机械加工质量

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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
(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。
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
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。
• 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。
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:
则: Y = Acosφ ( φ=ωt)
且主轴中心偏移最大(等于A)时,镗刀尖正好通过水平位置1 处。
当镗刀转过一个φ角时(位置1’),刀尖轨迹的水平分量和垂直 分量分别计算得:
y=Acosφ+Rcosφ=(A+R)cosφ
Z=Rsinφ
将上两式平方相加得:
y2
表明此时镗出的孔为椭圆(R形 。A)2
(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
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
K Fy Y
工艺系统的刚度,是以系统中各个环节的刚度来进行计算的。
1 1 1 1 1 K Kc K j Kd Kg
• 机床结构2.复机杂床,组部成件的刚零度部 特点
件多,各零部件之间有不同 的联接和运动方式,因而机 床部件的刚度问题就比较复 杂。它的计算至今还没有合 适的方法,需要通过实验来 测定。
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。
• 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。
[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
6.2.1.1工艺系统的几何误差
一、原理误差 原理误差是指由于采用了近似的加工方法、近似的成形
运动或近似的刀具轮廓而产生的误差。
• 例如滚齿用的齿轮滚刀,就有两种误差,一是为了制造方 便,采用阿基米德蜗杆代替渐开线基本蜗杆而产生的刀刃 齿廓近似造形误差;二是由于滚刀切削刃数有限,切削是 不连续的,因而滚切出的齿轮齿形不是光滑的渐开线,而 是折线。
主轴轴向窜动对端面加工精 度的影响
③角度摆动对车、镗削加工精度的影响
主轴纯角度摆动对加工精度的影响,取决于 不同的加工内容。
车削加工时工件每一横截面内的圆度误差很 小,但轴平面有圆柱度误差(锥度)。
车外圆:得到圆形工件,但产生圆柱度误差 (锥体)
车端面:产生平面度误差
镗孔时,由于主轴的纯角度摆动 使得主轴回转 轴线与工作台导轨不平行,使镗出的孔呈椭圆形, 如图所示。
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。
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;
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。
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
• 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
• 成形车刀、成形铣刀也采用了近似的刀具轮廓。
• 采用近似的成形运动和刀具刃形,不但可以简化机床或 刀具的结构,而且能提高生产效率和加工的经济效益。
二、机床的几何误差
机床几何误差组成
1、主轴回转误差
(1)机床主轴回转误差的概念 主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线(一般用平
均回转轴线来代替)产生的偏移量。
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。
• 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
(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。
△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

(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:
• 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。
• 夹具的制造误差一般是指定位元件、导向元件及 夹具体等零件的加工和装配误差。
• 工件的安装误差,包括工件的定位误差和夹紧误 差。
五、工艺系统磨损所引起的 • 机床误在差长期使用中,由于各部件的结构、工作
条件和维护情况等各方面的不同,形成各表面间 不同程度的磨损。这些磨损必将扩大机床的原始 误差,影响零件的各项加工精度。
• 图为单向加载时车床刚 度测定示意图。主轴部件、 尾座及刀架的变形可分别从 千分表2、3和6读出。
• 这种方法测得的y方向 位移是背向力Fp作用下引起 的变形。
图 单向静载测定车床刚度 1-心轴 2、3、6-千分表 4-测力环 5-螺旋加力器
车床刀架部件的刚度曲线
Ⅰ-一次加载 Ⅱ-二次加载
Ⅲ-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ次加载
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:
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