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1、第三章 机械加工质量分析及控制第1页，本讲稿共107页第一节第一节 概概 述述 零件的加工质量是保证机械产品工作性能和产品寿命的基础。衡量进行加工质量的指标有两方面衡量进行加工质量的指标有两方面加工精度加工精度表面质量表面质量本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。本章的任务是讨论零件的机械加工精度问题。第2页，本讲稿共107页一、加工精度和表面质量的概念一、加工精度和表面质量的概念 在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工在机械加工过程中，由于各种因素的影响，使刀具和工件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理件间的正确位置发生偏移，因而加工出来的零件不可能与理想的要求完全
2、符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加想的要求完全符合，两者的符合程度可用机械加工精度和加工误差来表示。工误差来表示。第3页，本讲稿共107页 是指零件加工后的是指零件加工后的实际几何参数实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。与理想几何参数的符合程度。1 1、机械加工精度：、机械加工精度：2 2、加工误差：、加工误差：是指零件加工后的实际几何参数是指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置尺寸、形状和位置)与理想几何参数的与理想几何参数的偏离程度偏离程度。加工精度越高，则加工。加工精度越高，则加工误差越小，反之越大。误差越小，反之越大。第4页，本讲稿共1
3、07页 从保证产品的使用性能分析，从保证产品的使用性能分析，没有必要把每个零件都加没有必要把每个零件都加工得绝对准确工得绝对准确，可以，可以允许有允许有定的加工误差定的加工误差，只要加工误，只要加工误差不超过图样规定的偏差，即为合格品。差不超过图样规定的偏差，即为合格品。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。加工精度的高低是以国家有关公差标准来表示的。保保证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。证和提高加工精度实际上就是限制和降低加工误差。第5页，本讲稿共107页3 3、表面质量、表面质量 （一）加工表面几何特征（一）加工表面几何特征 加工表面的几何特征，主要由表面粗糙度和表面波度
4、两加工表面的几何特征，主要由表面粗糙度和表面波度两部分组成（见图部分组成（见图3-13-1）。）。（二）加工表面层物理力学性能（二）加工表面层物理力学性能图图3-13-1表面粗糙度和波度表面粗糙度和波度 第6页，本讲稿共107页(1)(1)试切法试切法应用：应用：单件小批生产中。单件小批生产中。方法：方法：对工件进行试切对工件进行试切测量测量调整调整再试切，直到达再试切，直到达到要求的精度为止。到要求的精度为止。二、加工精度的获得方法二、加工精度的获得方法第7页，本讲稿共107页 1)1)测测量量误误差差。由由量量具具本本身身精精度度度度、测测量量方方法法及及使使用用条条件件引引起。起。2)2
5、)进进给给机机构构的的位位移移误误差差。在在微微量量调调整整刀刀具具的的位位置置、低低速速微微量量进进给给中中，常常常常出出现现进进给给机机构构的的“爬爬行行”现现象象，其其结结果果使使刀刀具具的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。的实际位移与刻度盘上的数值不一致、造成加工误差。3)3)试试切切时时与与正正式式切切削削时时切切削削层层厚厚度度不不同同的的影影响响。精精加加工工时时，切切削削刃刃只只起起挤挤压压作作用用而而不不起起切切削削作作用用，但但正正式式切切削削时时的的深深度较大工件。度较大工件。这时，引起调整误差的因素有：这时，引起调整误差的因素有：第8页，本讲稿共107页(2
6、)(2)调整法调整法 影响调整精度的因素有：影响调整精度的因素有：1 1）上述影响试切法调整精度的因素，）上述影响试切法调整精度的因素，因为采用调整因为采用调整法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。法对工艺系统进行调整时，也要以试切为依据。2 2）用定程机构调整时，）用定程机构调整时，调整精度取决于行程挡块、靠调整精度取决于行程挡块、靠模及凸轮等机构的制造精度和刚度；模及凸轮等机构的制造精度和刚度；第9页，本讲稿共107页 3 3）用样件或样板调整时，）用样件或样板调整时，调整精度取决于祥件或样板调整精度取决于祥件或样板的制造、安装和对刀精度；的制造、安装和对刀精度；4 4）工工艺艺系系统
7、统初初调调好好以以后后，般般要要试试切切几几个个工工件件，并并以以其其平平均均尺尺寸寸作作为为判判断断调调整整是是否否准准确确的的依依据据。由由于于试试切切加加工工的的工工件件数数(称称为为抽抽样样件件数数)不不可可能能太太多多，不不能能完完全全反反映映整整批批工工件件切切削削过过程程中中的的各各种种随随机机误误差差，故故试试切切加加工工几几个个工工件件的的平平均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。均尺寸与总体尺寸不能完全符合，也造成加工误差。第10页，本讲稿共107页三、加工表面质量对零件使用性能的影响三、加工表面质量对零件使用性能的影响1.1.表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零
8、件耐磨性的影响 （1 1）表面粗糙度对零件耐磨性的影响）表面粗糙度对零件耐磨性的影响 一对刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶一对刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间，最初阶段只是在表面粗糙度的峰部接触，实际接触面积远小于理段只是在表面粗糙度的峰部接触，实际接触面积远小于理论接触面积，在相互接触的峰部，有非常大的单位压力，论接触面积，在相互接触的峰部，有非常大的单位压力，使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏，引起严重磨损。剪切破坏，引起严重磨损。第11页，本讲稿共107页 零件磨损的特点零件磨损的特点:零件磨损一般可分
9、为三个阶段，图中零件磨损一般可分为三个阶段，图中、和和三个三个区域分别表示了这三个阶段。区域分别表示了这三个阶段。：磨损快、时间较短。：磨损快、时间较短。：随着表面粗糙度峰部不断被碾平和被剪切，实际接触面积：随着表面粗糙度峰部不断被碾平和被剪切，实际接触面积不断加大，单位压力也逐渐减小，摩擦副即进入正常磨损阶段。不断加大，单位压力也逐渐减小，摩擦副即进入正常磨损阶段。正常磨损阶段经历的时间较长。正常磨损阶段经历的时间较长。：随着表面粗糙度的峰部不断被碾平和被剪切，接触面积越大，零件：随着表面粗糙度的峰部不断被碾平和被剪切，接触面积越大，零件间的金属分子亲和力增大，表面间机械咬合作用增大，磨损急
10、剧增加。间的金属分子亲和力增大，表面间机械咬合作用增大，磨损急剧增加。区是剧烈磨损区，此时摩擦副不能正常工作。区是剧烈磨损区，此时摩擦副不能正常工作。第12页，本讲稿共107页磨损量工作时间初期磨损阶段 正常磨损阶段剧烈磨损阶段第13页，本讲稿共107页 表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说来，表面表面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说来，表面粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，润滑油粗糙度值越小，其耐磨性越好。但表面粗糙度值太小，润滑油不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因不易储存，接触面之间容易发生分子粘接，磨损反而增加。因此，接触面的表面粗糙度有一个
11、最佳值此，接触面的表面粗糙度有一个最佳值一般由试验确定。一般由试验确定。平均磨损量，平均磨损量，%表面粗糙表面粗糙度度 发动机活塞发动机活塞销最合适的表销最合适的表面粗糙度值面粗糙度值第14页，本讲稿共107页（2 2）表面冷作硬化对零件耐磨性的影响）表面冷作硬化对零件耐磨性的影响 加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面层金属的显微加工表面的冷作硬化，使摩擦副表面层金属的显微硬度提高，减少了摩擦副接触处的弹性和塑性变形，故硬度提高，减少了摩擦副接触处的弹性和塑性变形，故一般可使耐磨性提高。一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度但也不是冷作硬化程度越高耐磨性也越高，这是越高耐磨性也越高，这是因为过分
12、的冷作硬化将引因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松，甚起金属组织过度疏松，甚至出现裂纹和表层金属的至出现裂纹和表层金属的剥落，使耐磨性下降。剥落，使耐磨性下降。磨损量HB3203403603804004204405060708090第15页，本讲稿共107页2.2.表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响 金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面或表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强件表面或表面冷硬层下面，因此零件的表面质量对疲劳强度影响较大。度影响较大。（1 1）表面粗糙度对零件疲劳强度的影响表面粗糙度对零件
13、疲劳强度的影响 在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易在交变载荷作用下，表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越大，引起应力集中，产生疲劳裂纹。表面粗糙度值越大，表面的裂纹越深，纹底半径越小，抗疲劳破坏的能力表面的裂纹越深，纹底半径越小，抗疲劳破坏的能力越差。零件上易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表越差。零件上易产生应力集中的沟槽、圆角等处的表面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。面粗糙度，对疲劳强度的影响更大。第16页，本讲稿共107页 （2 2）残余应力对零件疲劳强度的影响残余应力对零件疲劳强度的影响 残余应力对疲劳强度强度的影响较大。表面残余拉残余应力对疲劳强度强
14、度的影响较大。表面残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面残余压应力将使疲劳裂纹扩大，加速疲劳破坏；而表面残余压应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生，应力能够阻止疲劳裂纹的扩展，延缓疲劳破坏的发生，有利于提高疲劳强度。有利于提高疲劳强度。（3 3）冷作硬化对零件疲劳强度的影响冷作硬化对零件疲劳强度的影响 表面冷作硬化一般伴有残余压应力的产生，可以表面冷作硬化一般伴有残余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，对提高疲劳强度有利。但表面冷作硬化过高时，可能会产生较大的度有利。但表面冷作硬化过高时，可能会产生较大的脆性裂纹
15、，从而降低疲劳强度。脆性裂纹，从而降低疲劳强度。第17页，本讲稿共107页3.3.表面质量对耐腐蚀性能的影响表面质量对耐腐蚀性能的影响 （1 1）表面粗糙度对零件耐蚀性的影响）表面粗糙度对零件耐蚀性的影响 大气里气体、液体与金属工件接触，会在金属表面凝聚而大气里气体、液体与金属工件接触，会在金属表面凝聚而使金属腐蚀。表面粗糙度越大，接触面越大，腐蚀物质越易沉使金属腐蚀。表面粗糙度越大，接触面越大，腐蚀物质越易沉积于凹坑中，耐蚀性越差。积于凹坑中，耐蚀性越差。（2 2）表面层金属力学物理性能对零件耐蚀性的影响）表面层金属力学物理性能对零件耐蚀性的影响 当零件表面有残余当零件表面有残余压压应力时，
16、有利于阻止表面裂纹的进应力时，有利于阻止表面裂纹的进一步扩大，耐蚀性提高；一步扩大，耐蚀性提高；当零件表面有残余当零件表面有残余拉拉应力时，则会使表面裂纹的进一应力时，则会使表面裂纹的进一步扩大，耐蚀性变差。步扩大，耐蚀性变差。第18页，本讲稿共107页4.4.表面质量对零件配合质量的影响表面质量对零件配合质量的影响 （1 1）间隙配合）间隙配合 对于间隙配合，工作表面越粗糙，磨损越大，使配对于间隙配合，工作表面越粗糙，磨损越大，使配合间隙很快增大，从而改变原有的配合性质，降低配合合间隙很快增大，从而改变原有的配合性质，降低配合精度。对于液压、气动元件，还会造成泄露量增大；精度。对于液压、气动
17、元件，还会造成泄露量增大；（2 2）过盈配合）过盈配合 对于过盈配合，由于在轴压入孔时，表面粗糙度的部对于过盈配合，由于在轴压入孔时，表面粗糙度的部分凸峰被挤平，而使过盈量减小，降低了连接强度，影响分凸峰被挤平，而使过盈量减小，降低了连接强度，影响配合的可靠性。配合的可靠性。因此，具有配合精度要求的表面，需具有较小的表面因此，具有配合精度要求的表面，需具有较小的表面粗糙度。粗糙度。第19页，本讲稿共107页三、三、影响表面质量的工艺因素影响表面质量的工艺因素1 1、表面粗糙度、表面粗糙度 在切削加工中刀具的几何形状、切削用量、切削液、振动等工艺在切削加工中刀具的几何形状、切削用量、切削液、振动
18、等工艺因素，都会影响表面粗糙度。因素，都会影响表面粗糙度。f（1 1）几何因素）几何因素第20页，本讲稿共107页 在切削过程中，刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩在切削过程中，刀具的刃口圆角及后刀面的挤压与摩擦使金属材料发生塑性变形而使理论残留面积挤歪或沟擦使金属材料发生塑性变形而使理论残留面积挤歪或沟纹加深，因而增大了表面粗糙度。纹加深，因而增大了表面粗糙度。实际轮廓实际轮廓理论轮廓理论轮廓 （2 2）物理因素）物理因素 切削加工后表面粗糙度的实际轮廓之所以与纯几何因素所切削加工后表面粗糙度的实际轮廓之所以与纯几何因素所形成的理论轮廓有很大的差异，主要是由于切削过程中塑性变形成的理论轮廓有很
19、大的差异，主要是由于切削过程中塑性变形的影响。形的影响。第21页，本讲稿共107页 在切削过程中出现刀瘤在切削过程中出现刀瘤（积屑瘤）积屑瘤）积屑瘤H 积积屑屑瘤瘤形形成成后后并并不不是是稳稳定定不不变变的的，而而是是不不断断地地形形成成、长长大大，然然后后粘粘附附在在切切屑屑上上被被带带走走或或留留在在工工件件上上。由由于于积积屑屑瘤瘤有有时时会会伸伸出出切切削削刃刃之之外外，其其轮轮廓廓也也很很不不规规则则，因因而而使使加加工工表表面面上上出出现现深深浅浅和和宽宽窄窄都都不不断断变变化化的的刀刀痕痕，大大大大恶恶化化了了表表面面粗粗糙糙度。度。积积屑屑瘤瘤是是切切削削过过程程中中切切屑屑底
20、底层与前刀面冷焊的结果。层与前刀面冷焊的结果。加加加加工工工工塑塑塑塑性性性性材材材材料料料料时时时时，切切切切削削削削速速速速度度度度为中、低速，易产生积屑瘤。为中、低速，易产生积屑瘤。为中、低速，易产生积屑瘤。为中、低速，易产生积屑瘤。第22页，本讲稿共107页 在切削过程出现鳞刺在切削过程出现鳞刺 鳞鳞刺刺是是已已加加工工表表面面上上出出现现的的鳞鳞片片状状毛毛刺刺般般的的缺缺陷陷。切切削削过过程程中中出出现现鳞鳞刺刺是是由由于于切切屑屑在在前前刀刀面面上上的的摩摩擦擦和和冷冷焊焊作作用用造造成成周周期期性性地地停停留留，代代替替刀刀具具推推挤挤切切削削层层，造造成成切削层和工件之间出现
21、撕裂现象。切削层和工件之间出现撕裂现象。撕裂 I.抹拭 II.沉积 III.导裂 IV.刮成鳞刺的形成过程第23页，本讲稿共107页2.2.表面层的冷作硬化表面层的冷作硬化 （1 1）加工硬化（或冷作硬化）定义）加工硬化（或冷作硬化）定义 机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和晶粒被拉长、纤维化甚至碎化，从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加工硬化，又称冷作硬化和强硬度增加，这种现象称为加工硬
22、化，又称冷作硬化和强化。化。但在加工过程中所产生的切削热又将使但在加工过程中所产生的切削热又将使冷作硬化弱化，冷作硬化弱化，故硬化程度取决于强化和弱化的综合。故硬化程度取决于强化和弱化的综合。第24页，本讲稿共107页（2 2）衡量表面层加工硬化的指标）衡量表面层加工硬化的指标表面层的显微硬度表面层的显微硬度HRHR；硬化层深度硬化层深度h h；硬化程度硬化程度N N HRHR0 0：工件原表面层的显微硬度。：工件原表面层的显微硬度。第25页，本讲稿共107页 （1 1）表面残余应力的产生机理）表面残余应力的产生机理 当切削及磨削过程中加工表面相对于基体材料发生形当切削及磨削过程中加工表面相对
23、于基体材料发生形状、体积变化或金相组织变化时，在加工后表面层中将残状、体积变化或金相组织变化时，在加工后表面层中将残留有应力，应力大小随深度而变化，其最外层的应力和表留有应力，应力大小随深度而变化，其最外层的应力和表面层与基体材料交界处（以下简称里层）的应力符号相反，面层与基体材料交界处（以下简称里层）的应力符号相反，并相互平衡。并相互平衡。表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界表面层组织发生变化时，在表面层及其与基体材料的交界处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。处会产生互相平衡的弹性力。这种应力即为表面层的残余应力。3.3.表层金属的残余应力表层金属的残余应力
24、第26页，本讲稿共107页冷塑性变形的影响冷塑性变形的影响 在切削加工过程中，在切削加工过程中，工件表面层受切削力的作用，会拉长工件表面层受切削力的作用，会拉长表层金属的纤维，产生塑性变形，使表层金属的比容增大，导致表层金属的纤维，产生塑性变形，使表层金属的比容增大，导致体积膨胀体积膨胀；刀具后刀面与已加工表面的摩擦，会加大这种拉伸刀具后刀面与已加工表面的摩擦，会加大这种拉伸作用。作用。但表层金属体积膨胀会受到与之相连的里层金属的阻但表层金属体积膨胀会受到与之相连的里层金属的阻碍。故：在加工时，表层产生拉应力，里层处于弹性变形碍。故：在加工时，表层产生拉应力，里层处于弹性变形状态下。状态下。0
25、-距表层深度+加工时加工时第27页，本讲稿共107页0-距表层深度+加工后加工后 （1 1）冷塑性变形的影响）冷塑性变形的影响 当切削加工完成后，切削力已去除，里层金属趋向复原当切削加工完成后，切削力已去除，里层金属趋向复原（弹性恢复弹性恢复），但受到已产生塑性变形的表面层限制，回复不），但受到已产生塑性变形的表面层限制，回复不到原状，因而在表面层产生残余压应力，里层则为拉应力与之相到原状，因而在表面层产生残余压应力，里层则为拉应力与之相平衡。平衡。0-距表层深度+第28页，本讲稿共107页 （2 2）热塑性变形的影响）热塑性变形的影响 表面层在切削热的作用下产生热膨胀，此时基体温度较低，因表
26、面层在切削热的作用下产生热膨胀，此时基体温度较低，因此表面热膨胀受到基体的限制而产生热压缩应力。当表面层的温度此表面热膨胀受到基体的限制而产生热压缩应力。当表面层的温度超过材料的弹性变形的温度范围时，就会产生热塑性变形（在压力超过材料的弹性变形的温度范围时，就会产生热塑性变形（在压力作用下材料相对缩短）。当切削过程结束，温度下降至与基体温度作用下材料相对缩短）。当切削过程结束，温度下降至与基体温度一致时，因为表面层已产生热塑性变形，但受到基体的限制产生拉一致时，因为表面层已产生热塑性变形，但受到基体的限制产生拉应力，里层则为残余压应力。应力，里层则为残余压应力。距表层深度加工后加工后0-距表层
27、深度+0-+加工时加工时第29页，本讲稿共107页 4.4.金相组织变化的影响金相组织变化的影响 切削时产生的高温会引起表面层的相变。由于不同的金切削时产生的高温会引起表面层的相变。由于不同的金相组织有不同的比重，表面层金相组织变化的结果造成了体相组织有不同的比重，表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生积的变化。表面层体积膨胀时，因为受到基体的限制，产生压应力；反之表面层体积缩小，则产生拉应力。各种金相组压应力；反之表面层体积缩小，则产生拉应力。各种金相组织中，马氏体比重最小，奥氏体比重最大。织中，马氏体比重最小，奥氏体比重最大。第30页，本讲稿共
28、107页 磨削淬火钢时若表面产生回火现象，马氏体转变磨削淬火钢时若表面产生回火现象，马氏体转变成索氏体或屈氏体（这两者组织均为扩散程度很高的成索氏体或屈氏体（这两者组织均为扩散程度很高的珠光体），因体积缩小，表面层产生残余拉应力，里珠光体），因体积缩小，表面层产生残余拉应力，里层产生残余压应力。若表面层产生二次淬火现象，则层产生残余压应力。若表面层产生二次淬火现象，则表面层产生二次淬火马氏体，其体积比里层的回火组表面层产生二次淬火马氏体，其体积比里层的回火组织大，因而表层产生压应力，里层产生拉应力。织大，因而表层产生压应力，里层产生拉应力。第31页，本讲稿共107页 四、四、提高零件疲劳强度的
29、加工方法提高零件疲劳强度的加工方法 （1 1）喷丸强化喷丸强化 喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，喷丸强化是利用大量快速运动的珠丸打击被加工工件表面，使工件表面产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳使工件表面产生冷硬层和残余压应力，可显著提高零件的疲劳强度。强度。珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一珠丸可以是铸铁的，也可以是切成小段的钢丝（使用一段时间后，自然变成球状）。喷丸强化主要用于强化形状复段时间后，自然变成球状）。喷丸强化主要用于强化形状复杂或不宜用其它方法强化的工件，如板弹簧、螺旋弹簧、连杂或不宜用其它方法强化的工件，如板弹簧、螺旋弹簧、连杆、齿轮
30、、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达杆、齿轮、焊缝等。经喷丸加工后的表面，硬化层深度可达0.7mm0.7mm，零件表面粗糙度值可由，零件表面粗糙度值可由52.5m 52.5m 减小到减小到0.630.32m 0.630.32m（RaRa），可几倍甚至几十倍地提高零件的），可几倍甚至几十倍地提高零件的使用寿命使用寿命。第32页，本讲稿共107页滚压加工原理滚压加工原理 （2 2）滚压加工）滚压加工 滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对滚压加工是利用经过淬火和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，
31、金属表面进行挤压，使受压点产生弹性和塑性变形，表层的凸起部分向下压，凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时凹下部分向上挤，逐渐将前工序留下的波峰压平，降低了表面粗糙度；同时它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和它还能使工件表面产生硬化层和残余压应力。因此提高了零件的承载能力和疲劳强度。疲劳强度。第33页，本讲稿共107页Pf单滚柱滚压单滚柱滚压 滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常滚压加工可以加工外圆、孔、平面及成型表面，通常在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。在普通车床、转塔车床或自动车床上进行。第34页，本讲稿共107页
32、五、机械加工过程的中振动五、机械加工过程的中振动 机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象。它机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象。它将导致：将导致：刀具与工件产生位移而使加工表面产生波纹；刀具与工件产生位移而使加工表面产生波纹；加剧刀具磨损，甚至崩刃；加剧刀具磨损，甚至崩刃；机床联接特性受到破坏；机床联接特性受到破坏；危害人的健康；危害人的健康；第35页，本讲稿共107页 （一）、机械加工精度（一）、机械加工精度 1.1.机机械械加加工工精精度度：零零件件加加工工以以后后的的实实际际几几何何参参数数与与理理想几何参数的接近程度。（宏观几何特征）想几何参数的接近程度。（宏观几何
33、特征）六、机械加工精度及其控制六、机械加工精度及其控制机械加工质量机械加工质量机械加工精度机械加工精度加工表面质量加工表面质量尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度理想零件理想零件尺尺 寸：零件尺寸的公差带中心。寸：零件尺寸的公差带中心。表面形状：绝对准确的圆柱面、圆锥面、平面等。表面形状：绝对准确的圆柱面、圆锥面、平面等。表面位置：绝对的平行、垂直、同轴等。表面位置：绝对的平行、垂直、同轴等。第36页，本讲稿共107页2.2.加工误差加工误差 所谓所谓加工误差加工误差是指实际零件与理想零件在几何参数是指实际零件与理想零件在几何参数上的偏离程度。上的偏离程度。由此可见：由此可
34、见：加工精度和加工误差这两个概念是从两个观加工精度和加工误差这两个概念是从两个观点来评定零件几何参数这个同一事物的。点来评定零件几何参数这个同一事物的。目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制作目前，还没有加工手段可以将零件的几何参数制作成百分百的准确成百分百的准确存在误差。存在误差。只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精只要能保证零件在机器中的功能，把零件的加工精度保持在一定的范围之内是完全允许的度保持在一定的范围之内是完全允许的合理规定公差。合理规定公差。第37页，本讲稿共107页尺寸精度的高低用尺寸公差来体现：尺寸精度的高低用尺寸公差来体现：国家标准分为国家标准分为2020级级I
35、T1、IT2、IT3、IT4、IT5、IT6、IT7、IT8、IT9、IT10、IT01、IT02（备用）（备用）IT11、IT12、IT13、IT14、IT15、IT16、IT17、IT18高精度高精度较高精度较高精度中等精度中等精度低精度低精度自由尺寸精度自由尺寸精度（1 1）数字越小、精度越高；）数字越小、精度越高；（2 2）同一尺寸，精度等级越高，公差越小；）同一尺寸，精度等级越高，公差越小；（3 3）同一精度等级，尺寸越大，公差越大。）同一精度等级，尺寸越大，公差越大。第38页，本讲稿共107页形状精度（国家标准，用公差来规定）形状精度（国家标准，用公差来规定）平行度平行度垂直度垂直
36、度同轴度同轴度圆度圆度直线度直线度平面度平面度 位置精度（国家标准，用公差来规定）位置精度（国家标准，用公差来规定）圆柱度圆柱度倾斜度倾斜度对称度对称度分：012级分：112级分：112级第39页，本讲稿共107页(二二)、影响机械加工精度的主要因素影响机械加工精度的主要因素 在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位置在机械加工中，零件的尺寸、形状和表面间的相对位置的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削过程的形成，归结到一点，就是取决于工件和刀具在切削过程中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上，中的相互位置关系，而工件和刀具又安装在夹具和机床上，并受到机床和夹具的约束
37、。并受到机床和夹具的约束。在机械加工中，由机床、刀具、工件、夹具构成的系在机械加工中，由机床、刀具、工件、夹具构成的系统，被称之为统，被称之为工艺系统工艺系统。因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问因此，加工精度问题也就牵涉到整个工艺系统的精度问题。题。第40页，本讲稿共107页镗杆镗杆滑台滑台1.机床、刀具、夹具的制造误差及磨损机床、刀具、夹具的制造误差及磨损2.机床、刀具、夹具、工件的受力变形、热变形机床、刀具、夹具、工件的受力变形、热变形3.安装误差、测量误差、调整误差安装误差、测量误差、调整误差4.原理误差原理误差镗刀镗刀工件工件安装安装第41页，本讲稿共107页 工艺系统中
38、的种种误差，在不同的具体条件下，以工艺系统中的种种误差，在不同的具体条件下，以不同的程度反映为加工误差。工艺系统的误差是不同的程度反映为加工误差。工艺系统的误差是“因因”，是根源；加工误差是，是根源；加工误差是“果果”，是表现。因此，把工艺，是表现。因此，把工艺系统的误差称之为系统的误差称之为原始误差原始误差。原原理理误误差差工艺系统静误差工艺系统静误差工艺系统动误差工艺系统动误差原始误差原始误差工工件件安安装装误误差差机机床床误误差差夹夹具具误误差差刀刀具具误误差差调调整整误误差差度度量量误误差差刀刀具具磨磨损损工艺工艺系统系统受力受力变形变形工艺工艺系统系统热变热变形形工件工件内应内应力引
39、力引起的起的变形变形第42页，本讲稿共107页分析思路：分析思路：在机械加工中，由于工艺系统中各组成部分自身的误在机械加工中，由于工艺系统中各组成部分自身的误差，导致刀具相对于工件在切削过程中的位置关系发生变差，导致刀具相对于工件在切削过程中的位置关系发生变化，从而引起加工误差。化，从而引起加工误差。1.产生零件加工误差的原因？产生零件加工误差的原因？2.误差的大小？误差的大小？3.误差的性质？误差的性质？分析方法：分析方法：1.单因素分析法单因素分析法2.统计分析法统计分析法第43页，本讲稿共107页 如用范成法加工渐开线齿轮，滚刀的刀齿的轴剖面形状如用范成法加工渐开线齿轮，滚刀的刀齿的轴剖
40、面形状为直线，滚切成近似的渐开线齿面，即渐开线齿形为无数直为直线，滚切成近似的渐开线齿面，即渐开线齿形为无数直线包络而成。线包络而成。一）、加工原理误差一）、加工原理误差(四）、工艺系统的几何四）、工艺系统的几何精度对加工精度的影响精度对加工精度的影响 采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生的采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而产生的几何轨迹误差。几何轨迹误差。第44页，本讲稿共107页工件齿轮工件齿轮滚刀滚刀包络线包络线第45页，本讲稿共107页例：车削螺纹例：车削螺纹固定传动挂轮传动如果车削模数螺纹、径节螺纹，则导程涉及如果车削模数螺纹、径节螺纹，则导程涉及因子。因子。第46页，本讲
41、稿共107页二）、调整误差二）、调整误差 在切削加工时，为获得规定的尺寸，就必须对机床、在切削加工时，为获得规定的尺寸，就必须对机床、刀具和夹具进行必要的调整，由于调整不可能绝对的准刀具和夹具进行必要的调整，由于调整不可能绝对的准确，也就带来了一项原始误差确，也就带来了一项原始误差调整误差。调整误差。（1 1）度量误差）度量误差（2 2）加工余量的影响）加工余量的影响 （3 3）微量进给误差）微量进给误差 1.1.试切法调整（单件、小批量）试切法调整（单件、小批量）第47页，本讲稿共107页第48页，本讲稿共107页 2.2.调整法（大批量）调整法（大批量）（1 1）定程机构误差）定程机构误差
42、 （2 2）样件或样板的误差）样件或样板的误差 （3 3）测量有限试件造成的误差）测量有限试件造成的误差第49页，本讲稿共107页三）、机床误差机床误差 机床误差来之三个方面：机床误差来之三个方面：机床本身的制造、安装和机床本身的制造、安装和磨损。磨损。机床在出厂之前要通过精度检验。例如：导轨的直机床在出厂之前要通过精度检验。例如：导轨的直线度、主轴的回转精度等。这些都是在没有切削载荷的线度、主轴的回转精度等。这些都是在没有切削载荷的情况下进行的情况下进行的反映静误差。反映静误差。合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，合格的机床在使用了一段时间后，将会产生磨损，机床原有的精度也将会降低，
43、并可能产生这样或那样的机床原有的精度也将会降低，并可能产生这样或那样的加工精度问题。加工精度问题。评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的情况，评价一台机床精度的高低，除了看它在静态下的情况，还需看它在切削载荷下的动态情况。还需看它在切削载荷下的动态情况。第50页，本讲稿共107页1.1.导轨误差导轨误差 导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动部导轨是机床中确定主要部件相对位置的基准，也是运动部件的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。例如车件的基准，它的各项误差直接影响被加工工件的精度。例如车床的导轨：床的导轨：第51页，本讲稿共107页第52页，本讲稿共107页（1 1）
44、导轨在水平面内有直线度误差）导轨在水平面内有直线度误差 导轨的直线度误差将导致刀具在水平内沿工件径向导轨的直线度误差将导致刀具在水平内沿工件径向产生相应的位移，即：产生相应的位移，即：R R=1 1 第53页，本讲稿共107页1 1 第54页，本讲稿共107页（2 2）导轨在垂直面内有直线度误差）导轨在垂直面内有直线度误差 忽略高阶无穷小第55页，本讲稿共107页例例：被车削工件的直径：被车削工件的直径：D D=40mm=40mm，车床导轨在水平面内的，车床导轨在水平面内的直线度误差：直线度误差：1 1=0.1mm=0.1mm、在垂直面内的直线度误差：、在垂直面内的直线度误差：2 2=0.1m
45、m0.1mm，非非误差敏误差敏感方向感方向则：则：切线方向法线方向注意注意：误差敏感方向：误差敏感方向加工表加工表面的法线方向。面的法线方向。若原始误差发生在误差敏若原始误差发生在误差敏感方向，则对工件的加工精度感方向，则对工件的加工精度影响较大。影响较大。第56页，本讲稿共107页例例：刨床刨削平面：刨床刨削平面导轨在导轨在垂直面内的直线度垂直面内的直线度误差误差对加工精度影响大对加工精度影响大。（3 3）车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差）车床主轴旋转轴线与导轨的平行度误差导轨导轨主轴理想主轴理想回转轴线回转轴线讨论：不平行发生在：讨论：不平行发生在：水平面内水平面内垂直面内垂直面内 对工
46、件对工件的加工影的加工影响如何？响如何？第57页，本讲稿共107页例：镗孔（4 4）前后导轨的平行度误差（扭曲）前后导轨的平行度误差（扭曲）卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，卧式车床或外圆磨床若前后导轨存在平行度误差时，刀具和工件之间相对位置发生变化刀具和工件之间相对位置发生变化，刀尖运动轨迹是一条，刀尖运动轨迹是一条空间曲线，使工件产生形状误差。空间曲线，使工件产生形状误差。第58页，本讲稿共107页HB 若扭曲误差为若扭曲误差为3 3，工件误差工件误差RR(H H/B B)3 3 ，一般车，一般车床床H H/B B2/32/3，外圆磨床，外圆磨床H H/B B11，误差对加工精
47、度影响很大。，误差对加工精度影响很大。H：机床主轴中心高：机床主轴中心高B：前后导轨的跨度：前后导轨的跨度第59页，本讲稿共107页2.主轴回转误差误差主轴回转误差误差 （1 1）主轴回转误差的基本概念）主轴回转误差的基本概念 所谓主轴回转误差，是指主轴实际回转轴线对理想回所谓主轴回转误差，是指主轴实际回转轴线对理想回转轴线的漂移。转轴线的漂移。径向圆跳动径向圆跳动 轴向圆跳动（窜动）轴向圆跳动（窜动）第60页，本讲稿共107页 角度摆动角度摆动第61页，本讲稿共107页（2 2）主轴回转误差对加工精度的影响）主轴回转误差对加工精度的影响 径向跳动径向跳动对于镗削：对于镗削：椭圆椭圆方程方程刀
48、尖到实际回转轴线的距离为定值。刀尖到实际回转轴线的距离为定值。第62页，本讲稿共107页 若主轴几何轴线作偏心运动，则镗削的孔为真圆，若主轴几何轴线作偏心运动，则镗削的孔为真圆，半径为刀尖到平均回转轴线间距离。半径为刀尖到平均回转轴线间距离。第63页，本讲稿共107页径向跳动径向跳动若坐标起点为：若坐标起点为：车削出的表面为近似真圆。车削出的表面为近似真圆。对于车削，主轴的误差运动为：对于车削，主轴的误差运动为：第64页，本讲稿共107页 轴向跳动轴向跳动 无论是车削还是镗削，对圆柱面的加工精度没有无论是车削还是镗削，对圆柱面的加工精度没有影响。影响。车端面：车端面：车螺纹：车螺纹：将产生周期
49、性螺距误差。将产生周期性螺距误差。第65页，本讲稿共107页 角度摆动角度摆动 从各截面看：几何轴线作偏心运动。从各截面看：几何轴线作偏心运动。无论车削还是镗削，都能获得正圆锥。无论车削还是镗削，都能获得正圆锥。第66页，本讲稿共107页 车削：圆柱；车削：圆柱；镗削：椭圆柱。镗削：椭圆柱。当摆动频率与主轴当摆动频率与主轴回转频率相同回转频率相同第67页，本讲稿共107页（3 3）影响主轴回转精度的因素）影响主轴回转精度的因素滑动轴承滑动轴承 轴承误差滚动轴承滚动轴承滑动或滚动轴承滚道的圆度误差车削车削镗削镗削第68页，本讲稿共107页主轴轴颈有圆度误差1.对车削的影响？对车削的影响？2.对镗
50、削的影响？对镗削的影响？第69页，本讲稿共107页（3 3）影响主轴回转精度的因素）影响主轴回转精度的因素 轴承误差滑动或滚动轴承滚道的圆度误差；滑动或滚动轴承滚道的圆度误差；滑动轴承的间隙、滚动轴承的游隙滑动轴承的间隙、滚动轴承的游隙滚动轴承外圈内滚道、内圈外滚道的同轴度误差；滚动轴承外圈内滚道、内圈外滚道的同轴度误差；滚动体本身的误差（尺寸、形状）。滚动体本身的误差（尺寸、形状）。轴承定位端面与轴心线的垂直度误差轴承定位端面与轴心线的垂直度误差 主轴轴径的圆度误差主轴轴径的圆度误差 受力、热变形等受力、热变形等第70页，本讲稿共107页（4 4）提高主轴回转精度的措施）提高主轴回转精度的措