的結(jié)果,它約占總抬高量的70%,由床身熱變形所引起的抬高量一般小于30%。影響主軸傾斜的主要原因是床身的受熱彎曲,它約占總傾斜量的75%。主軸前后軸承的溫差所引起的主軸傾斜只占25%。車床的熱變形如下圖中的虛線所示。機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線4.刀具熱變形及對加工精度的影響總的來說,刀具能夠迅速達(dá)到熱平衡,刀具的磨損又能與刀具的受熱伸長進(jìn)行部分的補(bǔ)償,故刀具熱變形對加工質(zhì)量影響并不顯著。4.刀具熱變形及對加工精度的影響總的來說,刀具能夠工件不均勻受熱當(dāng)工件進(jìn)行銑、刨、磨等平面的加工時(shí),工件單側(cè)受熱,上下表面溫升不等,導(dǎo)致工件向上凸起,中間切去的材料較多。冷卻后被加工表面呈凹形。為了減小工件不均勻變形,應(yīng)采取有效的冷卻措施,減小切削表面溫升。工件均勻受熱

加工盤類零件或較短的軸套類零件,可以近似認(rèn)為沿工件軸向方向的溫升相等,若工件精度要求不高,可忽略熱變形的影響。對于較長工件的加工,開始時(shí),工件溫度較低,變形較小。隨著切削的進(jìn)行不僅產(chǎn)生徑向尺寸誤差,而且還會產(chǎn)生圓柱度誤差。工件熱變形引起的加工誤差5.工件熱變形引起的加工誤差工件不均勻受熱工件均勻受熱工件熱變形引5.工件熱變形引起的6.減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施減少發(fā)熱及隔熱。加強(qiáng)散熱能力。保持工藝系統(tǒng)的熱平衡。均衡溫度場?？刂骗h(huán)境溫度。6.減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施減少發(fā)熱及隔熱。五、殘余應(yīng)力對加工精度的影響

殘余應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去掉以后仍存留在工件內(nèi)部的應(yīng)力,也稱內(nèi)應(yīng)力。1.殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。五、殘余應(yīng)力對加工精度的影響殘余應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施(1)采取時(shí)效處理自然時(shí)效處理人工時(shí)效處理采取時(shí)效處理振動時(shí)效處理在毛坯制造之后,或粗、精加工之間,讓工件停留一段時(shí)間,利用溫度的自然變化達(dá)到減少或消除殘余應(yīng)力的目的。除特別精密件,一般較少采用。將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度,并保溫一段時(shí)間達(dá)到原子組織重新排列,再隨爐冷卻,以達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的。這是目前使用最廣的方法。是以激振的形式將機(jī)械能加到含有大量殘余應(yīng)力的工件內(nèi),使金屬的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定,以減少和消除工件的內(nèi)應(yīng)力。可用于鑄造件、鍛件、焊接件以及有色金屬件等。2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施(1)采取時(shí)效處理自然人工采取(2)合理安排工藝路線(3)合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)精密零件大型零件焊接件粗、精加工分開。粗加工后先將工件松開,使其自由變形,再以較小的夾緊力夾緊工件進(jìn)行精加工。焊接前,工件必須經(jīng)過預(yù)熱以減小溫差,減小殘余應(yīng)力。

設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)注意簡化零件結(jié)構(gòu),提高其剛度,減小壁厚差,如果是焊接件,要合理安排焊接工藝,以減小殘余應(yīng)力。(2)合理安排工藝路線(3)合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)精密零件大型零件六、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.加工誤差分類加工誤差系統(tǒng)性誤差隨機(jī)性誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差六、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.加工誤差分類加工系統(tǒng)性誤差隨機(jī)性2.加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析

分布圖分析法,這里只介紹直方圖和實(shí)際分布的作法。具體做法以零件尺寸x為橫坐標(biāo),以頻率fi或頻率密度為縱坐標(biāo),可繪出直方圖。所測樣本零件的加工尺寸x在一定范圍內(nèi)變動(稱為尺寸分散),即為隨機(jī)變量。頻數(shù)與樣本總數(shù)之比稱為頻率用fi表示。連接各直方塊的頂部中點(diǎn)得到一條折線,即實(shí)際分布曲線。2.加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析分布圖分析法,這里只介紹直方

選擇的組距d和組數(shù)k要適當(dāng)。k值一般應(yīng)根據(jù)樣本容量n選擇,如下表所示。樣本總數(shù)n50以下50~100100~250250以上組數(shù)k6~76~107~1210~20選擇的組距d和組數(shù)k要適當(dāng)。k值一般應(yīng)根據(jù)樣本容量n第三節(jié)保證和提高加工精度的方法方法減少誤差法首先要找出產(chǎn)生加工誤差的主要因素,然后采取相應(yīng)的工藝措施以減少或控制這些因素的影響。誤差補(bǔ)償法是人為地造出一種新的誤差,去抵消原來工藝系統(tǒng)中固有的原始誤差。兩種情況:一是復(fù)映誤差,引起本工序誤差;二是定位誤差擴(kuò)大,引起本工序誤差。

解決這個(gè)問題,最好是采用分組調(diào)整均分誤差的辦法。誤差補(bǔ)償法(誤差抵消法)誤差分組法第三節(jié)保證和提高加工精度的方法方法減少首先要找出方法誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法就是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等誤差從敏感方向轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向。采用就地加工法,就可能很方便地解決了精度問題。這種就地加工方法,在機(jī)床生產(chǎn)中應(yīng)用很多。誤差平均法就是利用有密切聯(lián)系的表面之間的相互比較和相互修正,或者利用互為基準(zhǔn)進(jìn)行加工,以達(dá)到很高的加工精度。就地加工法誤差平均法方法誤差誤差轉(zhuǎn)移法就是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變示例(a)普通安裝(b)立刀安裝圖

如圖（a）所示安裝外圓車刀,則刀架的轉(zhuǎn)位誤差方向與加工誤差敏感方向一致,刀架轉(zhuǎn)角誤差將直接影響加工精度。

若如圖（b）所示采用“立刀”安裝法,即把刀刃的切削基面放在垂直平面內(nèi),這樣就能把刀架的轉(zhuǎn)位誤差轉(zhuǎn)移到誤差的非敏感方向上去,由刀架轉(zhuǎn)位誤差所引起的加工誤差就可忽略不計(jì)。轉(zhuǎn)塔車床刀架轉(zhuǎn)位誤差的轉(zhuǎn)移示例(a)普通安裝(b)立刀安裝圖如圖（a）第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量概述1.表面粗糙度及波度

加工表面的幾何形狀特性(波高H與波距L的比值)可分為三種類型,如下圖所示:表面的幾何形狀>1000,稱為宏觀幾何形狀誤差。如圓度誤差、圓柱度誤差等。50~1000,稱為波度。它是由機(jī)械加工中的振動引起的。<50,稱為微觀幾何形狀誤差,常被稱為表面粗糙度。第四節(jié)機(jī)械加工表面質(zhì)量一、機(jī)械加工表面質(zhì)量概述1.表面2.表面層物理力學(xué)性能

機(jī)械零件在機(jī)械加工中由于受力和熱的綜合作用,表面層金屬的物理力學(xué)性能和基體金屬不大相同,主要有以下三方面的內(nèi)容。表面冷作硬化。表面層金相組織的變化。表面層殘余應(yīng)力。2.表面層物理力學(xué)性能機(jī)械零件在機(jī)械加工中由于受力二、表面加工方法的選擇1.經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)粗糙度

任何一種加工方法可以獲得的加工精度和表面粗糙度均有一個(gè)較大的范圍。

如左圖所示,,I段加工精度高,但成本高,不經(jīng)濟(jì);Ⅱ段可達(dá)到一定的加工精度,成本又不會太高,所以經(jīng)濟(jì);Ⅲ段加工成本低,但加工精度不能保證,也不經(jīng)濟(jì)。加工成本與加工誤差的關(guān)系

對一種加工方法,只有在一定的精度范圍內(nèi)才是經(jīng)濟(jì)的,這一定范圍的精度就是指在正常加工條件下所能達(dá)到的精度,這一定范圍內(nèi)的精度稱為經(jīng)濟(jì)精度,相應(yīng)的粗糙度稱為經(jīng)濟(jì)粗糙度。二、表面加工方法的選擇1.經(jīng)濟(jì)精度和經(jīng)濟(jì)粗糙度任何2.零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小

零件的形狀和尺寸影響加工方法的選擇。小孔一般用鉸削加工較大的孔用鏜削加工箱體上的孔采用鏜削或鉸削非圓的通孔優(yōu)先考慮用拉削或批量較少時(shí)用插削加工難磨削的小孔采用研磨加工2.零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小零件的形狀和尺寸影響加工3.零件的材料及熱處理要求經(jīng)過淬火后的表面一般應(yīng)采用磨削加工材料未淬硬的精密零件的配合表面采用刮研加工硬度低而韌性較大的金屬用高速精車、精鏜、精銑等加工方法3.零件的材料及熱處理要求經(jīng)過淬火后的表面一般應(yīng)采用磨削加4.生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性較大的平面采用銑削加工窄長的關(guān)鍵平面采用刨削加工大量生產(chǎn)的低精度孔系采用多軸鉆批量較大的曲面加工采用機(jī)械靠模加工、數(shù)控加工和特種加工等加工方法4.生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性較大的平面采用銑削加工窄長的關(guān)鍵平面采用ThankYou!ThankYou!機(jī)械加工技術(shù)機(jī)械加工技術(shù)第七章機(jī)械加工工件的質(zhì)量分析機(jī)械加工精度1影響加工精度的主要因素2保證和提高加工精度的方法3機(jī)械加工表面質(zhì)量4第七章機(jī)械加工工件的質(zhì)量分析機(jī)械加工精度1影響加工精度的第一節(jié)機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度與加工誤差1.機(jī)械加工精度的概念

機(jī)械加工精度是指工件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)(尺寸、形狀和位置)與理想幾何參數(shù)相符合的程度。它們之間的差異稱為加工誤差。機(jī)械加工精度尺寸精度形狀精度位置精度指加工后零件的實(shí)際尺寸與零件的設(shè)計(jì)尺寸相符合的程度。指加工后零件表面的實(shí)際幾何形狀與理想的幾何形狀相符合的程度。指加工后零件有關(guān)表面之間的實(shí)際位置與理想位置相符合的程度。第一節(jié)機(jī)械加工精度一、機(jī)械加工精度與加工誤差1.機(jī)械加2.

加工精度與加工誤差概念理想零件與現(xiàn)實(shí)加工的零件是不可能完全一致的,總有大小不同的偏差,零件加工后實(shí)際的幾個(gè)參數(shù)對理想?yún)?shù)的偏離程度稱為加工誤差。衡量因素加工精度用公差等級衡量,等級值越小,其精度越高;加工誤差用數(shù)值表示,數(shù)值越大,其誤差越大。

加工誤差的大小反映加工精度的高低。誤差越大加工精度越低,誤差越小加工精度越高。2.加工精度與加工誤差概念理想零件與現(xiàn)實(shí)加工的零二、獲得加工精度的方法試切法定尺寸刀具法獲得尺寸精度的方法調(diào)整法自動控制法此法生產(chǎn)率低,加工質(zhì)量與操作工人的技術(shù)水平關(guān)系很大,一般適用于單件、小批量生產(chǎn)。此法的加工精度與刀具的制造精度、安裝精度和磨損等因素有關(guān),生產(chǎn)率高,應(yīng)用廣泛。此法獲得的尺寸精度穩(wěn)定,生產(chǎn)效率高,故廣泛用于成批和大批量生產(chǎn)中。1.獲得尺寸精度的方法二、獲得加工精度的方法試切法定尺寸刀具法獲得調(diào)整法自動控制法軌跡法成形法獲得幾何形狀精度的方法展成法軌跡法是依靠刀具與工件相對運(yùn)動的軌跡來形成被加工表面形狀的方法。此法的形狀精度主要取決于成形運(yùn)動的精度。成形法是利用成形刀具加工工件形成的方法。此法的形狀精度主要取決于刀具刀刃的形狀精度和刀具的安裝精度。此法主要用于齒輪齒廓、蝸輪輪齒等的加工。此法的加工精度主要取決于機(jī)床作展成運(yùn)動的傳動鏈精度與刀具制造精度。2.獲得幾何形狀精度的方法軌跡法成形法獲得展成法軌跡法是依靠刀具與工件相對運(yùn)動的軌跡來一次安裝法多次安裝法獲得相互位置精度的方法一次安裝法指在一次安裝中加工零件上有相互位置精度的各個(gè)表面,從而保證相互位置精度。多次安裝法是由加工表面與定位基準(zhǔn)面間的位置精度來決定的。影響相互位置精度的因素有機(jī)床精度、夾具精度、工件的安裝精度及量具的精度等。3.獲得相互位置精度的方法一次安裝法多次安裝法獲得一次安裝法指在一次安裝中加工零件上有第二節(jié)影響加工精度的主要因素

原理誤差即加工原理上存在的誤差。工藝幾何誤差工件與刀具的相對位置在靜態(tài)下存在的誤差工件與刀具的相對位置在運(yùn)動狀態(tài)下存在的誤差1.與工藝系統(tǒng)本身初始狀態(tài)有關(guān)的原始誤差2.與加工過程有關(guān)的原始誤差工藝系統(tǒng)力效應(yīng)引起的變形。工藝系統(tǒng)熱效應(yīng)引起的變形。

刀具磨損引起的誤差。第二節(jié)影響加工精度的主要因素原理誤差即加工原理上一、加工原理誤差

加工原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)動方式或者近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。

采用近似的傳動關(guān)系或近似的刀刃輪廓進(jìn)行加工在某種意義上降低生產(chǎn)成本,提高了生產(chǎn)率。因此,將加工原理誤差控制在允許的范圍內(nèi)是完全可行的。采用近似的加工運(yùn)動造成的誤差。采用近似的刀具輪廓造成的誤差。一、加工原理誤差加工原理誤差是由于采用了近似的加工運(yùn)二、工藝系統(tǒng)的制造和磨損誤差1.主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)誤差的類型

主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為三種形式:純軸向竄動、純徑向跳動和純角度擺動,如下圖所示。主軸回轉(zhuǎn)誤差二、工藝系統(tǒng)的制造和磨損誤差1.主軸回轉(zhuǎn)誤差（1）主軸回轉(zhuǎn)（2）影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素主要因素主軸的誤差軸承的誤差床頭箱體主軸孔的誤差與軸承配合零件的誤差（2）影響主軸回轉(zhuǎn)誤差的主要因素主要主軸的誤差軸承的誤差床頭

滑動軸承對主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響如下圖所示。工件轉(zhuǎn)動類機(jī)床如上圖所示，對于工件轉(zhuǎn)動類機(jī)床(如車床),軸瓦內(nèi)孔的圓度誤差對加工誤差影響很小。如上圖所示，對于刀具轉(zhuǎn)動類機(jī)床(如鏜床),軸瓦內(nèi)孔的圓度誤差對主軸回轉(zhuǎn)誤差影響較大,主軸軸頸的圓度誤差對主軸回轉(zhuǎn)誤差影響較小。刀具轉(zhuǎn)動類機(jī)床滑動軸承對主軸回轉(zhuǎn)誤差的影響如下圖所示。工件轉(zhuǎn)動類機(jī)（3）減小主軸回轉(zhuǎn)誤差的措施提高主軸、箱體的制造精度。滾動軸承采用預(yù)緊,消除軸承間隙。采用多油楔動壓軸承（限于高速主軸）。高速主軸部件要進(jìn)行動平衡,以消除激振力。采用固定頂尖結(jié)構(gòu)。采用靜壓軸承。（3）減小主軸回轉(zhuǎn)誤差的措施提高主軸、箱體的制造精2.機(jī)床導(dǎo)軌誤差（1）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的類型①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差如左圖所示，磨床導(dǎo)軌在x方向存在誤差Δ,磨削外圓時(shí)工件沿砂輪法線方向產(chǎn)生位移,引起工件在半徑方向上的誤差。當(dāng)磨削長外圓柱表面時(shí),造成圓柱度誤差。2.機(jī)床導(dǎo)軌誤差（1）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的類型①導(dǎo)軌在水平面內(nèi)②導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差圖如左圖所示，由于磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)存在誤差Δ,磨削外圓時(shí),工件沿砂輪切線方向(誤差非敏感方向)產(chǎn)生位移h,此時(shí)工件半徑方向上產(chǎn)生誤差ΔR≈Δ2/(2R),其值甚小。③導(dǎo)軌在水平和垂直面內(nèi)的綜合誤差(扭曲)導(dǎo)軌的扭曲如左圖所示，若車床前后導(dǎo)軌平行度誤差使大溜板產(chǎn)生橫向傾斜扭曲,刀具產(chǎn)生位移,因而引起工件形狀誤差。②導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差磨床導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差④導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差

若導(dǎo)軌與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)軸線不平行或不垂直,則會引起工件的幾何形狀誤差,如車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)不平行,會使工件的外圓柱表面產(chǎn)生錐度。④導(dǎo)軌對主軸回轉(zhuǎn)軸線的位置誤差若導(dǎo)軌與機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)（2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的影響因素機(jī)床制造誤差,包括導(dǎo)軌、溜板的制造誤差機(jī)床安裝不正確引起的導(dǎo)軌誤差,往往遠(yuǎn)大于制造誤差。導(dǎo)軌磨損。（3）減小機(jī)床導(dǎo)軌誤差的措施提高機(jī)床導(dǎo)軌、溜板的制造精度及安裝精度。

采用耐磨合金鑄鐵、導(dǎo)軌表面淬火等提高導(dǎo)軌的耐磨性。正確安裝機(jī)床和定期檢修等提高導(dǎo)軌精度。（2）機(jī)床導(dǎo)軌誤差的影響因素機(jī)床制造誤差,包括導(dǎo)軌3.傳動鏈誤差（1）傳動鏈誤差的產(chǎn)生

傳動鏈誤差是指內(nèi)聯(lián)系傳動鏈中首末兩端傳動元件之間相對運(yùn)動的誤差。傳動鏈中的齒輪、蝸輪、蝸桿等有制造誤差(主要是影響運(yùn)動精度的誤差)裝配誤差(主要是裝配偏心)和磨損傳動鏈誤差累積3.傳動鏈誤差（1）傳動鏈誤差的產(chǎn)生傳動鏈誤差是指（2）減少傳動鏈誤差的措施減少傳動環(huán)節(jié),縮短傳動鏈,以減少誤差來源。提高傳動元件,特別是提高末端傳動元件的制造精度和

裝配精度。在傳動鏈中按降速比遞增的原則分配各傳動副的傳動比。采用誤差校正機(jī)構(gòu)。（2）減少傳動鏈誤差的措施減少傳動環(huán)節(jié),縮短傳動鏈4.刀具、夾具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損研具刀具誤差是由于刀具制造誤差和刀具磨損所引起的。刀具的磨損會直接影響刀具相對被加工表面的位置,造成被加工零件的尺寸誤差和形狀誤差。夾具的制造誤差及磨損夾具的制造誤差一般指定位元件、導(dǎo)向元件等零件的加工和裝配誤差。這些誤差對被加工零件的精度影響較大。夾具磨損的過程是逐漸而緩慢的,會引起工件的定位誤差,影響不很明顯。對它們進(jìn)行定期的檢測和維修,便提高其幾何精度。4.刀具、夾具的制造誤差及磨損刀具的制造誤差及磨損5.測量誤差量具本身的制造誤差、測量時(shí)的接觸力、溫度、目測正確程度等,都直接影響加工誤差。因此,要正確地選擇和使用量具,以保證測量精度。6.調(diào)整誤差工藝系統(tǒng)的調(diào)整有如下兩種基本方式,不同的調(diào)整方式有不同的誤差來源。試切法調(diào)整調(diào)整法調(diào)整①進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差。②最小切削層厚度極限的影響。①定程機(jī)構(gòu)的誤差。②樣件或樣板的誤差。③抽樣件數(shù)的影響。5.測量誤差量具本身的制造誤差、測量時(shí)的接觸力、溫1.受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差切削過程中,工藝系統(tǒng)的剛度會隨切削力作用點(diǎn)位置的變化而變化,引起工件的加工誤差。三、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差在兩頂尖間車削粗而短的光軸在兩頂尖間車削細(xì)長軸工藝系統(tǒng)的總變形完全取決于機(jī)床床頭、尾架(包括頂尖)和刀架(包括刀具)的變形,工件產(chǎn)生的誤差為雙曲線圓柱度誤差。工藝系統(tǒng)的變形幾乎完全取決于工件的變形,工件產(chǎn)生的誤差為主要的價(jià)格誤差。1.受力點(diǎn)位置變化引起的加工誤差切削過程中,工藝系2.切削力大小變化引起的加工誤差在切削加工中,毛坯余量和材料硬度的不均勻,會引起切削力大小的變化。工藝系統(tǒng)由于受力大小的不同,變形的大小也相應(yīng)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生加工誤差。毛坯余量不均勻材料硬度的不均勻切削力大小的變化引起產(chǎn)生加工誤差2.切削力大小變化引起的加工誤差在切削加工中,毛坯3.慣性力和傳動力引起的加工誤差高速切削質(zhì)量不平衡的工件時(shí)候,慣性力的產(chǎn)生容易導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工誤差。

與此相似,在車床或磨床上價(jià)格軸類零件時(shí),傳動力方向的改變也會造成工件的加工誤差。4.夾緊力和重力引起的加工誤差工件在裝夾過程中,由于夾緊力方向和作用點(diǎn)的不同,致使剛性差的工件產(chǎn)生相應(yīng)變形,從而造成加工誤差。

此外,零件的自重也會引起變形,造成加工誤差。3.慣性力和傳動力引起的加工誤差高速切削質(zhì)量不平衡1.工藝系統(tǒng)的熱源加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削熱、摩擦熱、環(huán)境溫度和熱輻射。四、工藝系統(tǒng)受力變形引起的加工誤差2.工藝系統(tǒng)的熱平衡如左圖所示，當(dāng)機(jī)床處于預(yù)熱期,溫度隨時(shí)間而升高,其熱變形將隨溫度的升高而變化,故對加工精度的影響比較大。

機(jī)床開始后一段時(shí)間(約2~6h)里,溫升才逐漸趨于穩(wěn)定,達(dá)到熱平衡階段,其熱變形也相應(yīng)地趨于穩(wěn)定,此時(shí)引起的加工誤差是有規(guī)律的。

機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線1.工藝系統(tǒng)的熱源加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削3.熱變形引起的加工誤差加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源指切削熱、摩擦熱、環(huán)境溫度和熱輻射。一部分傳給周圍介質(zhì)一部分傳給熱源近處的機(jī)床零部件和刀具機(jī)床熱變形的熱量產(chǎn)生熱變形,影響加工精度3.熱變形引起的加工誤差加工過程中,工藝系統(tǒng)的熱源車床的熱變形如下圖中的虛線所示。機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線如左圖所示，車床主軸前軸承的溫升最高。對加工精度影響最大的因素是主軸軸線的抬高和傾斜。實(shí)踐表明主軸抬高是主軸軸承溫度升高的結(jié)果,它約占總抬高量的70%,由床身熱變形所引起的抬高量一般小于30%。影響主軸傾斜的主要原因是床身的受熱彎曲,它約占總傾斜量的75%。主軸前后軸承的溫差所引起的主軸傾斜只占25%。車床的熱變形如下圖中的虛線所示。機(jī)床的溫度和時(shí)間曲線4.刀具熱變形及對加工精度的影響總的來說,刀具能夠迅速達(dá)到熱平衡,刀具的磨損又能與刀具的受熱伸長進(jìn)行部分的補(bǔ)償,故刀具熱變形對加工質(zhì)量影響并不顯著。4.刀具熱變形及對加工精度的影響總的來說,刀具能夠工件不均勻受熱當(dāng)工件進(jìn)行銑、刨、磨等平面的加工時(shí),工件單側(cè)受熱,上下表面溫升不等,導(dǎo)致工件向上凸起,中間切去的材料較多。冷卻后被加工表面呈凹形。為了減小工件不均勻變形,應(yīng)采取有效的冷卻措施,減小切削表面溫升。工件均勻受熱

加工盤類零件或較短的軸套類零件,可以近似認(rèn)為沿工件軸向方向的溫升相等,若工件精度要求不高,可忽略熱變形的影響。對于較長工件的加工,開始時(shí),工件溫度較低,變形較小。隨著切削的進(jìn)行不僅產(chǎn)生徑向尺寸誤差,而且還會產(chǎn)生圓柱度誤差。工件熱變形引起的加工誤差5.工件熱變形引起的加工誤差工件不均勻受熱工件均勻受熱工件熱變形引5.工件熱變形引起的6.減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施減少發(fā)熱及隔熱。加強(qiáng)散熱能力。保持工藝系統(tǒng)的熱平衡。均衡溫度場。控制環(huán)境溫度。6.減少工藝系統(tǒng)熱變形的措施減少發(fā)熱及隔熱。五、殘余應(yīng)力對加工精度的影響

殘余應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去掉以后仍存留在工件內(nèi)部的應(yīng)力,也稱內(nèi)應(yīng)力。1.殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因毛坯制造中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。冷校直產(chǎn)生的殘余應(yīng)力切削加工中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。五、殘余應(yīng)力對加工精度的影響殘余應(yīng)力是指當(dāng)外部載荷去2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施(1)采取時(shí)效處理自然時(shí)效處理人工時(shí)效處理采取時(shí)效處理振動時(shí)效處理在毛坯制造之后,或粗、精加工之間,讓工件停留一段時(shí)間,利用溫度的自然變化達(dá)到減少或消除殘余應(yīng)力的目的。除特別精密件,一般較少采用。將工件放在爐內(nèi)加熱到一定溫度,并保溫一段時(shí)間達(dá)到原子組織重新排列,再隨爐冷卻,以達(dá)到消除殘余應(yīng)力的目的。這是目前使用最廣的方法。是以激振的形式將機(jī)械能加到含有大量殘余應(yīng)力的工件內(nèi),使金屬的結(jié)構(gòu)狀態(tài)穩(wěn)定,以減少和消除工件的內(nèi)應(yīng)力?？捎糜阼T造件、鍛件、焊接件以及有色金屬件等。2.減少或消除殘余應(yīng)力的措施(1)采取時(shí)效處理自然人工采取(2)合理安排工藝路線(3)合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)精密零件大型零件焊接件粗、精加工分開。粗加工后先將工件松開,使其自由變形,再以較小的夾緊力夾緊工件進(jìn)行精加工。焊接前,工件必須經(jīng)過預(yù)熱以減小溫差,減小殘余應(yīng)力。

設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)注意簡化零件結(jié)構(gòu),提高其剛度,減小壁厚差,如果是焊接件,要合理安排焊接工藝,以減小殘余應(yīng)力。(2)合理安排工藝路線(3)合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)精密零件大型零件六、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.加工誤差分類加工誤差系統(tǒng)性誤差隨機(jī)性誤差常值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差六、加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析1.加工誤差分類加工系統(tǒng)性誤差隨機(jī)性2.加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析

分布圖分析法,這里只介紹直方圖和實(shí)際分布的作法。具體做法以零件尺寸x為橫坐標(biāo),以頻率fi或頻率密度為縱坐標(biāo),可繪出直方圖。所測樣本零件的加工尺寸x在一定范圍內(nèi)變動(稱為尺寸分散),即為隨機(jī)變量。頻數(shù)與樣本總數(shù)之比稱為頻率用fi表示。連接各直方塊的頂部中點(diǎn)得到一條折線,即實(shí)際分布曲線。2.加工誤差的統(tǒng)計(jì)分析分布圖分析法,這里只介紹直方

選擇的組距d和組數(shù)k要適當(dāng)。k值一般應(yīng)根據(jù)樣本容量n選擇,如下表所示。樣本總數(shù)n50以下50~100100~250250以上組數(shù)k6~76~107~1210~20選擇的組距d和組數(shù)k要適當(dāng)。k值一般應(yīng)根據(jù)樣本容量n第三節(jié)保證和提高加工精度的方法方法減少誤差法首先要找出產(chǎn)生加工誤差的主要因素,然后采取相應(yīng)的