简介机械加工质量技术

简介机械加工质量技术第一节概述一、机械加工精度1.加工精度与加工误差：加工精度是指零件经机械加工后，其几何参数(尺寸、形状、位置)的实际值与理想值的符合程度。

符合程度愈高，加工精度也愈高。

实际值与理想值之差，称为加工误差。

加工误差愈小，加工精度愈高。

生产实践证明，任何一种加工方法不管多么精密，都不可能把零件加工得绝对准确，与理想值完全相符。

从机器的使用要求来说，只要其误差值不影响机器的使用性能，就允许误差值在一定的范围内变动，也就是允许有一定的加工误差存在。

零件的加工精度包括三方面：尺寸精度、形状精度和相互位置精度，三者之间是有联系的。

形状误差应限制在位置公差内，位置误差应限制在尺寸公差内，一般尺寸精度高，其相应的形状和相互位置精度也高。

但是有一些特殊功用的零件，其形状精度很高，但其位置精度、尺寸精度要求却不一定高。

例如测量用的检验平板，其工作平面的平面度要求很高，但该平面与底面的尺寸要求和平行度要求却很低。

2.简述获得加工精度的方法。

⑴获得尺寸精度的方法1)试切法通过试切、测量、调整、再试切，反复进行到被加工尺寸达到要求为止的加工方法。

这种方法的效率低，操作者的技术水平要求高，主要适用于单件、小批生产。

2)调整法加工前调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这个位置不变，以保证被加工尺寸的方法。

调整法广泛用于各类半自动、自动机床和自动线上，适用于成批、大量生产。

3)定尺寸刀具法用刀具的相应尺寸来保证工件被加工部位尺寸的方法，如钻孔、拉孔和攻螺纹等。

这种方法的加工精度，主要取决于刀具的制造、磨损和切削用量。

其优点是生产率较高，但刀具制造较复杂，常用于孔、螺纹和成形表面的加工。

4)自动控制法这种方法是用测量装置、进给机构和控制系统构成加工过程的自动控制，即自动完成加工中的切削、测量、补偿调整等一系列的工作，当工件达到要求的尺寸时，机床自动退刀停止加工。

⑵获得形状精度的方法1)轨迹法是依靠刀具与工件的相对运动轨迹来获得工件形状的方法。

轨迹法的加工精度与机床的精度关系密切。

例如，车削圆柱类零件时，其圆度、圆柱度等形状精度，主要决定于主轴的回转精度、导轨精度以及主轴回转轴心线与导轨之间的相互位置精度。

2)成形刀具法就是采用成形刀具加工工件的成形表面以达到所要求的形状精度的方法。

成形刀具法的加工精度主要取决于刀刃的形状精度。

该方法可以简化机床结构，提高生产效率。

3)展成法利用刀具与工件作展成切削运动，其包络线形成工件形状。

展成法常用于各种齿形加工，其形状精度与刀具精度以及机床传动精度有关。

⑶获得相互位置精度的方法零件的相互位置精度的获得，有直接找正法，划线找正法和夹具定位法。

其精度主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证。

二、机械加工表面质量3.加工表面质量的概念(1)表面粗糙度与波纹度根据加工表面轮廓的特征，可将表面轮廓误差分为以下三种宏观几何形状误差：圆度误差、圆柱度误差等，它们属于加工精度范畴；波纹度，是介于宏观与微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差，它是由加工中工艺系统的低频振动引起的；微观几何形状误差，亦称表面粗糙度，是由加工中的残留面积、塑性变形、积屑瘤、鳞刺以及工艺系统的高频振动等造成的。

3.机床传动链误差传动链误差的概念传动链的传动误差，是指内联系的传动链中首末两端传动元件之间相对运动的误差。

它是按内联系传动加工工件(如螺纹、齿轮、蜗轮等零件)时，影响加工精度的主要因素。

例如在滚齿机上用单头滚刀加工直齿轮时，要求滚刀转一圈，工件转过一个齿。

上述加工时，必须保证工件与刀具间有严格的传动关系。

此运动关系是由刀具与工件间的传动链来保证的。

(二)夹具误差与装夹误差夹具误差主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等的加工与装配误差，它将直接影响工件加工表面的位置精度或尺寸精度，对被加工工件的位置误差影响最大。

在设计夹具时，凡影响工件精度的尺寸应严格控制其制造误差，一般夹具可取工件上相应尺寸公差或位置公差的1/2～1/10，粗加工(工件公差较大)时夹具可取工件公差的1/5～1/10，精加工(工件公差较小)时可取工件公差的1/2～1/3。

夹具的磨损是逐渐而缓慢的过程；它对加工误差的影响不很明显，对它们进行定期的检测和维修，便可提高其几何精度。

装夹误差包括定位误差与夹紧误差，在第五章中已有详述。

(三)刀具误差刀具误差是由于刀具制造误差和刀具磨损所引起的。

机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。

一般刀具(普通车刀、单刃镗刀和平面铣刀等)的制造误差，对加工精度没有直接影响。

定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀等)的尺寸误差直接影响加工工件的尺寸精度。

刀具在安装使用中不当，也将影响加工精度。

成形刀具和展成刀具(如成形车刀、成形铣刀及齿轮刀具等)的制造误差，直接影响被加工表面的形状精度。

刀具的磨损，除了对切削性能、加工表面质量有不良影响外，也直接影响加工精度。

例如用成形刀具加工时，刀具刃口的不均匀磨损将直接复映在工件上，造成形状误差；在加工较大表面(一次走刀需较长时间)时，刀具的尺寸磨损会严重影响工件的形状精度；车削长轴外圆时，刀具的逐渐磨损会使工件产生锥形的圆柱度误差；用调整法加工一批工件时，刀具的磨损会扩大工件尺寸的分散范围。

(四)测量误差工件在加工过程中要用各种量具、量仪等进行检验测量，再根据测量结果对工件进行试切或调整机床。

量具本身的制造误差、测量时的接触力、温度、目测正确程度等，都直接影响加工误差。

因此，要正确地选择和使用量具，以保证测量精度。

(五) 调整误差(1)试切法调整单件小批生产中，通常采用试切法调整，这时，引起调整误差的因素除测量误差外主要有：1)进给机构的位移误差。

在试切中，总是要微量调整刀具的位置。

在低速微量进给中，常会出现进给机构的“爬行”现象，其结果使刀具的实际位移与刻度盘上的数值不一致，造成加工误差。

2)最小切削层厚度极限的影响。

精加工时，试切的最后一刀余量往往很小，若切削余量小于最小切削厚度极限，切削刃只起挤压作用而不起切削作用，正式切削时的深度较大，切削刀不打滑，就会多切工件。

因此，工件尺寸就与试切时不同，形成工件的尺寸误差。

(2)调整法调整用调整法加工时，若调整过程本身是以试切法为依据的，则上述影响试切法调整精度的因素对调整法加工同样有影响。

用调整法加工时，若调整过程本身是以试切法为依据的，则上述影响试切法调整精度的因素对调整法加工同样有影响。

此外，影响调整精度的因素还有：1)定程机构的误差。

定程机构的制造和调整误差以及它们的受力变形和它们配合使用的电、液、气动元件的灵敏度等是调整误差的主要来源。

2)样件或样板的误差。

样件或样板的制造误差、安装误差和对刀误差以及它们的磨损等都对调整精度有影响。

3)抽样件数的影响。

工艺系统初调好以后，一般要试切几个工件，并以其平均尺寸作为判断调整是否准确的依据。

三、加工过程误差(一)工艺系统受力变形引起的误差1.工艺系统的刚度机械加工中工艺系统在切削力、传动力、惯性力、夹紧力以及重力等的作用下，将产生相应的变形，将破坏已调好的刀具和工件之间正确的位置关系，从而产生加工误差。

例如，车削细长轴时，工件在切削力作用下弯曲变形，加工后会产生腰鼓形的圆柱度误差；在内圆磨床上用横向切入磨孔时，由于磨头主轴受力弯曲变形，磨出的孔会产生带有锥度的圆柱度误差。

工艺系统在外力作用下产生变形的大小，不仅取决于外力的大小，而且和工艺系统抵抗外力使其变形的能力，即工艺系统的刚度有关。

工艺系统在各种外力作用下，将在各个受力方向产生相应的变形，我们主要研究误差敏感方向上的变形。

因此，工艺系统刚度k定义为：加工表面法向切削力Ｆｐ与工艺系统的法向变形δ的比值。

(二)工艺系统受热变形引起的误差1.工件热变形对加工精度的影响机械加工过程中，工件产生热变形主要是由切削热引起的。

对于精密零件，周围环境温度变化和日光、取暖设备等外部热源对工艺系统的局部辐射等也不容忽视。

不同的材料、不同的形状尺寸、不同的加工方法，工件的受热变形也不相同。

如加工铜、铝等有色金属零件时，由于热膨胀系数大，其热变形尤为显著。

轴类零件在车削或磨削时，一般是均匀受热，温度逐渐升高，可近似看成是均匀受热的情况。

工件均匀受热影响工件的尺寸精度，其热变形可以按物理学计算热膨胀的公式求出ΔＬ＝αＬΔｔ(6-12)２.刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形主要是由切削热引起的。

通常传入刀具的热量并不太多，但由于热量集中在切削部分，刀头体积小，热容量小，故刀具温升较快，它对加工精度的影响是不能忽视。

例如高速钢刀具车削时，刃部的温度可达700～800℃，刀具热伸长量可达0.03～0.05 mm。

加工大型零件，刀具热变形往往造成几何形状误差。

如车削长轴时，可能由于刀具热伸长而产生锥度(尾座处的直径比主轴箱附近的直径大)。

为了减小刀具的热变形，应合理选择切削用量和刀具几何参数，并给以充分冷却和润滑，以减少切削热，降低切削温度。

3.机床热变形对加工精度的影响机床在工作过程中，受到内外热源的影响，各部分的温度将逐渐升高。

由于机床结构的复杂性，各部件的热源不同，分布不均匀，因此不仅各部件的温升不同，而且同一部件不同位置的温升也不相同，形成不均匀的温度场，使机床各部件之间的相互位置发生变化，破坏了机床原有的几何精度而造成加工误差。

由于各类机床的结构和工作条件相差很大，不同类型的机床，其主要热源各不相同，热变形对加工精度的影响也不相同。

所以引起机床热变形的形式也各不相同。

龙门刨床、导轨磨床等大型机床的长床身部件，导轨面与底面的温差，会产生较大的弯曲变形，故床身热变形是影响加工精度的主要因素。

机床运转一段时间之后，各部件传入的热量和散失的热量基本相等而达到热平衡状态，变形趋于稳定。

在机床达到热平衡状态之前，机床几何精度变化不定，对加工精度的影响也变化不定。

因此，精密加工应在机床处于热平衡之后进行。

一般机床，如车床、磨床等。

其空运转的热平衡时间为4～6小时，中小型精密机床为1～2小时。

大型精密机床往往要超过12小时。

3.切削加工中产生的内应力工件在进行切削加工时，在切削力和摩擦力的作用下，使表层金属产生塑性变形，引起体积改变，从而产生残余应力。

这种残余应力的分布情况由加工时的工艺因素决定。

内部有残余应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应力要重新分布，从而引起工件的变形。

为此，在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，以使粗加工后残余应力重新分布所产生的变形在精加工阶段去除。

在大多数情况下，热的作用大于力的作用。

特别是高速切削、强力切削、磨削等，热的作用占主要地位。

磨削加工中，表层拉力严重时会产生裂纹。

4.减少或消除残余应力的措施(1)合理设计零件结构在机器零件的结构设计中，应尽量简化结构，使壁厚均匀、结构对称，以减少内应力的产生。