机械加工质量

主轴纯角度摆动对镗孔精度 的影响
2、机床导轨误差
• 机床导轨是机床中确定某些主要部件相对位置的基准，也 是某些主要部件的运动基准。
现以卧式车床为例，说明导轨误差是怎样影响工件 的加工精度的。
（1）导轨在水平面内直线度误差的影响
当导轨在水平面内的直线度误差为△y时 （图）,引起工件在半径方向的误差为：
• 机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀 具及成形刀具。一般刀具（如车刀、镗刀、铣刀等） 的制造误差对加工精度没有直接的影响。定尺寸刀 具（如钻头、绞刀、拉刀及槽铣等）的尺寸误差直 接影响被加工零件的尺寸精度。同时刀具的工作条 件，如机床主轴的跳动因刀具安装不当引起的径向 或端面圆跳动等都会使加工面的尺寸扩大。成形刀 具（如成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等）的误差 主要影响被加工面的形状精度。
△R=△y
由此可见：床身导轨在水平面内如果有直线度 误差，使工件在纵向截面和横向截面内分别产生形 状误差和尺寸误差。
• 当导轨向后凸出时，工件上产生鞍形加工误差； • 当导轨向前凸出时，工件上产生鼓形加工误差。
(2)导轨在垂直面内直线度误
差
(R R)2 Z 2 R2
床身导导轨轨在在垂垂直直面面内内有直直线线度度误差误，差会的引影起刀尖产生 切向位移响△Z，造成工件在半径方向产生的误差为：
［加工误差］是指零件加工后的实际几何参数对理想几何 参数的偏离程度，所以，加工误差的大小反映了加工精度 的高低。
6.1.2表面质量的概念
［表面质量］是指零件表面几何特征和物理力学性 能。它主要有如下两方面内容：
6.1.3表面质量对零件使用性能的影响
一、表面质量对零件耐磨性 的影响
（1）表面粗糙度对零件耐磨 性的影响
表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲 劳性越好；反之，加工表面越粗糙，表面的纹痕 越深，纹底半径越小，其抗疲劳破坏的能力越差。
（2）表面层冷作硬化与残余应力对零件疲劳强度的 影响
• 适度的表面层冷作硬化能提高零件的疲劳强度。
• 残余应力有拉应力和压应力之分，残余拉应力容 易使已加工表面产生裂纹并使其扩展而降低疲劳 强度
• 机械三加工、中调存整在着误很差多工艺系统的调整问题，
由于任何一次调整工作不可能绝对准确，所以存 在误差。这种误差称为调整误差。
• 引起调整误差的因素很多，例如调整时所用的刻 度盘、行程机构的精度以及与他们配合使用的离 合器、电器开关、控制开关等的灵敏度。
四、刀具夹具的制造误差及工件 的安装误差
实际上主轴回转误差是上述三种形式误差的合成。 由于主轴实际回转轴线在空间的位置是在不断变化的， 由上述三种运动所产生的位移（即误差）是一个瞬时值。
①主轴的纯径向跳动对车削和镗削加工精度的影响
• 镗削加工：镗刀回转，工件不转
假设由于主轴的纯径向跳动而使轴线在y坐标方向作简谐运动， 其频率与主轴转速相同，简谐幅值为A；
零件表面残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物质 不易进入，可增强零件的耐腐蚀性，而表面残余拉应力则 降低零件耐腐蚀性。
(3) 表面质量对零件使用性能还有其它方面的影响：如减 小表面粗糙度可提高零件的接触刚度、密封性和测量精度； 对滑动零件，可降低其摩擦系数，从而减少发热和功率损 失。
四、表面质量对零件工作精度的影响
• 表面粗糙度太大和太小都 不耐磨。
• 表面粗糙度的最佳值与机器 零件的工作情况有关，载荷 加大时，磨损曲线向上、向 右移动，最佳表面粗糙度值 也随之右移。
二、表面质量对零件疲劳强度的影响
（1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响
表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。
对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在 交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引 起应力集中，产生疲劳裂纹。
寸误差和形状误差。这种切削力的变化引起的工件加工误差， 可用误差复映规律进行分析。
由于工艺系统受力 变形，使毛坯误差部分 反映到工件上，此种现 象称为“误差复映”。
毛坯形状误差复映
• 设毛坯最大背吃刀量为ap1，最小背吃刀量为ap2，则毛 坯误差Δm＝ ap1 – ap2。根据金属切削原理，在一定的切削条 件下，切削力与背吃刀量成正比，即：
• 残余压应力则能够部分地抵消工作载荷施加的拉 应力，延缓疲劳裂纹的扩展，从而提高零件的疲 劳强度。
三、表面质量对零件耐腐蚀性能的影响
（1）表面粗糙度对零件耐腐蚀性能的影响
零件表面越粗糙，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越 深，渗透与腐蚀作用越强烈。因此减小零件表面粗糙度， 可以提高零件的耐腐蚀性能。
（2）表面残余应力对零件耐腐蚀性能的影响
间的间隙 • ④接合面间摩擦力的影响
两零件结合面间的接触情况
机床部件刚度的薄弱环节
a) 溜板中的楔铁 b) 轴承套
二、工艺系统受力变形对加工精 1、切削度力的作影用响位置变化引起的加工误差
工艺系统受力变形随切削位 根据材料力学的置挠而度变计化算公式，其切削点 工件的变形量为：
Yw Fy • (L x)2 x2
按照这些误差的性质将其归纳为四个方面。
①工艺系统的几何误差。包括加工方法的原理误差、机床的几何误 差、调整误差、刀具和夹具的制造误差、工件的安装误差以及工艺系 统磨损所引起的误差。
②工艺系统受力变形所引起的误差。
③工艺系统热变形所引起的误差。
④工件内应力所引起的误差。包括零件的毛坯制造和切削加工中的 内应力引起的误差。
（3）前后导轨平行度误差的影响
床身前后导轨有平行度误差（扭曲）时，会使车床溜 板在沿床身移动时发生偏斜，从而使刀尖相对工件产生偏 移，使工件产生形状误差（鼓形、鞍形、锥度）。
3、机床传动链误差
在车螺纹、插齿、滚齿等加工时，刀具与工件之间有 严格的传动比要求。要满足这一要求，机床内联系传动链 的误差必须控制在允许的范围内。
3EI
L
从上式的计算结果和车削的实际情况都可 证实，切削后的工件呈鼓形，其最大直径 在通过轴线中点的横截面内。
刚度变化造成工件误差
1－理想的工件形状； 2－k头≠k尾时车出的工件形状
起切切削削力过和2差、程工（中切艺误，系削差由统力于受复大毛力映坯小变）加形变工的化余变引量化和起，材因的料而加硬产工度生的误了变工化件，的引尺
Z2 R2
1
镗孔时纯径向跳动对加工精 度的影响
• 车床加工：工件回转，刀具移动
假设主轴轴线沿y轴作简谐运动，在工件的1处（主 轴中心偏移最大之处）切出的半径比在工件的2、4处切 出的半径小一个幅值A；在工件的3处切出的半径比在工 件的2、4处切出的半径大一个幅值A。
这样，上述四点工件的直径都相等，其它各点直径 误差也很小，所以车削出的工件表面接近于一个真圆。
（1）表面粗糙度对零件配合精度的影响 表面粗糙度较大，则降低了配合精度。
（2）表面残余应力对零件工作精度的影响 表面层有较大的残余应力，就会影响它们精度
的稳定性。
6.2.1影响加工精度和表面质量的因素
机械加工中，机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统在完成任何 一个加工过程中，都将有许多原始误差影响零件的加工精度。它们是 机床的几何误差，包括微量进给误差、成形运动误差及磨损误差；工 件的安装误差；测量误差以及加工中各种力和切削热所引起的误差等。 这些误差可分为两部分：一部分与工艺系统本身的结构和状态有关； 一部分与切削过程有关。
Y2+Z2=R2+A2Sin2φ 由此可见，主轴的纯径向跳动对车削加工工件的圆 度影响很小。
车削时纯径向跳动对加工精 度的影响
②轴向窜动对车、镗削加工 精度的影响
主轴的轴向窜动对内、外圆的加 工精度没有影响，但加工端面时，会 使加工的端面与内外圆轴线产生垂直 度误差。
主轴每转一周，要沿轴向窜动一 次，使得切出的端面产生平面度误差 （图）。当加工螺纹时，会产生螺距 误差。
R Z 2 2R
• 设：△Z=△Y=0.01mm ，R=50mm ，
• 则由于法向原始误差而产生的加工误差
•
△R= △Y =0.01mm,
• 由于切向原始误差产生的加工误差
•
△ R =0.000001mm
• 此值完全可以忽略不计，因此该误差对工件的尺寸精 度和形状精度影响甚小。
结论：
原始误差引起工件相对于刀具产生相对位移， 若产生在加工表面法向方向（误差敏感方向），对 加工精度有直接影响；产生在加工表面切向方向 （误差非敏感方向） ，可忽略不计。
（1）机床部件刚度的特点
• 1） 背向力Fp与刀架变形ydj不是线性关系。
• 2） 加载曲线与卸载曲线不重合。
• 3） 加载曲线与卸载曲线不封闭（卸载后 由于存在 残余变形，曲线回不到原点）。
• 4）部件的实际刚度远比按实体结构的估计
值小。
（2）影响机床部件刚度的因 素
• ①连接表面间的接触变形（图示） • ②薄弱零件本身的影响（图） ③接合面
机械加工质量
6.1.1加工精度的概念
［加工质量］主要指机械加工精度和表面质量。
［加工精度］是指零件在加工后的实际几何参数（尺寸、 几何形状和表面相互位置）与理想零件的几何参数相符合 的程度。其符合程度愈高，则加工精度愈高，反之，愈低。 实际加工时不可能也没有必要把零件做得与理想零 件完全一致，而总会有一定的偏差，即加工误差。只要这 些误差在规定的范围内，即能满足机器使用性能的要求。
• 夹具和量具使用中的磨损，将会引起工件的定位 误差和测量误差。
• 刀具的磨损，会直接影响刀具相对被加工表面的 位置，造成一批零件的尺寸误差。长的轴类零件， 由于刀具的磨损还会造成形状误差。
6.2.1.2工艺系统受力变形引起 的加工误差
1. 工艺一系统、刚工度艺的概系念统的刚度
工艺系统刚度
在机械加工过程中，工艺系统的刚度是加工表面 法向所受的外力与该方向上位移的比值。