机械加工质量及控制
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
5.1 概述
5.1.1 机械加工质量的含义
机械产品质量
零件质量 装配质量
材料，金相组织 (材质)
加工精度，波纹度 ，表面粗糙度 (几何)
机械加工பைடு நூலகம்量
加工精度 表面质量
尺寸精度 形状精度 位置精度
表面（微观）形貌
加工变质层
1
1
1埃
加工精度及其发展
车、铣 磨 CNC机床 研磨，工具磨
光学磨，金刚石车、磨 金刚石超精车、磨，电解加工 衍射光栅刻线机 电子束，离子束，X射线 分子束生长，离子注 扫描隧道技术
始
机床
误
工艺系统静误差 夹具
误
刀具
工件（毛坯）
差
受力变形
差 加工过程中产生的误差
热变形 刀具磨损
残余应力变形
15
用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差
16
5.2.2 工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制
一、影响尺寸精度的主要因素与控制
试切测量精度： 改善测量方法；提高测量精度
微量进给精度：
L G(0 )
10
（3）影响耐蚀性 表面粗糙度值大的表面，腐蚀性物质（气体、液体）容易渗
透到表面的凹凸不平处，从而产生化学或电化学作用而被腐蚀。 表面微裂纹处容易受腐蚀性气体或液体的侵蚀，如零件表面
有残余压应力，则可阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提 高零件的耐蚀性。
11
（4）影响配合性质
影响配合性质最主要因素是表面粗糙度。对于间隙配合，经 初期磨损后，间隙会有所增大，严重时会影响密封性能或导向 精度；对于过盈配合，使计算所得过盈量与实际过盈量有所不 同，成为过渡配合甚至间隙配合，从而可能影响过盈配合的连 接强度。
表面粗糙度 表面波纹度
机械加工
表面质量 表面层物理机械
塑性变形引起的冷作硬化
性能（ 加工变质层） 切（磨）削热引起的金相组织变化
力（热）产生的残余应力
8
2. 机械加工表面质量对机器使用性能的影响
（1）影响耐磨性 粗糙度值大，实际接触面积小，接触 应力大，易磨损，耐磨性差。
粗糙度值越小，实际接触面积越大，耐磨性较好。
3．位置精度的获得方法
一次装夹法 多次装夹法
与机床几何精度有关 直接装夹 效率高，精度低 找正装夹 高精度，小批 夹具装夹 效率高，精度可满足要求
非成形运动法
位置精度要求极高时采用 与检测精度密切相关
7
5.1.3 机械加工表面质量及其对机器使用性能的 影响
1. 机械加工表面质量的含义
表面（微观）形貌
误差敏感方向：加工表面法向——原始误差引起的加 工误差最大
误差敏感方向 R X
Y 2 误差非敏感方向 R
2R0
常值
系统性误差
误差的性质
变值
随机性误差
14
原理误差 （阿线滚刀滚切渐开线齿轮、数控插补）
工件装夹误差
原
原
调整误差 （更换工件、刀具、夹具、量具时调整） 有
测量误差 （测量方法和量具误差）
19
机械制造新技术：
可变制造系统 柔性制造单元 数字化制造 无人化机械制造厂
2
激光反射镜平面度提高 到30nm，表面粗糙度 降 低到10nm，反射率将提高 到 99.8%以上。否则，寿 命将大大缩短
1kg 精 密 陀 螺 转 子 的 偏
心 增 加 0.5nm ， 将 引 起
100m的射程误差和50m的
nm
轨道误差
磁头与磁盘间的飞行高
度在50nm以下，若进一步
降低将使存储容量呈指数
此外，加工表面质量对零件接触刚度、运动平稳性和噪音等 也有影响。
12
5.2 机械加工精度的影响因素及控制措施
5.2.1 机械加工工艺系统原始误差 加工误差与原始误差
加工误差——加工后每个零件在尺寸、形状、位置 方面与理想零件的差值。
（几何参数的偏差）
原始误差——由于机床、刀具、量具、夹具和工件组 成的工艺系统造成加工误差的因素1。3
若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦。
加工表面硬化到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化过度 反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加 剧，使耐磨性降低 。
9
（2）影响疲劳强度
交变载荷作用时，表面粗糙度、划痕及微裂纹等均会引起应 力集中，从而降低疲劳强度。
加工表面粗糙度的纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明 显降低。
一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。
残余应力为压应力时，可部分抵消交变载荷施加的拉压力， 阻碍和延缓裂纹的产生或扩大，从而提高疲劳强度；但为拉应 力时，则会大大降低疲劳强度。
有些加工方法，如滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层， 使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。
基本成形运动 （回转、直线）
成形运动法 相互位置关系 （几何关系） 均准确
保证形 状精度 的条件
速度关系 （运动关系） 非成形运动法 足够的检测精度
18
机械制造新技术：
数控（Numerical Control—NC）技术 加工中心（MC） 工业机器人（Industrial Robot）技术 自适应控制机床（Adaptive Control Machine Tools） 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing－CAM） 计算机数控机床（Computerized Numerical Control－CNC）
倍增长
3
4
精密和超精密加工技术
机械加工的技术重点
大型工件的加工技术
特殊材料的加工技术
机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。 一般情况下，形状精度要求高于尺寸精度，位置精度要求 也高于尺寸精度。
尺寸公差 > 位置公差 > 形状公差 > 表面粗糙度值
5
5.1.2 机械加工精度的获得方法
1．尺寸精度的获得方法
K
式中， L 为跃进距离；G为工作台重量； μ0 ，μ 分别为静、动摩擦系数； K 为机构传动刚度。
微薄切削层的极限厚度：
改进工艺方法（精车、精磨、研磨）
减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径 re
定位调整精度:
减少定位误差；提高进给重复定位精度
提高对尺寸分布中心判断的准确性 ℯ 17
二、影响形状精度的主要因素与控制
试切法
手工逐步调刀获得所需尺寸
调整法
加工前先调整好刀具位置再进行一批加工
定尺寸刀具法 尺寸精度由刀具保证 （钻头、拉刀）
自动控制法 自动化的试切法
2．形状精度的获得方法
轨迹法 车、刨、磨
成形运动法 仿形法 靠模 成形刀具法 成形运动和刃形
展成法 成形表面通过包络形成
非成形运动法 形状精度超过机床成形运动精度时使用6
5.1.1 机械加工质量的含义
机械产品质量
零件质量 装配质量
材料，金相组织 (材质)
加工精度，波纹度 ，表面粗糙度 (几何)
机械加工பைடு நூலகம்量
加工精度 表面质量
尺寸精度 形状精度 位置精度
表面（微观）形貌
加工变质层
1
1
1埃
加工精度及其发展
车、铣 磨 CNC机床 研磨，工具磨
光学磨，金刚石车、磨 金刚石超精车、磨，电解加工 衍射光栅刻线机 电子束，离子束，X射线 分子束生长，离子注 扫描隧道技术
始
机床
误
工艺系统静误差 夹具
误
刀具
工件（毛坯）
差
受力变形
差 加工过程中产生的误差
热变形 刀具磨损
残余应力变形
15
用模数铣刀铣齿轮时的齿形误差
16
5.2.2 工艺系统原有误差对加工精度的影响与控制
一、影响尺寸精度的主要因素与控制
试切测量精度： 改善测量方法；提高测量精度
微量进给精度：
L G(0 )
10
（3）影响耐蚀性 表面粗糙度值大的表面，腐蚀性物质（气体、液体）容易渗
透到表面的凹凸不平处，从而产生化学或电化学作用而被腐蚀。 表面微裂纹处容易受腐蚀性气体或液体的侵蚀，如零件表面
有残余压应力，则可阻碍微裂纹的扩展，从而在一定程度上提 高零件的耐蚀性。
11
（4）影响配合性质
影响配合性质最主要因素是表面粗糙度。对于间隙配合，经 初期磨损后，间隙会有所增大，严重时会影响密封性能或导向 精度；对于过盈配合，使计算所得过盈量与实际过盈量有所不 同，成为过渡配合甚至间隙配合，从而可能影响过盈配合的连 接强度。
表面粗糙度 表面波纹度
机械加工
表面质量 表面层物理机械
塑性变形引起的冷作硬化
性能（ 加工变质层） 切（磨）削热引起的金相组织变化
力（热）产生的残余应力
8
2. 机械加工表面质量对机器使用性能的影响
（1）影响耐磨性 粗糙度值大，实际接触面积小，接触 应力大，易磨损，耐磨性差。
粗糙度值越小，实际接触面积越大，耐磨性较好。
3．位置精度的获得方法
一次装夹法 多次装夹法
与机床几何精度有关 直接装夹 效率高，精度低 找正装夹 高精度，小批 夹具装夹 效率高，精度可满足要求
非成形运动法
位置精度要求极高时采用 与检测精度密切相关
7
5.1.3 机械加工表面质量及其对机器使用性能的 影响
1. 机械加工表面质量的含义
表面（微观）形貌
误差敏感方向：加工表面法向——原始误差引起的加 工误差最大
误差敏感方向 R X
Y 2 误差非敏感方向 R
2R0
常值
系统性误差
误差的性质
变值
随机性误差
14
原理误差 （阿线滚刀滚切渐开线齿轮、数控插补）
工件装夹误差
原
原
调整误差 （更换工件、刀具、夹具、量具时调整） 有
测量误差 （测量方法和量具误差）
19
机械制造新技术：
可变制造系统 柔性制造单元 数字化制造 无人化机械制造厂
2
激光反射镜平面度提高 到30nm，表面粗糙度 降 低到10nm，反射率将提高 到 99.8%以上。否则，寿 命将大大缩短
1kg 精 密 陀 螺 转 子 的 偏
心 增 加 0.5nm ， 将 引 起
100m的射程误差和50m的
nm
轨道误差
磁头与磁盘间的飞行高
度在50nm以下，若进一步
降低将使存储容量呈指数
此外，加工表面质量对零件接触刚度、运动平稳性和噪音等 也有影响。
12
5.2 机械加工精度的影响因素及控制措施
5.2.1 机械加工工艺系统原始误差 加工误差与原始误差
加工误差——加工后每个零件在尺寸、形状、位置 方面与理想零件的差值。
（几何参数的偏差）
原始误差——由于机床、刀具、量具、夹具和工件组 成的工艺系统造成加工误差的因素1。3
若粗糙度值过小，可能增加制造成本，且可能破坏润滑油膜，造成干摩擦。
加工表面硬化到一定程度能使耐磨性有所提高，但硬化过度 反会使结晶组织出现过度变形，甚至产生裂纹或剥落，使磨损加 剧，使耐磨性降低 。
9
（2）影响疲劳强度
交变载荷作用时，表面粗糙度、划痕及微裂纹等均会引起应 力集中，从而降低疲劳强度。
加工表面粗糙度的纹路方向与受力方向垂直时，疲劳强度明 显降低。
一般加工硬化可提高疲劳强度，但硬化过度则会适得其反。
残余应力为压应力时，可部分抵消交变载荷施加的拉压力， 阻碍和延缓裂纹的产生或扩大，从而提高疲劳强度；但为拉应 力时，则会大大降低疲劳强度。
有些加工方法，如滚压加工，可减小粗糙度值、强化表面层， 使表层呈压应力状态，从而防止产生微裂纹，提高疲劳强度。
基本成形运动 （回转、直线）
成形运动法 相互位置关系 （几何关系） 均准确
保证形 状精度 的条件
速度关系 （运动关系） 非成形运动法 足够的检测精度
18
机械制造新技术：
数控（Numerical Control—NC）技术 加工中心（MC） 工业机器人（Industrial Robot）技术 自适应控制机床（Adaptive Control Machine Tools） 计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing－CAM） 计算机数控机床（Computerized Numerical Control－CNC）
倍增长
3
4
精密和超精密加工技术
机械加工的技术重点
大型工件的加工技术
特殊材料的加工技术
机械加工精度的各项指标既有区别，又有联系。 一般情况下，形状精度要求高于尺寸精度，位置精度要求 也高于尺寸精度。
尺寸公差 > 位置公差 > 形状公差 > 表面粗糙度值
5
5.1.2 机械加工精度的获得方法
1．尺寸精度的获得方法
K
式中， L 为跃进距离；G为工作台重量； μ0 ，μ 分别为静、动摩擦系数； K 为机构传动刚度。
微薄切削层的极限厚度：
改进工艺方法（精车、精磨、研磨）
减小刀具或磨粒的刃口钝圆半径 re
定位调整精度:
减少定位误差；提高进给重复定位精度
提高对尺寸分布中心判断的准确性 ℯ 17
二、影响形状精度的主要因素与控制
试切法
手工逐步调刀获得所需尺寸
调整法
加工前先调整好刀具位置再进行一批加工
定尺寸刀具法 尺寸精度由刀具保证 （钻头、拉刀）
自动控制法 自动化的试切法
2．形状精度的获得方法
轨迹法 车、刨、磨
成形运动法 仿形法 靠模 成形刀具法 成形运动和刃形
展成法 成形表面通过包络形成
非成形运动法 形状精度超过机床成形运动精度时使用6