第九章 切削加工质量

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2. 随机性误差(又称偶然性误差) 在加工一批零件时,产生误差的大小和方向是无规律地变
化的,是由于各种彼此之间没有任何依赖关系的随机因素共同 作用而产生的。因此,随机性误差出现的时机和大小事先是不 确定的。
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
五、提高加工精度的工艺措施
1. 误差预防 (1)合理采用先进工艺与设备 (2)直接减小误差法 (3)转移原始误差法 (4)误差分组法 (5)误差平均法 (6)就地加工法
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
2. 工件热变形及其对加工精度的影响
常见几种机床的热变形趋势 a)导轨磨床 b)铣床 c) 平面磨床 d)双端面磨床 1—床身 2—滑板 3—立柱
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
3. 刀具的热变形及其对加工精度的影响
A 曲线表示车刀在连续工作状态 下的热伸长曲线,开始切削时 温升较快,伸长较大,以后温 升逐渐平缓而达到热平衡状态。 B 曲线表示间断切削时车刀温度 忽升忽降所形成的变形过程。 间断切削车刀总的热变形比连 续切削小一些,最后趋于δ 范围 内变动。 C 曲线表示切削停止后刀具冷却 的变形过程。
加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响
在实际切削时,选择低速宽刀精切和高速精切,往往可 以得到较高的表面质量。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
2. 磨削加工的表面粗糙度 (1)几何因素的影响 1)磨削用量对表面粗糙度的影响。 2)砂轮粒度和砂轮修整对表面粗糙度的影响。
(2)表面层金属的塑性变形(物理因素的影响) 1)磨削用量。 2)砂轮的选择。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
三、减小表面粗糙度值的措施
2. 磨削加工中减小表面粗糙度值的措施 (1)当磨削温度不太高时,可以降低工件的线速度v 和纵向 进给量fa(提高砂轮切削速度往往受到机床结构和砂轮强度的 限制,故一般不采用),在v 和fa 之间,因降低fa 会降低生产 效率,故优先考虑降低v,然后再考虑降低fa。 (2)仔细修整砂轮和适当增加光磨次数也是减小表面粗糙度 值常用的有效措施。 (3)如果磨削表面出现微熔点,首先考虑减小磨削深度,必 要时适当提高工件速度,同时还应考虑砂轮是否太硬,切削液 是否充分,是否有良好的冷却性和流动性。 (4)如果表面拉毛、划伤,则应检查切削液是否清洁,砂轮 是否太软等。
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
2)主轴回转误差。主轴回转误差可分为轴向窜动、径向圆跳动 和角度摆动三种基本形式。
a)轴向窜动 b)径向圆跳动 c)角度摆动
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
3)传动链误差。是由于传动链中的传动元件存在制造误差和装 配误差引起的。使用过程中的磨损也会产生传动链误差。
2. 误差补偿 (1)主动测量 (2)偶件配合加工 (3)积极控制起决定性作用的加工条件
§9-3 加工误差的综合分析
二、实验分布图分析
成批加工某种零件,抽取其中一定数量进行测量,抽取的 这批零件称为样本,其件数n称为样本容量。
以工件尺寸(或误差)为横坐标,以频数或频率为纵坐标, 就可作出该批工件加工尺寸(或误差)的实验分布图,即直方 图。
一、工艺系统的几何误差
1. 加工原理误差(理论误差) (1)近似的刀具轮廓 (2)近似的成形运动轨迹 (3)近似传动比的成形运动
2. 机床、刀具、夹具的制造误差及工件的定位误差 (1)机床误差 1)导轨导向误差。导轨导向精度是指机床导轨副的运动件实际 运动方向与理想运动方向的符合程度,这两者之间的偏差称为 导轨误差。①在水平面内的直线度Δy(弯曲). ②在垂直面内的 直线度Δz(弯曲)。③前后导轨的平行度δ (扭曲)。
1. 表面粗糙度对零件耐磨性的影响 零件工作表面的耐磨性不仅与摩擦副的材料和润滑情况
有关,而且还与两个相互运动零件的表面质量有关。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
2. 表面粗糙度对零件疲劳强度的影响
表面粗糙度值越大,疲劳强度越低;越是优质钢材,晶粒 越细小,组织越致密,则表面粗糙度对疲劳强度的影响越大。
机械制造工艺与设备
第九章
切削加工 质量
§9-1 基本概念
一、加工精度与加工误差
加工精度是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和 位置)与理想几何参数的符合程度。
加工误差是指加工后零件的实际几何参数( 尺寸、表面形 状和表面相互位置) 与理想几何参数的偏离程度。
二、产生加工误差的因素
工件和刀具分别安装在夹具和机床上,并受到夹具和机床 的约束,由机床、夹具、刀具和工件组成的系统称为工艺系统。
(3)纹理方向:纹理方向是指表面刀纹的方向,它取决于表面 形成过程中所采用的机械加工方法。
(4)伤痕:伤痕是加工表面上一些个别位置处出现的缺陷,如 砂眼、气孔、裂痕等。
§9-1 基本概念
加工纹理方向及其符号标注
a)纹理方向平行于标注代号的视图平面 b)纹理方向垂直于标注代号的视图平面 c)纹理呈交叉形 d)纹理呈近似同心圆 e)纹理呈迂回形 f)纹理呈近似放射形
2. 减少或消除残余应力的措施 (1)合理设计零件结构 (2)对工件进行热处理和时效处理 1)高温时效。 2)低温时效 (3)合理安排工艺过程
§9-3 加工误差的综合分析
一、加工误差的性质
1. 系统性误差 当顺序加工一批零件时,产生误差的大小和方向若保持不
变称为常值系统性误差;若按一定的规律变化则称为变值系统 性误差。加工原理误差,机床、刀具、夹具、量具的制造误差 和调整误差等都是常值系统性误差。
(3)加工表面的残余应力:在机械加工中,当表面层金属发生 形状、体积或金相组织变化时,将在表面层金属与基体间产生 残余应力。形成残余应力的原因主要有以下三个方面:
1)冷态塑性变形引起残余应力。 2)热态塑性变形引起残余应力。 3)金相组织变化引起残余应力。
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
车刀受热后的变形曲线
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
四、工件残余应力引起的加工误差
1. 残余应力的种类 (1)毛坯制造中产生的内应力(热应力)
铸件因内应力而引起的变形 a)内外截面厚薄不同的铸件 b)开缺口的铸件
床身内应力引起的变形
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
3. 其他力引起的加工误差 (1)夹紧力引起的加工误差
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
套筒夹紧变形误差 a)用三爪自定心卡盘直接装夹 b)用开口过渡环装夹 c)用专用卡爪装夹
Ⅰ—毛坯 Ⅱ—夹紧后 Ⅲ—车孔后 Ⅳ—松开后 1—工件 2—开口过渡环 3—专用卡爪
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
例题 磨削一批轴颈为φ 的工件,绘制工件加工尺寸的直方图。
解:(1)收集数据。本例取n=100 件,实测数据见表9-3。找 出最大值xmax=54 μm,最小值xmin=16 μm。
§9-3 加工误差的综合分析
§9-3 加工误差的综合分析
(2)确定组数k、组距d、各组组界和组中值 (3)查实测数据表9-3 中符合某组界偏差值零件的数量,确 定频数mi,记录各组数据,整理成频数分布表,见表9-4。
(1)各种毛坯形状误差,不论是圆度、圆柱度、同轴度等都会 以一定的复映系数复映成工件的加工误差。
(2)在工艺系统刚度低的场合下(如镗孔时镗杆较细、车削时 工件较细长以及磨孔时磨杆较细等),则误差复映的现象比较 明显,有时需要以实际反映的复映系数着手分析提高加工精度 的途径。
(3)在大批误差时,会使加工余量发生变化,由于误差复映的 结果,也就造成了一批工件的“尺寸分散”。
§9-3 加工误差的综合分析
(4)根据表9-4 所列数据画出直方图,如图9-26 所示。
(5)在直方图上作出最大极限尺寸Amax=60.06 mm 及最小极 限尺寸Amin=60.01 mm 的标志线,并计算x 均和S。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
一、表面粗糙度对零件使用性能的影响
薄片工件的磨削 a)毛坯翘曲 b)吸盘吸紧 c)磨后松开,工件翘曲 d)磨削凸面 e)磨削凹面 f)磨后松开,工件平直
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
(2)重力引起的加工误差
(3)惯性力引起的加工误差
三、工艺系统热变形引起的加工误差
1. 机床的热变形及其对加工精度的影响 如图9-16 所示为车床在工作状态下的热变形。
(2)刀具、夹具误差及工件的定位误差 1)刀具误差。 2)夹具误差。 3)工件的定位误差。
二、工艺系统受力变形所引起的加工误差
1. 工艺系统的刚度 作用力F(静载)与由它所引起的在作用力方向上产生的变
形量y 的比值称为物体的静刚度k,简称刚度。
2. 误差复映
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
3. 表面粗糙度对零件耐腐蚀性的影响 零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度Ra。表
面粗糙度值越大,凹谷越深,越容易积聚腐蚀性物质,渗透 与腐蚀作用越强烈。
4. 表面粗糙度对零件配合性质的影响 无论是间隙配合、过渡配合还是过盈配合,若表面粗糙度
值过大,则必然影响它们的实际配合性质。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施 二、影响表面粗糙度的主要因素及改善措施
(2)冷校直带来的内应力(塑变应力)
冷校直引起的内应力 a)工件产生弯曲变形 b)在力F 的作用下,工件的内部应力分布
c)新内应力平衡状态
§9-2 影响加工精度的因素及提高加工质量的措施
(3)切削加工的附加拉力(切削应力)
切削加工对应力的影响有两部分:一是由于切除一层金属, 破坏了零件原有的内应力平衡,使内应力重新分布和再平衡; 二是切削时,局部表面层在高温、高压下,由于不均匀的塑性 变形而产生的应力。
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
三、减小表面粗糙度值的措施
1. 切削加工中减小表面粗糙度值的措施 (1)改用更低或更高的切削速度,并选用较小的进给量,可 以有效地抑制鳞刺和积屑瘤的生长。 (2)在中、低速切削时,加大前角对抑制鳞刺和积屑瘤有良 好的效果,同时,适当加大后角对减小鳞刺也有一定的效果。 (3)改用润滑性能良好的切削液,如动物油、植物油、极压 乳化液或在切削液中添加硫、磷、氯等的极压切削油等。 (4)必要时可对工件先进行正火、调质等热处理,以提高工 件的硬度,降低塑性和韧性。
§9-1 基本概念
2. 表面层金属的力学性能、物理性能和化学性能 (1)表面冷作硬化:在加工过程中,工件表层材料在切削力的 作用下产生塑性变形,使晶粒间产生剪切滑移,晶格扭曲,并 使晶粒拉长、破碎,从而使加工表面层材料的强度和硬度提高, 塑性下降,这种现象称为冷作硬化。
(2)表面层金相组织变化:在机械加工中会产生很高的切削热, 直接影响着工件表面层材料的金相组织。
1. 切削加工的表面粗糙度 切削加工的表面粗糙度值主要取决于切削残留面积的高度。
影响切削残留面积高度的因素主要包括刀尖圆弧半径、主偏 角、副偏角及进给量等。
车削、刨削时残留面积的高度 a)尖刀切削情况 b)圆弧切削刃切削情况
§9-4 影响表面粗糙度的因素及改善表面粗糙度的措施
图9-30 描述了加工塑性材料时切削速度对表面粗糙度的影响。
上述各种因素在机械加工过程中将对加工精度产生综合性 作用。加工条件不同,误差构成也不同,不是在任何加工中所 有误差因素都会同时出现。
§9-1 基本概念
三、表面质量
1. 加工表面的几何形状误差 (1)表面粗糙度:表面粗糙度是加 工表面的微观几何形状误差,其波 长与波高比值一般小于50。
(2)波纹度:加工表面不平度中波长与波高的比值等于50 ~ 1 000 的几何形状误差称为波纹度,它是由机械加工中的振动引 起的。
工艺系统中凡是能直接引起加工误差的因素都称为原始误 差。
§9-1 基本概念
若原始误差在加工前已经存在,即在非工作状态下检验出 的误差,称为工艺系统静态误差,如机床和夹具的制造误差、 刀具的尺寸误差、毛坯尺寸误差等都属于静态误差;若原始误 差是在工作状态下产生的,则称为工艺系统动态误差。
研究加工精度时,通常按照工艺系统误差的性质将其归纳 为四个方面: 1. 工艺系统的几何误差。 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. 工件内应力变化所引起的误差。
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