機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件

機(jī)械加工質(zhì)量問題分析機(jī)械加工質(zhì)量問題分析1問題一：機(jī)械加工精度分析一、原始誤差及其分類在機(jī)械加工時(shí)，由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中所存在的各種誤差稱為原始誤差。影響原始誤差的因素很多，一部分與工藝系統(tǒng)本身的初始狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削過程有關(guān)，還有一部分與工件加工后的情況有關(guān)。一般可將其作下述分類。問題一：機(jī)械加工精度分析一、原始誤差及其分類2原始誤差

加工前的誤差

加工中的誤差

加工后的誤差

加工原理誤差工藝系統(tǒng)受力變形

工藝系統(tǒng)熱變形

磨損誤差度量誤差內(nèi)應(yīng)力引起的變形調(diào)整誤差

刀夾具制造誤差

定位誤差

機(jī)床幾何誤差原始誤差加工前的誤差加工中的誤差加工后的誤差加3二、加工原理誤差及其對(duì)加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓所產(chǎn)生的誤差。例如，常用的齒輪滾刀就有兩種誤差：一是滾刀刀刃的近似造形原理誤差，即由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿；二是由于滾刀刀刃數(shù)有限，所切成的齒輪齒形是一條折線，并非理論上的光滑曲線，所以滾切齒輪是一種近似的加工方法。

二、加工原理誤差及其對(duì)加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了4再如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（齒距，即πｍ），其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無理數(shù)，但車床配掛齒輪的齒數(shù)是有限的，因此在選擇配掛齒輪時(shí)，只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算，這樣就會(huì)引起刀具相對(duì)工件的成形運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但是這種螺距誤差可以通過配換合適的齒輪而減小。再如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（齒距，即π5三、工藝系統(tǒng)幾何誤差及其對(duì)加工精度的影響（一）機(jī)床的幾何誤差產(chǎn)生原因：機(jī)床的制造、安裝和磨損表現(xiàn)方面：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差三、工藝系統(tǒng)幾何誤差及其對(duì)加工精度的影響（一）機(jī)床的幾何誤6主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念及其影響因素主軸回轉(zhuǎn)誤差——就是主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線（實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的對(duì)稱中心線）的最大變動(dòng)量。主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為三種基本形式：軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和角度擺動(dòng)。1、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差1、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差7機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件8影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素

支承主軸軸徑的滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的圓度誤差；滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)孔與滾道的同軸度誤差；滑動(dòng)軸承的內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的波度；滾動(dòng)軸承滾子的形狀誤差和尺寸差；軸承間隙以及切削中的受力變形等。此外，還有軸承定位端面和軸心線垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差及鎖緊螺母端面跳動(dòng)等影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素支承主軸軸徑的滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承9主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響例：圖示為車削外圓表面時(shí)發(fā)生在不同方向上的相對(duì)位移對(duì)加工工序尺寸所產(chǎn)生的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響10（R﹢ΔR）2﹦R2﹢ΔZ2

展開并整理，得：ΔR=ΔZ2/2R-ΔR2/2R

因?yàn)棣2/2R是ΔR的高階無窮小量，故可舍去不計(jì)，則ΔR≈ΔZ2/2R。分析（R﹢ΔR）2﹦R2﹢ΔZ2分析11誤差敏感方向——對(duì)加工精度影響最大的原始誤差方向（法向）誤差非敏感方向——對(duì)加工精度影響最小的原始誤差方向（切向）由以上討論可以知道，在分析原始誤差對(duì)加工精度的影響時(shí)，應(yīng)主要在誤差敏感方向上進(jìn)行分析誤差敏感方向——對(duì)加工精度影響最大的原始誤差方向（法向）由以12主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，隨加工方法的不同而異

例1

例2

主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，隨加工方法的不同而異例1例13提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸部件（特別是軸承）的制造精度滾動(dòng)軸承可進(jìn)行預(yù)緊消除間隙提高主軸支承軸徑、箱體支承孔的加工精度使用中，對(duì)主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)以及定期維修采取誤差轉(zhuǎn)移措施減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響（如死頂尖）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施14產(chǎn)生原因：機(jī)床導(dǎo)軌的制造誤差、安裝誤差、磨損誤差表現(xiàn)方面及對(duì)加工精度的影響2、機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差產(chǎn)生原因：機(jī)床導(dǎo)軌的制造誤差、安裝誤差、磨損誤差2、機(jī)床導(dǎo)軌15導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)16機(jī)床兩導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）

機(jī)床兩導(dǎo)軌的17在機(jī)械加工中，對(duì)于某些表面的加工，如車螺紋、滾齒和插齒等，為保證工件的精度，要求工件和刀具之間必須有準(zhǔn)確的速比關(guān)系。這種速比關(guān)系的獲得取決于機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中工件與刀具之間的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度。傳動(dòng)精度又取決于傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)零件的制造和裝配精度，以及在使用過程中各傳動(dòng)零件的磨損程度。另外，各傳動(dòng)零件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，對(duì)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的影響程度也不同。傳動(dòng)鏈中末端傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差對(duì)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的影響最大，將直接反映到工件的加工精度上。因此，為保證傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度，應(yīng)注意保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是末端傳動(dòng)件的制造和裝配精度，盡量減少傳動(dòng)元件，縮短傳動(dòng)路線或必要時(shí)采用附加的校正機(jī)構(gòu)。3、傳動(dòng)鏈誤差在機(jī)械加工中，對(duì)于某些表面的加工，如車螺紋、滾齒和插齒等，為18（二）調(diào)整誤差

1、試切法加工誤差來源主要有：（1）測(cè)量誤差（2）微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差（“爬行”）（3）最小切削厚度極限（二）調(diào)整誤差19（二）調(diào)整誤差

2、調(diào)整法加工調(diào)整誤差與所用調(diào)整方法有關(guān)。常用調(diào)整方法有：（1）用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整（2）用樣板或樣件調(diào)整（3）用對(duì)刀或?qū)б{(diào)整（二）調(diào)整誤差20（三）刀具、夾具制造誤差及工件定位誤差機(jī)械加工中常用的刀具有：▲一般刀具▲定尺寸刀具▲成形刀具夾具制造誤差一般指定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體等零件制造和裝配誤差。工件的定位誤差前已述。（三）刀具、夾具制造誤差及工件定位誤差21（四）工藝系統(tǒng)磨損誤差

1、工藝系統(tǒng)磨損對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具雖然都會(huì)磨損，但其磨損速度和程度對(duì)加工精度的影響不同。其中以刀具的磨損速度最快，對(duì)加工精度影響最明顯，而機(jī)床、夾具、量具的磨損比較緩慢，對(duì)加工精度影響也不明顯（四）工藝系統(tǒng)磨損誤差工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具雖然222、減少工藝系統(tǒng)磨損的主要措施（1）對(duì)機(jī)床的主要表面采用防護(hù)裝置（2）采取有效的潤(rùn)滑措施（3）提高零部件的耐磨性（4）選用新的耐磨刀具材料（如立方氮化硼）2、減少工藝系統(tǒng)磨損的主要措施23四、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響實(shí)例：討論分析誤差產(chǎn)生原因例1

例2

無進(jìn)給磨削（光磨），磨削時(shí)火花繼續(xù)存在，且先多后少，直至消失

分析結(jié)果

工藝系統(tǒng)的受力變形是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差。它不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響表面質(zhì)量，也會(huì)限制切削用量和生產(chǎn)率的提高

四、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響實(shí)例：討論分析誤24（一）工藝系統(tǒng)剛度分析工藝系統(tǒng)剛度定義為：工件加工表面法向分力與刀具相對(duì)工件在該力方向上的位移的比值1、工件、刀具的剛度例（一）工藝系統(tǒng)剛度分析例252、接觸剛度接觸剛度不是一個(gè)常數(shù)，即其變形量與外力之間不是線性關(guān)系。影響接觸剛度的因素主要有：（1）相互接觸表面的幾何形狀誤差和表面粗糙度（2）材料及其硬度2、接觸剛度263、機(jī)床部件的剛度（1）機(jī)床部件剛度的特性外力與變形之間是一種非線性函數(shù)關(guān)系。3、機(jī)床部件的剛度27（2）影響機(jī)床部件剛度的主要因素

1）各接觸面的接觸變形。

2）各薄弱環(huán)節(jié)零件的變形3）間隙和摩擦的影響4、夾具的剛度（2）影響機(jī)床部件剛度的主要因素3）間隙和摩擦的影響4、夾具28（二）工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1、切削力對(duì)加工精度的影響（1）切削力大小的變化對(duì)加工精度的影響切削力大小的變化幾何形狀誤差

材料硬度不均勻

（二）工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1、切削力對(duì)加工精度的29加工之后工件所具有與加工之前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差復(fù)映”假設(shè)加工之前工件（毛坯）所具有的誤差為Δm，加工之后工件所具有的誤差為Δw，令ε=Δw/Δmε表示了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，即“誤差復(fù)映”的規(guī)律，故稱ε為“誤差復(fù)映系數(shù)”

“誤差復(fù)映”規(guī)律是普遍存在的，加工之前工件（毛坯）所具有的各種誤差，總是以一定程度復(fù)映到加工后的工件上，因此，在加工時(shí)，應(yīng)采取措施減小誤差復(fù)映，保證加工精度加工之后工件所具有與加工之前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差30減小誤差復(fù)映措施：●提高工藝系統(tǒng)剛度kxt●減小毛坯誤差Δm●多次走刀減小誤差復(fù)映措施：31（2）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響下面以在兩頂尖間車削光軸為例予以分析：1）在兩頂尖間車削短而粗的光軸工件具有腰鼓形圓柱度誤差工件具有馬鞍形圓柱度誤差2）在兩頂尖間車削細(xì)而長(zhǎng)的光軸（2）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響工件具有腰鼓形圓32機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件33通過上述分析可知,當(dāng)工藝系統(tǒng)各處的剛度值不同時(shí)，工件產(chǎn)生的形狀誤差值也不同。工藝系統(tǒng)各處的剛度相差越大，產(chǎn)生的形狀誤差也越大。由此可以得到結(jié)論，從減小形狀誤差來看，工藝系統(tǒng)各部分剛度不要相差過大。在很多情況下，某一部分剛度過高于其它部分剛度的意義不大。找出剛度薄弱環(huán)節(jié)加以提高，使其和其它部分的剛度大體接近的辦法常稱為剛度平衡，這是提高工藝系統(tǒng)剛度，減少加工誤差的一個(gè)有效途徑

通過上述分析可知,當(dāng)工藝系統(tǒng)各處的剛度值不同時(shí)，工件產(chǎn)生的形342、慣性力、傳動(dòng)力和夾緊力對(duì)加工精度的影響

（1）慣性力和傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響例2、慣性力、傳動(dòng)力和夾緊力對(duì)加工精度的影響

（1）慣性力和傳35（2）夾緊力對(duì)加工精度的影響

例（2）夾緊力對(duì)加工精度的影響例363、減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要工藝措施（1）提高接觸剛度

措施：①改善主要零件接觸面的配合質(zhì)量②零部件之間預(yù)加載荷（2）提高工件剛度，減少受力變形3、減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要工藝措施37（3）提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形例（3）提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形例38（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例39（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例40五、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工誤差的影響加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)的兩個(gè)性能，即系統(tǒng)的靜態(tài)-動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和熱學(xué)特性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工和大件加工當(dāng)中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40～70％

五、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工誤差的影響加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)411、工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡工藝系統(tǒng)的熱源

內(nèi)部熱源

外部熱源

摩擦熱切削熱環(huán)境溫度熱輻射1、工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡工藝系統(tǒng)的熱源內(nèi)部熱源外部熱422、工件熱變形對(duì)加工精度的影響引起工件熱變形的熱源主要是切削熱，有些大型精密件還受環(huán)境溫度影響。工件熱變形對(duì)加工精度的影響可分為四種情況：①工件均勻受熱尺寸誤差②工件不均勻受熱形狀誤差③工件熱變形受阻形狀誤差④工件結(jié)構(gòu)和散熱條件不同形狀誤差2、工件熱變形對(duì)加工精度的影響43減少切削熱粗、精加工工序分開合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，以及進(jìn)行充分冷卻等減少工件熱變形對(duì)加工精度影響的主要措施3、刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響●連續(xù)切削●間斷切削4、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響減少切削熱減少工件熱變形對(duì)加工精度影響的主要措施3、刀具的熱445．減少工藝系統(tǒng)熱變形的工藝措施（1）減少發(fā)熱和隔熱（2）加強(qiáng)散熱能力（3）控制溫度變化縮短機(jī)床預(yù)熱期，既有利于保證加工精度，又有利于提高生產(chǎn)率?？s短機(jī)床預(yù)熱期有兩種方法：①加工工件前，讓機(jī)床先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)床迅速達(dá)到熱平衡后，再換成工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工；②在機(jī)床的適當(dāng)部位附設(shè)加熱源，機(jī)床開動(dòng)初期人為地給機(jī)床供熱，促使其迅速達(dá)到熱平衡。5．減少工藝系統(tǒng)熱變形的工藝措施45機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件46（4）均衡溫度場(chǎng)（5）采取補(bǔ)償措施（4）均衡溫度場(chǎng)（5）采取47六、工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1、內(nèi)應(yīng)力的概念所謂內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）是指當(dāng)外部的載荷除去以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力主要是由于金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。六、工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1、內(nèi)應(yīng)力的概念48機(jī)械加工中一般認(rèn)為內(nèi)應(yīng)力是有害的

具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)中，它內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一種沒有應(yīng)力的狀態(tài)。即使在常溫下，其內(nèi)部組織也在不斷地發(fā)生著變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在內(nèi)應(yīng)力變化的過程中，零件的形狀逐漸地變化，原有的精度也會(huì)逐漸地喪失

機(jī)械加工中一般認(rèn)為內(nèi)應(yīng)力是有害的具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不492、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及所引起的加工誤差（1）毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力例2、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及所引起的加工誤差例50（2）冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力例（2）冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力例51例例52冷校直雖然減少了彎曲，但工件仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如再次加工，又將產(chǎn)生新的彎曲變形。因此，高精度絲杠的加工，不采用冷校直，而是用多次人工時(shí)效或熱校直、加大毛坯余量等措施，來消除或減小內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響

冷校直雖然減少了彎曲，但工件仍53（3）切削加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力切削時(shí)，工件表面層在切削力和切削熱的作用下，由于工件各部分產(chǎn)生不同的塑性變形，以及金屬組織等變化的影響也會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力的分布情況（應(yīng)力的大小及方向）由加工時(shí)的工藝因素來決定（3）切削加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力切削時(shí)，工件表面層在切削力和切削543、減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施（1）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，以減少鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。（2）采取時(shí)效處理自然時(shí)效處理、人工時(shí)效處理、振動(dòng)時(shí)效處理（3）合理安排工藝過程3、減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施55七、保證加工精度的工藝措施1、直接減小誤差法這種方法是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種方法，它是在查明產(chǎn)生加工誤差的原始誤差之后，設(shè)法對(duì)其進(jìn)行消除或減小。實(shí)例：采用“大主偏角反向切削法”車削細(xì)長(zhǎng)軸，基本上消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，可進(jìn)一步消除熱變形引起的熱伸長(zhǎng)的危害七、保證加工精度的工藝措施1、直接減小誤差法562、誤差補(bǔ)償法誤差補(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。

實(shí)例1：用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借以補(bǔ)償裝配后受有關(guān)機(jī)床部件自重影響而產(chǎn)生的變形，以及熱變形造成加工后床身導(dǎo)軌面中凹的加工誤差。實(shí)例2：用校正機(jī)構(gòu)提高絲杠車床傳動(dòng)鏈精度。2、誤差補(bǔ)償法實(shí)例1：用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借573、誤差分組法在加工中，上道工序毛坯或工件誤差的存在，會(huì)造成本工序的加工誤差。這種上道工序加工完后工件所存在的加工誤差，對(duì)本工序的影響主要有兩種情況：（1）誤差復(fù)映引起本工序加工誤差擴(kuò)大。（2）定位誤差引起本工序位置誤差擴(kuò)大。3、誤差分組法58批量較大時(shí)，解決這類問題最好是采用分組調(diào)整均分誤差的辦法。這種辦法的實(shí)質(zhì)就是把上道工序加工完后工件所存在的加工誤差按誤差的大小分為n組，每組誤差范圍就縮小為原來的1/n。然后按各組誤差的基本情況分別調(diào)整加工

批量較大時(shí)，解決這類問題最好是采用594、誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，使其對(duì)加工精度不產(chǎn)生影響。如當(dāng)機(jī)床精度達(dá)不到精度要求時(shí)，可在工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機(jī)床的幾何誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面去。這種“以粗干精”的方法在“軸類零件加工”和“箱體零件加工”中都有所介紹。如磨削主軸錐孔時(shí)，錐孔和軸頸的同軸度，不是靠機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度來保證，而是靠夾具來保證。當(dāng)機(jī)床主軸與工件或鏜刀桿之間采用浮動(dòng)連接后，機(jī)床主軸的原始誤差就不再影響加工精度

4、誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受60問題二：機(jī)械加工表面質(zhì)量分析機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件表面機(jī)械加工后的表面狀態(tài)主要內(nèi)容

表面的幾何形狀特征表面層物理力學(xué)性能

表面粗糙度表面波度表面層加工硬化表面層金相組織的變化表面層殘余應(yīng)力問題二：機(jī)械加工表面質(zhì)量分析機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件表面機(jī)61機(jī)械零件的失效，主要是由于零件的磨損、腐蝕和疲勞等所致。而這些破壞都是從零件表面開始的。由此可見零件表面質(zhì)量將直接影響零件的工作性能，尤其是可靠性和壽命。因此探討和研究機(jī)械加工表面質(zhì)量，掌握改善表面質(zhì)量的措施，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義

機(jī)械零件的失效，主要是由于零件的磨損、腐蝕和疲勞等所致。而這62一、影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1、表面粗糙度的形成（1）與刀具幾何角度有關(guān)的因素——幾何原因一、影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1、表面粗糙63（2）與被加工材料性質(zhì)和切削機(jī)理有關(guān)的因素——物理原因切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度有較大差別，這是由于在實(shí)際切削時(shí)，刀具和工件之間產(chǎn)生的切削力和摩擦力使表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，以及積屑瘤和鱗刺都會(huì)使粗糙度值增大。（3）其它原因如切削加工條件的變化，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。（2）與被加工材料性質(zhì)和切削機(jī)理有關(guān)的因素——物理原因642、減小表面粗糙度的措施（1）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)1）減小刀具的主偏角kr和副偏角kr′，增大刀尖圓弧半徑rε,均可減小切削殘留面積，使表面粗糙度值減小。2）適當(dāng)增大前角和后角，刀具易于切入工件，金屬塑性變形隨之減小，同時(shí)切削力也明顯減小，這會(huì)有效地減輕工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，從而使加工表面粗糙度值減小。3）增大刃傾角λs，實(shí)際工作前角也隨之增大，對(duì)降低表面粗糙度值有利。2、減小表面粗糙度的措施65（2）合理選擇的切削用量

1）選擇較高的切削速度v（2）合理選擇的切削用量662）適當(dāng)減小進(jìn)給量f進(jìn)給量越大，加工表面殘留面積就越大，而且塑性變形也隨之增大，這樣表面粗糙度值就會(huì)增大。因此，減小進(jìn)給量會(huì)有效地減小表面粗糙度值。3）背吃刀量對(duì)表面粗糙度的影響不明顯，一般可忽略。但背吃刀量過小，如ap<0.02mm～0.03mm時(shí)，刀具對(duì)工件的正常切削就難以維持，經(jīng)常出現(xiàn)擠壓和摩擦，從而使表面粗糙值增大。因此，加工時(shí)不能選用過小的背吃刀量。2）適當(dāng)減小進(jìn)給量f進(jìn)給量越大，加工表面殘留面積就越大，67（3）改善工件材料組織性能一般來說，工件材料塑性越大，加工后表面粗糙度值越大。加工脆性材料，表面粗糙度值比較接近理論值。對(duì)于同樣的材料，金屬組織的晶粒越粗大、不均勻，加工后粗糙度值也越大。因此，工件加工前采用合理的熱處理工藝改善材料組織性能，是減小表面粗糙度值的有效途徑之一（3）改善工件材料組織性能因此，工件加工前采用合理的熱處理68（4）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量刀具材料與刃磨質(zhì)量對(duì)產(chǎn)生積屑瘤、鱗刺等影響較大，因而影響著表面粗糙度。如金剛石車刀對(duì)切屑的摩擦系數(shù)較小，在切削時(shí)不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，在同樣的切削條件下與其它刀具材料相比較，加工后表面粗糙度值較小（4）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量刀具材料與刃磨質(zhì)量對(duì)產(chǎn)生69（5）合理選擇切削液適當(dāng)?shù)那邢饕?，常能抑制積屑瘤、鱗刺的生成，減小塑性變形，利于減小表面粗糙度。除了上述工藝措施外，還可以從加工方法上著手，如采用研磨、珩磨和超精磨等加工方法，都能得到表面粗糙度很細(xì)的加工表面（5）合理選擇切削液除了上述工藝措施外，還可70二、影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施磨削過程比一般刀具切削加工過程復(fù)雜的多，其表面粗糙度的形成也較復(fù)雜。單純從幾何因素考慮，磨削是由砂輪上的微刃切削、刻劃出的溝槽形成。單位面積上這些溝槽數(shù)越多，深度越淺，則表面粗糙度值越小。但事實(shí)上，磨削過程中不僅有幾何因素，而且也有物理因素（加工表面的塑性變形）和工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等影響因素二、影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施磨削過程比一般71減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：1、提高砂輪線速度減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：72減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：2、選擇適當(dāng)粒度的砂輪砂輪粒度越細(xì)，磨削表面粗糙度值越小。粗粒度的砂輪經(jīng)過精細(xì)修整，可在一個(gè)磨粒上修出許多微刃，也能加工出粗糙度值較小的表面。普通砂輪粒度號(hào)是8﹟～80﹟，一般磨削多用46﹟～60﹟，精密磨削多用60﹟～100﹟減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：73減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：3、精細(xì)修整砂輪工作表面4、減小磨削深度與工件線速度減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：74此外，工件材料硬度、砂輪硬度、冷卻潤(rùn)滑液的選擇與凈化等都是磨削表面粗糙度不容忽視的重要因素

此外，工件材料硬度、砂輪硬度、冷卻75三、影響表面層物理力學(xué)性能的工藝因素及改善措施

1、表面層的加工硬化機(jī)械加工時(shí)，工件加工表面層金屬受到切削力的作用，產(chǎn)生塑性變形，使晶體產(chǎn)生剪切滑移，晶格被拉長(zhǎng)、扭曲，甚至破碎而引起材料的強(qiáng)化，這時(shí)它的硬度和強(qiáng)度都有所提高，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（也稱冷作硬化）。另一方面，機(jī)械加工中產(chǎn)生的切削熱在一定條件下會(huì)使已產(chǎn)生硬化的金屬回復(fù)到原來的狀態(tài)，即軟化。因此，表面層最后的加工硬化程度取決于硬化速度與軟化速度的比率。三、影響表面層物理力學(xué)性能的工藝因素及改善措施1、表面層的76影響表面層加工硬化的因素可以從下面三個(gè)方面來分析：（1）切削力切削力越大，塑性變形越大，加工硬化越嚴(yán)重。因此，增大進(jìn)給量f、背吃刀量ap及減小刀具前角γ0和后角α0，都會(huì)增大切削力，使加工硬化嚴(yán)重。（2）切削溫度切削溫度越高，軟化作用越大，使硬化程度降低。影響表面層加工硬化的因素可以從下面三個(gè)方面來分析：77（3）切削速度當(dāng)切削速度很高時(shí)，產(chǎn)生的加工硬化較小。因?yàn)?，刀具與工件接觸時(shí)間很短，被切金屬變形速度很快，會(huì)使已加工表面金屬塑性變形很不充分。以上三個(gè)方面的影響因素主要是刀具的幾何參數(shù)、切削用量和被加工材料的力學(xué)性能（3）切削速度以上三個(gè)方面的影響因素主要是刀具的幾何78減小表面加工硬化的措施

（1）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。盡量采用較大的前角和后角，并在刃磨時(shí)盡可能減小切削刃口圓角半徑。（2）使用刀具時(shí)，應(yīng)合理限制其后刀面的磨損程度。（3）合理選擇切削用量。采用較高的切削速度、較小的進(jìn)給量和較小的背吃刀量。（4）合理使用切削液。（5）采用合理的熱處理工藝，適當(dāng)提高被加工材料的硬度。減小表面加工硬化的措施（1）合理選擇刀具的幾何參數(shù)。盡量采792、表面金相組織變化與磨削燒傷切削加工過程中，在加工區(qū)由于切削熱的作用，加工表面溫度會(huì)升高。當(dāng)溫度升高到超過金相組織轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生金相組織變化。磨削加工是一種典型的容易產(chǎn)生加工表面金相組織變化（磨削燒傷）的加工方法，這是由于磨削加工單位面積上產(chǎn)生的切削熱比一般切削方法要大十幾倍，而且約有70%以上的熱量瞬時(shí)進(jìn)入工件，使工件加工表面金屬非常易于達(dá)到相變點(diǎn)。2、表面金相組織變化與磨削燒傷切削加工過程中，在加工區(qū)由于80影響磨削燒傷的因素有磨削用量、工件材料、砂輪性能及冷卻條件等。當(dāng)磨削淬火鋼時(shí)，若磨削區(qū)溫度超過了馬氏體轉(zhuǎn)變溫度而未能超過其相變臨界溫度，表層馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^低的回火屈氏體或索氏體，稱之為回火燒傷；若磨削區(qū)溫度超過了馬氏體相變溫度，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，如果這時(shí)有充分的冷卻液，則表層速冷形成二次淬火馬氏體，其下層因冷卻速度較慢仍為硬度較低的回火組織，稱為淬火燒傷。否則，如冷卻條件不好，或不用冷卻液進(jìn)行干磨時(shí)，表層會(huì)被退火，稱之為退火燒傷。影響磨削燒傷的因素有磨削用量、工件材料、砂輪性能及冷卻條件等81無論是何種燒傷，如果比較嚴(yán)重都會(huì)使零件使用壽命成倍下降，甚至根本無法使用，所以磨削時(shí)要避免燒傷。產(chǎn)生磨削燒傷的根源是磨削區(qū)的溫度過高，因此，要減少磨削熱的產(chǎn)生和加速磨削熱的傳出，以避免磨削燒傷

避免磨削燒傷，具體措施如下：（1）合理選擇磨削用量（2）合理選擇砂輪并及時(shí)修整（3）改進(jìn)冷卻方法，提高冷卻效果無論是何種燒傷，如果比較嚴(yán)重都會(huì)使零件使用壽命成倍下降，避免82（3）改進(jìn)冷卻方法，提高冷卻效果（3）改進(jìn)冷卻方法，提高冷卻效果833、表面層的殘余應(yīng)力切削和磨削加工中，加工表面層材料組織相對(duì)基體組織發(fā)生形狀、體積變化或金相組織變化時(shí)，在加工后工件表面層及其與基體材料交界處就會(huì)產(chǎn)生相互平衡的應(yīng)力，即表面層殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力

壓應(yīng)力拉應(yīng)力3、表面層的殘余應(yīng)力切削和磨削加工中，加工表面層材料組織相對(duì)84引起殘余應(yīng)力的原因有下面三個(gè)方面：（1）冷態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力已加工表面層金屬會(huì)產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。（2）熱態(tài)塑性變形引起的殘余應(yīng)力表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。（3）金相組織變化引起的殘余應(yīng)力表面層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生歸根結(jié)底是由于切削力和切削熱作用的結(jié)果

引起殘余應(yīng)力的原因有下面三個(gè)方面：表面層殘余應(yīng)力的產(chǎn)生歸根結(jié)85

在一定的加工條件下，其中某一種作用占主導(dǎo)地位，如切削加工中，當(dāng)切削熱不高時(shí)，表面層中以切削力引起的冷態(tài)塑性變形為主，此時(shí)，表面層中將產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。而磨削時(shí)，一般因磨削溫度較高，常產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。這也是磨削裂紋產(chǎn)生的根源。表面存在裂紋，會(huì)加速零件損壞，為此磨削時(shí)要嚴(yán)格控制磨削熱的產(chǎn)生和改善散熱條件，以避免磨削裂紋的產(chǎn)生。在一定的加工條件下，其中某一種作用占主導(dǎo)地位，如86機(jī)械加工質(zhì)量問題分析機(jī)械加工質(zhì)量問題分析87問題一：機(jī)械加工精度分析一、原始誤差及其分類在機(jī)械加工時(shí)，由機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成的系統(tǒng)稱為工藝系統(tǒng)。工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中所存在的各種誤差稱為原始誤差。影響原始誤差的因素很多，一部分與工藝系統(tǒng)本身的初始狀態(tài)有關(guān)，一部分與切削過程有關(guān)，還有一部分與工件加工后的情況有關(guān)。一般可將其作下述分類。問題一：機(jī)械加工精度分析一、原始誤差及其分類88原始誤差

加工前的誤差

加工中的誤差

加工后的誤差

加工原理誤差工藝系統(tǒng)受力變形

工藝系統(tǒng)熱變形

磨損誤差度量誤差內(nèi)應(yīng)力引起的變形調(diào)整誤差

刀夾具制造誤差

定位誤差

機(jī)床幾何誤差原始誤差加工前的誤差加工中的誤差加工后的誤差加89二、加工原理誤差及其對(duì)加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了近似的成形運(yùn)動(dòng)或近似的刀刃輪廓所產(chǎn)生的誤差。例如，常用的齒輪滾刀就有兩種誤差：一是滾刀刀刃的近似造形原理誤差，即由于制造上的困難，采用阿基米德基本蝸桿或法向直廓基本蝸桿代替漸開線基本蝸桿；二是由于滾刀刀刃數(shù)有限，所切成的齒輪齒形是一條折線，并非理論上的光滑曲線，所以滾切齒輪是一種近似的加工方法。

二、加工原理誤差及其對(duì)加工精度的影響加工原理誤差是由于采用了90再如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（齒距，即πｍ），其中m是模數(shù)，而π是一個(gè)無理數(shù)，但車床配掛齒輪的齒數(shù)是有限的，因此在選擇配掛齒輪時(shí)，只能將π化為近似的分?jǐn)?shù)值計(jì)算，這樣就會(huì)引起刀具相對(duì)工件的成形運(yùn)動(dòng)不準(zhǔn)確，造成螺距誤差。但是這種螺距誤差可以通過配換合適的齒輪而減小。再如車削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于蝸桿的螺距等于蝸輪的周節(jié)（齒距，即π91三、工藝系統(tǒng)幾何誤差及其對(duì)加工精度的影響（一）機(jī)床的幾何誤差產(chǎn)生原因：機(jī)床的制造、安裝和磨損表現(xiàn)方面：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動(dòng)鏈傳動(dòng)誤差三、工藝系統(tǒng)幾何誤差及其對(duì)加工精度的影響（一）機(jī)床的幾何誤92主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差的概念及其影響因素主軸回轉(zhuǎn)誤差——就是主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于平均回轉(zhuǎn)軸線（實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的對(duì)稱中心線）的最大變動(dòng)量。主軸回轉(zhuǎn)誤差可分解為三種基本形式：軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和角度擺動(dòng)。1、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差1、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差93機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件94影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素

支承主軸軸徑的滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的圓度誤差；滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)孔與滾道的同軸度誤差；滑動(dòng)軸承的內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承滾道的波度；滾動(dòng)軸承滾子的形狀誤差和尺寸差；軸承間隙以及切削中的受力變形等。此外，還有軸承定位端面和軸心線垂直度誤差、軸承端面之間的平行度誤差及鎖緊螺母端面跳動(dòng)等影響主軸回轉(zhuǎn)精度的因素支承主軸軸徑的滑動(dòng)軸承內(nèi)孔或滾動(dòng)軸承95主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響例：圖示為車削外圓表面時(shí)發(fā)生在不同方向上的相對(duì)位移對(duì)加工工序尺寸所產(chǎn)生的影響主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響96（R﹢ΔR）2﹦R2﹢ΔZ2

展開并整理，得：ΔR=ΔZ2/2R-ΔR2/2R

因?yàn)棣2/2R是ΔR的高階無窮小量，故可舍去不計(jì)，則ΔR≈ΔZ2/2R。分析（R﹢ΔR）2﹦R2﹢ΔZ2分析97誤差敏感方向——對(duì)加工精度影響最大的原始誤差方向（法向）誤差非敏感方向——對(duì)加工精度影響最小的原始誤差方向（切向）由以上討論可以知道，在分析原始誤差對(duì)加工精度的影響時(shí)，應(yīng)主要在誤差敏感方向上進(jìn)行分析誤差敏感方向——對(duì)加工精度影響最大的原始誤差方向（法向）由以98主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，隨加工方法的不同而異

例1

例2

主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響，隨加工方法的不同而異例1例99提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施提高主軸部件（特別是軸承）的制造精度滾動(dòng)軸承可進(jìn)行預(yù)緊消除間隙提高主軸支承軸徑、箱體支承孔的加工精度使用中，對(duì)主軸部件進(jìn)行良好的維護(hù)保養(yǎng)以及定期維修采取誤差轉(zhuǎn)移措施減小機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響（如死頂尖）提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施100產(chǎn)生原因：機(jī)床導(dǎo)軌的制造誤差、安裝誤差、磨損誤差表現(xiàn)方面及對(duì)加工精度的影響2、機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差產(chǎn)生原因：機(jī)床導(dǎo)軌的制造誤差、安裝誤差、磨損誤差2、機(jī)床導(dǎo)軌101導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)102機(jī)床兩導(dǎo)軌的平行度誤差（扭曲）

機(jī)床兩導(dǎo)軌的103在機(jī)械加工中，對(duì)于某些表面的加工，如車螺紋、滾齒和插齒等，為保證工件的精度，要求工件和刀具之間必須有準(zhǔn)確的速比關(guān)系。這種速比關(guān)系的獲得取決于機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中工件與刀具之間的內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度。傳動(dòng)精度又取決于傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)零件的制造和裝配精度，以及在使用過程中各傳動(dòng)零件的磨損程度。另外，各傳動(dòng)零件在傳動(dòng)鏈中的位置不同，對(duì)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的影響程度也不同。傳動(dòng)鏈中末端傳動(dòng)元件的轉(zhuǎn)角誤差對(duì)傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度的影響最大，將直接反映到工件的加工精度上。因此，為保證傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)精度，應(yīng)注意保證傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尤其是末端傳動(dòng)件的制造和裝配精度，盡量減少傳動(dòng)元件，縮短傳動(dòng)路線或必要時(shí)采用附加的校正機(jī)構(gòu)。3、傳動(dòng)鏈誤差在機(jī)械加工中，對(duì)于某些表面的加工，如車螺紋、滾齒和插齒等，為104（二）調(diào)整誤差

1、試切法加工誤差來源主要有：（1）測(cè)量誤差（2）微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的位移誤差（“爬行”）（3）最小切削厚度極限（二）調(diào)整誤差105（二）調(diào)整誤差

2、調(diào)整法加工調(diào)整誤差與所用調(diào)整方法有關(guān)。常用調(diào)整方法有：（1）用定程機(jī)構(gòu)調(diào)整（2）用樣板或樣件調(diào)整（3）用對(duì)刀或?qū)б{(diào)整（二）調(diào)整誤差106（三）刀具、夾具制造誤差及工件定位誤差機(jī)械加工中常用的刀具有：▲一般刀具▲定尺寸刀具▲成形刀具夾具制造誤差一般指定位元件、導(dǎo)向元件及夾具體等零件制造和裝配誤差。工件的定位誤差前已述。（三）刀具、夾具制造誤差及工件定位誤差107（四）工藝系統(tǒng)磨損誤差

1、工藝系統(tǒng)磨損對(duì)加工精度的影響工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具雖然都會(huì)磨損，但其磨損速度和程度對(duì)加工精度的影響不同。其中以刀具的磨損速度最快，對(duì)加工精度影響最明顯，而機(jī)床、夾具、量具的磨損比較緩慢，對(duì)加工精度影響也不明顯（四）工藝系統(tǒng)磨損誤差工藝系統(tǒng)中機(jī)床、夾具、刀具以及量具雖然1082、減少工藝系統(tǒng)磨損的主要措施（1）對(duì)機(jī)床的主要表面采用防護(hù)裝置（2）采取有效的潤(rùn)滑措施（3）提高零部件的耐磨性（4）選用新的耐磨刀具材料（如立方氮化硼）2、減少工藝系統(tǒng)磨損的主要措施109四、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響實(shí)例：討論分析誤差產(chǎn)生原因例1

例2

無進(jìn)給磨削（光磨），磨削時(shí)火花繼續(xù)存在，且先多后少，直至消失

分析結(jié)果

工藝系統(tǒng)的受力變形是加工中一項(xiàng)很重要的原始誤差。它不僅嚴(yán)重地影響加工精度，而且還影響表面質(zhì)量，也會(huì)限制切削用量和生產(chǎn)率的提高

四、工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響實(shí)例：討論分析誤110（一）工藝系統(tǒng)剛度分析工藝系統(tǒng)剛度定義為：工件加工表面法向分力與刀具相對(duì)工件在該力方向上的位移的比值1、工件、刀具的剛度例（一）工藝系統(tǒng)剛度分析例1112、接觸剛度接觸剛度不是一個(gè)常數(shù)，即其變形量與外力之間不是線性關(guān)系。影響接觸剛度的因素主要有：（1）相互接觸表面的幾何形狀誤差和表面粗糙度（2）材料及其硬度2、接觸剛度1123、機(jī)床部件的剛度（1）機(jī)床部件剛度的特性外力與變形之間是一種非線性函數(shù)關(guān)系。3、機(jī)床部件的剛度113（2）影響機(jī)床部件剛度的主要因素

1）各接觸面的接觸變形。

2）各薄弱環(huán)節(jié)零件的變形3）間隙和摩擦的影響4、夾具的剛度（2）影響機(jī)床部件剛度的主要因素3）間隙和摩擦的影響4、夾具114（二）工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1、切削力對(duì)加工精度的影響（1）切削力大小的變化對(duì)加工精度的影響切削力大小的變化幾何形狀誤差

材料硬度不均勻

（二）工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響1、切削力對(duì)加工精度的115加工之后工件所具有與加工之前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差復(fù)映”假設(shè)加工之前工件（毛坯）所具有的誤差為Δm，加工之后工件所具有的誤差為Δw，令ε=Δw/Δmε表示了加工誤差與毛坯誤差之間的比例關(guān)系，即“誤差復(fù)映”的規(guī)律，故稱ε為“誤差復(fù)映系數(shù)”

“誤差復(fù)映”規(guī)律是普遍存在的，加工之前工件（毛坯）所具有的各種誤差，總是以一定程度復(fù)映到加工后的工件上，因此，在加工時(shí)，應(yīng)采取措施減小誤差復(fù)映，保證加工精度加工之后工件所具有與加工之前相類似的誤差的現(xiàn)象，稱為“誤差116減小誤差復(fù)映措施：●提高工藝系統(tǒng)剛度kxt●減小毛坯誤差Δm●多次走刀減小誤差復(fù)映措施：117（2）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響下面以在兩頂尖間車削光軸為例予以分析：1）在兩頂尖間車削短而粗的光軸工件具有腰鼓形圓柱度誤差工件具有馬鞍形圓柱度誤差2）在兩頂尖間車削細(xì)而長(zhǎng)的光軸（2）切削力作用點(diǎn)位置的變化對(duì)加工精度的影響工件具有腰鼓形圓118機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件119通過上述分析可知,當(dāng)工藝系統(tǒng)各處的剛度值不同時(shí)，工件產(chǎn)生的形狀誤差值也不同。工藝系統(tǒng)各處的剛度相差越大，產(chǎn)生的形狀誤差也越大。由此可以得到結(jié)論，從減小形狀誤差來看，工藝系統(tǒng)各部分剛度不要相差過大。在很多情況下，某一部分剛度過高于其它部分剛度的意義不大。找出剛度薄弱環(huán)節(jié)加以提高，使其和其它部分的剛度大體接近的辦法常稱為剛度平衡，這是提高工藝系統(tǒng)剛度，減少加工誤差的一個(gè)有效途徑

通過上述分析可知,當(dāng)工藝系統(tǒng)各處的剛度值不同時(shí)，工件產(chǎn)生的形1202、慣性力、傳動(dòng)力和夾緊力對(duì)加工精度的影響

（1）慣性力和傳動(dòng)力對(duì)加工精度的影響例2、慣性力、傳動(dòng)力和夾緊力對(duì)加工精度的影響

（1）慣性力和傳121（2）夾緊力對(duì)加工精度的影響

例（2）夾緊力對(duì)加工精度的影響例1223、減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要工藝措施（1）提高接觸剛度

措施：①改善主要零件接觸面的配合質(zhì)量②零部件之間預(yù)加載荷（2）提高工件剛度，減少受力變形3、減少工藝系統(tǒng)受力變形的主要工藝措施123（3）提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形例（3）提高機(jī)床部件剛度，減少受力變形例124（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例125（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例（4）合理裝夾工件，減少夾緊變形例126五、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工誤差的影響加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)的兩個(gè)性能，即系統(tǒng)的靜態(tài)-動(dòng)態(tài)力學(xué)特性和熱學(xué)特性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在精密加工和大件加工當(dāng)中，由于熱變形引起的加工誤差約占總加工誤差的40～70％

五、工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工誤差的影響加工精度主要取決于工藝系統(tǒng)1271、工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡工藝系統(tǒng)的熱源

內(nèi)部熱源

外部熱源

摩擦熱切削熱環(huán)境溫度熱輻射1、工藝系統(tǒng)的熱源及熱平衡工藝系統(tǒng)的熱源內(nèi)部熱源外部熱1282、工件熱變形對(duì)加工精度的影響引起工件熱變形的熱源主要是切削熱，有些大型精密件還受環(huán)境溫度影響。工件熱變形對(duì)加工精度的影響可分為四種情況：①工件均勻受熱尺寸誤差②工件不均勻受熱形狀誤差③工件熱變形受阻形狀誤差④工件結(jié)構(gòu)和散熱條件不同形狀誤差2、工件熱變形對(duì)加工精度的影響129減少切削熱粗、精加工工序分開合理選擇切削用量和刀具幾何參數(shù)，以及進(jìn)行充分冷卻等減少工件熱變形對(duì)加工精度影響的主要措施3、刀具的熱變形對(duì)加工精度的影響●連續(xù)切削●間斷切削4、機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響減少切削熱減少工件熱變形對(duì)加工精度影響的主要措施3、刀具的熱1305．減少工藝系統(tǒng)熱變形的工藝措施（1）減少發(fā)熱和隔熱（2）加強(qiáng)散熱能力（3）控制溫度變化縮短機(jī)床預(yù)熱期，既有利于保證加工精度，又有利于提高生產(chǎn)率。縮短機(jī)床預(yù)熱期有兩種方法：①加工工件前，讓機(jī)床先高速空運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)機(jī)床迅速達(dá)到熱平衡后，再換成工作轉(zhuǎn)速進(jìn)行加工；②在機(jī)床的適當(dāng)部位附設(shè)加熱源，機(jī)床開動(dòng)初期人為地給機(jī)床供熱，促使其迅速達(dá)到熱平衡。5．減少工藝系統(tǒng)熱變形的工藝措施131機(jī)械加工質(zhì)量問題分析課件132（4）均衡溫度場(chǎng)（5）采取補(bǔ)償措施（4）均衡溫度場(chǎng)（5）采取133六、工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1、內(nèi)應(yīng)力的概念所謂內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）是指當(dāng)外部的載荷除去以后，仍殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力主要是由于金屬內(nèi)部組織發(fā)生了不均勻的體積變化而產(chǎn)生的。其外界因素來自熱加工和冷加工。六、工件內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響1、內(nèi)應(yīng)力的概念134機(jī)械加工中一般認(rèn)為內(nèi)應(yīng)力是有害的

具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)中，它內(nèi)部的組織有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一種沒有應(yīng)力的狀態(tài)。即使在常溫下，其內(nèi)部組織也在不斷地發(fā)生著變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在內(nèi)應(yīng)力變化的過程中，零件的形狀逐漸地變化，原有的精度也會(huì)逐漸地喪失

機(jī)械加工中一般認(rèn)為內(nèi)應(yīng)力是有害的具有內(nèi)應(yīng)力的工件處于一種不1352、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及所引起的加工誤差（1）毛坯制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力例2、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及所引起的加工誤差例136（2）冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力例（2）冷校直帶來的內(nèi)應(yīng)力例137例例138冷校直雖然減少了彎曲，但工件仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如再次加工，又將產(chǎn)生新的彎曲變形。因此，高精度絲杠的加工，不采用冷校直，而是用多次人工時(shí)效或熱校直、加大毛坯余量等措施，來消除或減小內(nèi)應(yīng)力對(duì)加工精度的影響

冷校直雖然減少了彎曲，但工件仍139（3）切削加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力切削時(shí)，工件表面層在切削力和切削熱的作用下，由于工件各部分產(chǎn)生不同的塑性變形，以及金屬組織等變化的影響也會(huì)引起內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力的分布情況（應(yīng)力的大小及方向）由加工時(shí)的工藝因素來決定（3）切削加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力切削時(shí)，工件表面層在切削力和切削1403、減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施（1）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，以減少鑄、鍛件毛坯在制造中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。（2）采取時(shí)效處理自然時(shí)效處理、人工時(shí)效處理、振動(dòng)時(shí)效處理（3）合理安排工藝過程3、減少或消除內(nèi)應(yīng)力的措施141七、保證加工精度的工藝措施1、直接減小誤差法這種方法是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種方法，它是在查明產(chǎn)生加工誤差的原始誤差之后，設(shè)法對(duì)其進(jìn)行消除或減小。實(shí)例：采用“大主偏角反向切削法”車削細(xì)長(zhǎng)軸，基本上消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，可進(jìn)一步消除熱變形引起的熱伸長(zhǎng)的危害七、保證加工精度的工藝措施1、直接減小誤差法1422、誤差補(bǔ)償法誤差補(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。

實(shí)例1：用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借以補(bǔ)償裝配后受有關(guān)機(jī)床部件自重影響而產(chǎn)生的變形，以及熱變形造成加工后床身導(dǎo)軌面中凹的加工誤差。實(shí)例2：用校正機(jī)構(gòu)提高絲杠車床傳動(dòng)鏈精度。2、誤差補(bǔ)償法實(shí)例1：用預(yù)加載荷法精加工磨床床身導(dǎo)軌，借1433、誤差分組法在加工中，上道工序毛坯或工件誤差的存在，會(huì)造成本工序的加工誤差。這種上道工序加工完后工件所存在的加工誤差，對(duì)本工序的影響主要有兩種情況：（1）誤差復(fù)映引起本工序加工誤差擴(kuò)大。（2）定位誤差引起本工序位置誤差擴(kuò)大。3、誤差分組法144批量較大時(shí)，解決這類問題最好是采用分組調(diào)整均分誤差的辦法。這種辦法的實(shí)質(zhì)就是把上道工序加工完后工件所存在的加工誤差按誤差的大小分為n組，每組誤差范圍就縮小為原來的1/n。然后按各組誤差的基本情況分別調(diào)整加工

批量較大時(shí)，解決這類問題最好是采用1454、誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等，使其對(duì)加工精度不產(chǎn)生影響。如當(dāng)機(jī)床精度達(dá)不到精度要求時(shí)，可在工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機(jī)床的幾何誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面去。這種“以粗干精”的方法在“軸類零件加工”和“箱體零件加工”中都有所介紹。如磨削主軸錐孔時(shí)，錐孔和軸頸的同軸度，不是靠機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度來保證，而是靠夾具來保證。當(dāng)機(jī)床主軸與工件或鏜刀桿之間采用浮動(dòng)連接后，機(jī)床主軸的原始誤差就不再影響加工精度

4、誤差轉(zhuǎn)移法誤差轉(zhuǎn)移法的實(shí)質(zhì)是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受146問題二：機(jī)械加工表面質(zhì)量分析機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件表面機(jī)械加工后的表面狀態(tài)主要內(nèi)容

表面的幾何形狀特征表面層物理力學(xué)性能

表面粗糙度表面波度表面層加工硬化表面層金相組織的變化表面層殘余應(yīng)力問題二：機(jī)械加工表面質(zhì)量分析機(jī)械加工表面質(zhì)量是指零件表面機(jī)147機(jī)械零件的失效，主要是由于零件的磨損、腐蝕和疲勞等所致。而這些破壞都是從零件表面開始的。由此可見零件表面質(zhì)量將直接影響零件的工作性能，尤其是可靠性和壽命。因此探討和研究機(jī)械加工表面質(zhì)量，掌握改善表面質(zhì)量的措施，對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義

機(jī)械零件的失效，主要是由于零件的磨損、腐蝕和疲勞等所致。而這148一、影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1、表面粗糙度的形成（1）與刀具幾何角度有關(guān)的因素——幾何原因一、影響切削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施

1、表面粗糙149（2）與被加工材料性質(zhì)和切削機(jī)理有關(guān)的因素——物理原因切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度有較大差別，這是由于在實(shí)際切削時(shí)，刀具和工件之間產(chǎn)生的切削力和摩擦力使表面層金屬產(chǎn)生塑性變形，以及積屑瘤和鱗刺都會(huì)使粗糙度值增大。（3）其它原因如切削加工條件的變化，工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等。（2）與被加工材料性質(zhì)和切削機(jī)理有關(guān)的因素——物理原因1502、減小表面粗糙度的措施（1）選擇適當(dāng)?shù)牡毒邘缀螀?shù)1）減小刀具的主偏角kr和副偏角kr′，增大刀尖圓弧半徑rε,均可減小切削殘留面積，使表面粗糙度值減小。2）適當(dāng)增大前角和后角，刀具易于切入工件，金屬塑性變形隨之減小，同時(shí)切削力也明顯減小，這會(huì)有效地減輕工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，從而使加工表面粗糙度值減小。3）增大刃傾角λs，實(shí)際工作前角也隨之增大，對(duì)降低表面粗糙度值有利。2、減小表面粗糙度的措施151（2）合理選擇的切削用量

1）選擇較高的切削速度v（2）合理選擇的切削用量1522）適當(dāng)減小進(jìn)給量f進(jìn)給量越大，加工表面殘留面積就越大，而且塑性變形也隨之增大，這樣表面粗糙度值就會(huì)增大。因此，減小進(jìn)給量會(huì)有效地減小表面粗糙度值。3）背吃刀量對(duì)表面粗糙度的影響不明顯，一般可忽略。但背吃刀量過小，如ap<0.02mm～0.03mm時(shí)，刀具對(duì)工件的正常切削就難以維持，經(jīng)常出現(xiàn)擠壓和摩擦，從而使表面粗糙值增大。因此，加工時(shí)不能選用過小的背吃刀量。2）適當(dāng)減小進(jìn)給量f進(jìn)給量越大，加工表面殘留面積就越大，153（3）改善工件材料組織性能一般來說，工件材料塑性越大，加工后表面粗糙度值越大。加工脆性材料，表面粗糙度值比較接近理論值。對(duì)于同樣的材料，金屬組織的晶粒越粗大、不均勻，加工后粗糙度值也越大。因此，工件加工前采用合理的熱處理工藝改善材料組織性能，是減小表面粗糙度值的有效途徑之一（3）改善工件材料組織性能因此，工件加工前采用合理的熱處理154（4）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量刀具材料與刃磨質(zhì)量對(duì)產(chǎn)生積屑瘤、鱗刺等影響較大，因而影響著表面粗糙度。如金剛石車刀對(duì)切屑的摩擦系數(shù)較小，在切削時(shí)不會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，在同樣的切削條件下與其它刀具材料相比較，加工后表面粗糙度值較?。?）合理選擇刀具材料和提高刃磨質(zhì)量刀具材料與刃磨質(zhì)量對(duì)產(chǎn)生155（5）合理選擇切削液適當(dāng)?shù)那邢饕?，常能抑制積屑瘤、鱗刺的生成，減小塑性變形，利于減小表面粗糙度。除了上述工藝措施外，還可以從加工方法上著手，如采用研磨、珩磨和超精磨等加工方法，都能得到表面粗糙度很細(xì)的加工表面（5）合理選擇切削液除了上述工藝措施外，還可156二、影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施磨削過程比一般刀具切削加工過程復(fù)雜的多，其表面粗糙度的形成也較復(fù)雜。單純從幾何因素考慮，磨削是由砂輪上的微刃切削、刻劃出的溝槽形成。單位面積上這些溝槽數(shù)越多，深度越淺，則表面粗糙度值越小。但事實(shí)上，磨削過程中不僅有幾何因素，而且也有物理因素（加工表面的塑性變形）和工藝系統(tǒng)的振動(dòng)等影響因素二、影響磨削加工表面粗糙度的工藝因素及改善措施磨削過程比一般157減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：1、提高砂輪線速度減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：158減小磨削加工表面粗糙度值的工藝措施主要有：2、選擇適當(dāng)粒度的砂輪砂輪粒度越細(xì)，磨削表面粗糙度值越小。粗粒度的砂輪經(jīng)過精細(xì)修整，可在一個(gè)磨粒上修出許多微刃，也能加工