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1、第10章 机械加工质量分析第第1010章章 机械加工质量分析机械加工质量分析设计制作人：陈妙婷设计制作人：陈妙婷1、加工精度的基本概念、加工精度的基本概念定义：定义：指零件加工后的实际几何参数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)与与理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。理想几何参数相符合的程度。它们之间的差异称为加工误差。加工精度包括加工精度包括3 3个方面个方面：尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件的设计尺寸相符尺寸精度：指加工后零件的实际尺寸与零件的设计尺寸相符合的程度。合的程度。形状精度：指加工后零件表面的实际几何形状与理想的几何形状精度：指加
2、工后零件表面的实际几何形状与理想的几何形状相符合的程度。形状相符合的程度。位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位位置精度：指加工后零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合的程度。置相符合的程度。10.1 机械加工精度机械加工精度2、获得获得加工精度的方法加工精度的方法尺寸精度尺寸精度的获得方法的获得方法 （1 1）试切法）试切法（2 2）定尺寸法）定尺寸法（3 3）调整法）调整法（4 4）自动控制法）自动控制法形状精度形状精度的获得方法的获得方法（1 1）轨迹法）轨迹法（2 2）成形法）成形法（3 3）展成法）展成法位置精度位置精度的获得方法的获得方法（1 1）根据工件加工过的
3、表面进行找正的方法；）根据工件加工过的表面进行找正的方法；（2 2）用夹具安装工件，工件的位置精度由夹具来保证。）用夹具安装工件，工件的位置精度由夹具来保证。与工艺系统本身初始状态有关的原始误差与工艺系统本身初始状态有关的原始误差原理误差原理误差 即加工方法原理上存在的误差。即加工方法原理上存在的误差。工艺系统几何误差工艺系统几何误差l工件与刀具的相对位置在静态下已存在误差工件与刀具的相对位置在静态下已存在误差l工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差工件与刀具的相对位置在运动状态下存在的误差3、影响加工精度的原始误差、影响加工精度的原始误差与切削过程有关的原始误差与切削过程有关的原始误差
4、工艺系统力效应引起的变形工艺系统力效应引起的变形 工艺系统热效应引起的变形工艺系统热效应引起的变形 4、加工原理误差、加工原理误差 加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃加工原理误差是指采用了近似的成形运动或近似的切削刃轮廓进行加工而产生的误差。轮廓进行加工而产生的误差。采用近似的加工运动造成的误差采用近似的加工运动造成的误差 采用近似的刀具轮廓造成的误差采用近似的刀具轮廓造成的误差1 1）主轴回转运动误差）主轴回转运动误差5、机床的几何误差、机床的几何误差概念：概念：机床的主要运动精度之一，它直接影响到工件的圆机床的主要运动精度之一，它直接影响到工件的圆度以及端面对外圆的垂直度。
5、在理想情况下，主轴回转时度以及端面对外圆的垂直度。在理想情况下，主轴回转时中心线在空间的位置应是不变的。但实际上，主轴系统的中心线在空间的位置应是不变的。但实际上，主轴系统的制造误差、受力和受热变形使主轴回转中心线的空间位置制造误差、受力和受热变形使主轴回转中心线的空间位置发生变化，即主轴飘移。发生变化，即主轴飘移。主轴回转精度包括：主轴回转精度包括：径向圆跳动：径向圆跳动：径向圆跳动又称径向圆跳动又称径向飘移，是指主轴瞬时回转径向飘移，是指主轴瞬时回转中心线相对于平均回转中心线中心线相对于平均回转中心线所作的公转运动。所作的公转运动。轴向窜动：轴向窜动：轴向窜动又称轴向轴向窜动又称轴向飘移，
6、是指主轴瞬时回转中心飘移，是指主轴瞬时回转中心线相对于平均中心线在轴线方线相对于平均中心线在轴线方向上的变动。向上的变动。角度摆动：角度摆动：角度摆动又称角度角度摆动又称角度飘移，是指主轴瞬时回转中心飘移，是指主轴瞬时回转中心线相对于平均中心线在角度方线相对于平均中心线在角度方向上的偏移。向上的偏移。主轴是在前、后轴承的支承下进行回转的，因此，回转精主轴是在前、后轴承的支承下进行回转的，因此，回转精度主要受主轴支承轴颈、轴承及支承轴承的表面精度影响。度主要受主轴支承轴颈、轴承及支承轴承的表面精度影响。对于对于滑动轴承主轴滑动轴承主轴，影响主轴回转精度的直接因素是主轴，影响主轴回转精度的直接因素
7、是主轴轴颈的圆度误差、轴瓦内孔圆度误差及配合间隙。轴颈的圆度误差、轴瓦内孔圆度误差及配合间隙。对于对于滚动轴承主轴滚动轴承主轴，轴承内、外圈滚道的圆度误差对主轴，轴承内、外圈滚道的圆度误差对主轴回转精度影响较大。对工件回转类机床回转精度影响较大。对工件回转类机床(如车床如车床)，轴承内圈，轴承内圈外滚道的圆度误差对主轴回转精度影响大；而对于刀具回转外滚道的圆度误差对主轴回转精度影响大；而对于刀具回转类机床类机床(如镗床如镗床)，则是轴承的外环内滚道影响大。轴承滚动，则是轴承的外环内滚道影响大。轴承滚动体的不一致、滚动轴承的间隙也影响主轴的回转精度。体的不一致、滚动轴承的间隙也影响主轴的回转精度
8、。影响主轴回转精度的因素影响主轴回转精度的因素 对于一般精度的主轴是用检验棒及千分表来测量主轴径向对于一般精度的主轴是用检验棒及千分表来测量主轴径向圆跳动和轴向窜动的。圆跳动和轴向窜动的。对于精度较高的主轴，则多用位移传感器和高圆度的圆球对于精度较高的主轴，则多用位移传感器和高圆度的圆球来进行测量。来进行测量。主轴回转精度的测量方法主轴回转精度的测量方法 2 2）导轨的几何精度导轨的几何精度机床导轨机床导轨是机床各部件相对位置和运动的基准。切削成形是机床各部件相对位置和运动的基准。切削成形运动中直线运动精度主要取决于导轨精度，它的各项误差运动中直线运动精度主要取决于导轨精度，它的各项误差直接影
9、响被加工工件的精度直接影响被加工工件的精度。导轨精度主要包括三个方面：导轨精度主要包括三个方面：导轨在垂直平面内的直线度导轨在垂直平面内的直线度导轨在水平面内的直线度导轨在水平面内的直线度两导轨的平行度两导轨的平行度(导轨扭曲导轨扭曲)由于由于导轨在垂直方向上存在误差，使刀尖位置下降了导轨在垂直方向上存在误差，使刀尖位置下降了Z，工件在半径上的尺寸增大了工件在半径上的尺寸增大了R，其相互关系为：其相互关系为：R=Z2/(2R)导轨导轨在垂直面内直线度误差的影响在垂直面内直线度误差的影响车床在水平面内的直线度误差，将使刀尖在水平面内产生车床在水平面内的直线度误差，将使刀尖在水平面内产生位移位移Y
10、，造成工件在该处半径方向上产生误差面，造成工件在该处半径方向上产生误差面RR=Y导轨导轨在水平面内的直线度在水平面内的直线度机床的导轨一般由两部分组成，如车床床身的前、后导轨。机床的导轨一般由两部分组成，如车床床身的前、后导轨。若前、后导轨不平行，溜板在移动时会发生偏斜，造成刀若前、后导轨不平行，溜板在移动时会发生偏斜，造成刀具与工件相对位置发生变化，引起加工误差。导轨平行度具与工件相对位置发生变化，引起加工误差。导轨平行度误差对加工精度的影响是很大的。误差对加工精度的影响是很大的。两导轨的平行度两导轨的平行度(导轨扭曲导轨扭曲)简称传动精度，它是指机床各部件之间的速比关系。简称传动精度，它是
11、指机床各部件之间的速比关系。当成形运动要求传动链为内传动链时，传动链的精度对工当成形运动要求传动链为内传动链时，传动链的精度对工件的加工精度影响较大。如在滚齿机上用单头滚刀加工齿轮时，件的加工精度影响较大。如在滚齿机上用单头滚刀加工齿轮时，要求滚刀每旋转一周，工件转过一个齿。又如在车床上加工螺要求滚刀每旋转一周，工件转过一个齿。又如在车床上加工螺纹，要求工件每旋转一周，刀具必须移动一个导程，这些运动纹，要求工件每旋转一周，刀具必须移动一个导程，这些运动件之间的速比关系将直接影响加工精度。件之间的速比关系将直接影响加工精度。3 3）机床的传动链精度机床的传动链精度 1)1)传动件本身的制造精度和
12、装配精度。传动件本身的制造精度和装配精度。2)2)各传动件及支承元件的受力变形。各传动件及支承元件的受力变形。3)3)各传动件在传动链中的位置。各传动件在传动链中的位置。4)4)传动件的数目。传动件的数目。影响传动精度的因素：影响传动精度的因素：6、刀具、夹具的制造误差及磨损、刀具、夹具的制造误差及磨损 一般刀具一般刀具(如车刀、镗刀及铣刀等如车刀、镗刀及铣刀等)的制造误差，对加工精度的制造误差，对加工精度没有直接的影响。没有直接的影响。定尺寸刀具定尺寸刀具(如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等如钻头、铰刀、拉刀及槽铣刀等)的尺寸误差，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，如直
13、接影响被加工零件的尺寸精度。同时刀具的工作条件，如机床主轴的跳动或因刀具安装不当引起径向或端面跳动等，机床主轴的跳动或因刀具安装不当引起径向或端面跳动等，都会影响加工面的尺寸。都会影响加工面的尺寸。成形刀成形刀(成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等成形刀、成形铣刀以及齿轮滚刀等)的误差，主要影的误差，主要影响被加工面的形状精度。响被加工面的形状精度。夹具的制造误差夹具的制造误差一般指定位元件、导向元件及夹具等零件的一般指定位元件、导向元件及夹具等零件的加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度影响较大。加工和装配误差。这些误差对被加工零件的精度影响较大。刀具磨损刀具磨损会直接影响刀具对被加工表面的位
14、置，造成被加工会直接影响刀具对被加工表面的位置，造成被加工零件的尺寸误差；夹具的磨损会引起工件的定位误差。零件的尺寸误差；夹具的磨损会引起工件的定位误差。在两顶尖车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，在在两顶尖车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，在切削力作用下的变形，相对机床、夹具和刀具的变形要小切削力作用下的变形，相对机床、夹具和刀具的变形要小得多，故可忽略不计。此时，工艺系统总的变形完全取决得多，故可忽略不计。此时，工艺系统总的变形完全取决 于机床头、尾架于机床头、尾架(包括顶尖包括顶尖)和刀架和刀架(包括刀具包括刀具)的变形。工的变形。工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。件产生的误差为双
15、曲线圆柱度误差。7、工艺系统受力变形引起的加工误差、工艺系统受力变形引起的加工误差切削过程中受力点位置变化引起的加工误差切削过程中受力点位置变化引起的加工误差在两顶尖间车削细长轴时，由于工件细长，刚度小，在在两顶尖间车削细长轴时，由于工件细长，刚度小，在切削力作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具的受力切削力作用下，其变形大大超过机床、夹具和刀具的受力变形。因此，机床、夹具及刀具受力变形可忽略不计，工变形。因此，机床、夹具及刀具受力变形可忽略不计，工艺系统的变形完全取决于工件的变形。工件产生腰鼓形圆艺系统的变形完全取决于工件的变形。工件产生腰鼓形圆柱误差。柱误差。定义：定义：工件的毛坯外形虽然
16、具有粗略的零件形状，但它工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状，但它在尺寸、形状及表面层材料硬度上都有较大的误差。毛坯在尺寸、形状及表面层材料硬度上都有较大的误差。毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化，从而导致的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化，从而导致切削力的变化，进而引起工艺系统产生相应的变形，使得切削力的变化，进而引起工艺系统产生相应的变形，使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或尺寸误差。当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多。这种当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多。这种现象称为误差复映规律，所引起的加工
17、误差称为复映误差。现象称为误差复映规律，所引起的加工误差称为复映误差。影响因素：影响因素：除切削力外，传动力、惯性重力和夹紧力等除切削力外，传动力、惯性重力和夹紧力等其他作用力也会使工艺系统的变形发生变化，从而引起加其他作用力也会使工艺系统的变形发生变化，从而引起加工误差，影响加工质量。工误差，影响加工质量。切削力大小变化引起的加工误差切削力大小变化引起的加工误差复映误差复映误差 1 1）提高工件系统各部分的刚度）提高工件系统各部分的刚度提高工件加工时的刚度提高工件加工时的刚度，有些工件因其自身刚度很差，加工有些工件因其自身刚度很差，加工中将产生变形而引起加工误差，因此必须设法提高工件自身中将
18、产生变形而引起加工误差，因此必须设法提高工件自身刚度。刚度。减少工艺系统受力变形的措施减少工艺系统受力变形的措施例如车削细长轴时，为提高细长轴刚度，可采用如下措施：例如车削细长轴时，为提高细长轴刚度，可采用如下措施：l减小工件支承长度，为此常用跟刀架或中心架及其他支承架。减小工件支承长度，为此常用跟刀架或中心架及其他支承架。l减小工件所受法向切削力，通常可采取增大前角，主偏角选为减小工件所受法向切削力，通常可采取增大前角，主偏角选为9090o o以及适当减小进给量和切削深度等措施。以及适当减小进给量和切削深度等措施。l采用反向走刀法，使工件从原来的轴向受压变为轴向受拉。采用反向走刀法，使工件从
19、原来的轴向受压变为轴向受拉。提高工件安装时的夹紧刚度。提高工件安装时的夹紧刚度。对薄壁件，夹紧时应选择适当的夹紧方法和夹紧部位，否则会对薄壁件，夹紧时应选择适当的夹紧方法和夹紧部位，否则会产生很大的形状误差。产生很大的形状误差。提高机床部件的刚度。提高机床部件的刚度。机床部件的刚度在工艺系统中占有很大的比重，在机械加工时机床部件的刚度在工艺系统中占有很大的比重，在机械加工时常用一些辅助装置提高其刚度。常用一些辅助装置提高其刚度。2 2）提高接触刚度）提高接触刚度由于部件的接触刚度远远低于实体零件本身的刚度，因此，由于部件的接触刚度远远低于实体零件本身的刚度，因此，提高接触刚度是提高工艺系统刚度
20、的关键，常用的方法有：提高接触刚度是提高工艺系统刚度的关键，常用的方法有：改善工艺系统主要零件接触面的配合质量。如机床导轨副、改善工艺系统主要零件接触面的配合质量。如机床导轨副、锥体与锥孔、顶尖与项尖孔等配合面采用刮研与研磨，以提锥体与锥孔、顶尖与项尖孔等配合面采用刮研与研磨，以提高配合表面的形状精度，降低表面粗糙度。高配合表面的形状精度，降低表面粗糙度。预加载荷。由于配合表面的接触刚度随所受载荷的增大而不预加载荷。由于配合表面的接触刚度随所受载荷的增大而不断增大，所以对机床部件的各配合表面施加预紧载荷，不仅断增大，所以对机床部件的各配合表面施加预紧载荷，不仅可以消除配合间隙，而且还可以使接触
21、表面之间产生预变形，可以消除配合间隙，而且还可以使接触表面之间产生预变形，从而大大提高接触刚度。从而大大提高接触刚度。在两顶尖车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，在在两顶尖车削粗而短的光轴时，由于工件刚度较大，在切削力作用下的变形，相对机床、夹具和刀具的变形要小切削力作用下的变形，相对机床、夹具和刀具的变形要小得多，故可忽略不计。此时，工艺系统总的变形完全取决得多，故可忽略不计。此时，工艺系统总的变形完全取决 于机床头、尾架于机床头、尾架(包括顶尖包括顶尖)和刀架和刀架(包括刀具包括刀具)的变形。工的变形。工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。件产生的误差为双曲线圆柱度误差。7、工艺系统受力变形
22、引起的加工误差、工艺系统受力变形引起的加工误差切削过程中受力点位置变化引起的加工误差切削过程中受力点位置变化引起的加工误差 机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的机械加工中，工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性，及各环节结构、热变形。由于工艺系统热源分布的不均匀性，及各环节结构、材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏材料的不同，使工艺系统各部分的变形产生差异，从而破坏了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生加工误差。尤其了刀具与工件的准确位置及运动关系，产生加工误差。尤其对于精密加工，热变形引起的加工误差占总加工误差的一半对于精密加工
23、，热变形引起的加工误差占总加工误差的一半以上。因此，在精密自动化加工中，控制热变形对精加工的以上。因此，在精密自动化加工中，控制热变形对精加工的影响己成为一项重要的任务和研究课题。影响己成为一项重要的任务和研究课题。8、工艺系统受热变形引起的加工误差、工艺系统受热变形引起的加工误差 系统内部热源系统内部热源 (切削热切削热、摩擦热摩擦热和和派生热源派生热源)系统外部热源系统外部热源 (环境温度环境温度和和热辐射热辐射)一方面，工艺系统受热源影响，温度逐渐升高；另一方面，热量通过各种传导方式向周围散发。工艺系统的热源工艺系统的热源工艺系统的热平衡工艺系统的热平衡 工艺系统受各种热源影响，其温度逐
24、步上升。但同时，工艺系统受各种热源影响，其温度逐步上升。但同时，它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内它们也通过各种传热方式向周围散发热量。当单位时间内传入和散发的热量相等时，则认为工艺系统达到热平衡。传入和散发的热量相等时，则认为工艺系统达到热平衡。机床热变形引起的加工误差机床热变形引起的加工误差主要热源来自机床的主传动系统，如普通机床、六角机主要热源来自机床的主传动系统，如普通机床、六角机床、铣床、卧式镗床和坐标镗床等。床、铣床、卧式镗床和坐标镗床等。主要热源来自机床导轨的摩擦，如龙主要热源来自机床导轨的摩擦，如龙门门床和立式车床等。床和立式车床等。主要热源来自液压系统，如各种
25、液压机床。主要热源来自液压系统，如各种液压机床。刀具热变形对加工精度的影响刀具热变形对加工精度的影响刀具连续工作时的热变形引起的加工误差。刀具连续工作时的热变形引起的加工误差。当刀具连续当刀具连续工作时，如车削长轴或在立式车床车大端面，传给刀具工作时，如车削长轴或在立式车床车大端面，传给刀具的切削热随时间不断增加，刀具产生热变形而逐渐伸长，的切削热随时间不断增加，刀具产生热变形而逐渐伸长，于是工件产生圆度误差或平面度误差。于是工件产生圆度误差或平面度误差。刀具间歇工作。刀具间歇工作。当采用调整法加工一批短轴零件时，由当采用调整法加工一批短轴零件时，由于每个工件切削时间较短，刀具的受热与冷却间歇
26、进行，于每个工件切削时间较短，刀具的受热与冷却间歇进行，故刀具的热伸长比较缓慢。故刀具的热伸长比较缓慢。工具热变形引起的加工误差工具热变形引起的加工误差 工件均匀受热工件均匀受热。当加工比较简单的轴、套、盘类零件的当加工比较简单的轴、套、盘类零件的内外圆表面时，切削热比较均匀地传给工件，工件产生内外圆表面时，切削热比较均匀地传给工件，工件产生均匀热变形。均匀热变形。工件不均匀受热工件不均匀受热。当工件进行铣、刨、磨等平面加工时，当工件进行铣、刨、磨等平面加工时，工件单侧受热，上下表面温升不等，从而导致工件向上工件单侧受热，上下表面温升不等，从而导致工件向上凸起，中间切去的材料较多。冷却后被加工
27、表面呈凹形。凸起，中间切去的材料较多。冷却后被加工表面呈凹形。这种现象对于加工薄片类零件尤为突出。这种现象对于加工薄片类零件尤为突出。控制温度变化，均衡温度场控制温度变化，均衡温度场 由于工艺系统温度的变化，引起工艺系统热变形，从而由于工艺系统温度的变化，引起工艺系统热变形，从而产生加工误差，并且具有随机性。因而，必须采取措施产生加工误差，并且具有随机性。因而，必须采取措施控制工艺系统温度变化，保持温度稳定。使热变形产生控制工艺系统温度变化，保持温度稳定。使热变形产生的加工误差具有规律性，便于采取相应措施给予补偿。的加工误差具有规律性，便于采取相应措施给予补偿。对于床身较长的导轨磨床，为了均衡
28、导轨面的热伸长，对于床身较长的导轨磨床，为了均衡导轨面的热伸长，可利用机床润滑系统回油的余热来提高床身下部的温度，可利用机床润滑系统回油的余热来提高床身下部的温度，使床身上下表面的温差减小，变形均匀。使床身上下表面的温差减小，变形均匀。残余应力也称为内应力，是指当外部载荷去掉以后仍存留残余应力也称为内应力，是指当外部载荷去掉以后仍存留在工件内部的应力。残余应力是由金属内部组织发生了不均匀在工件内部的应力。残余应力是由金属内部组织发生了不均匀的体积变化而产生的。其外界因素来自于热加工和冷加工。的体积变化而产生的。其外界因素来自于热加工和冷加工。9、工件残余应力引起的误差、工件残余应力引起的误差
29、毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力毛坯制造和热处理过程中产生的残余应力 在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于工件各部分在铸、锻、焊及热处理等热加工过程中，由于工件各部分热热胀冷缩不均匀胀冷缩不均匀以及以及金相组织转变时的体积变化金相组织转变时的体积变化，使毛坯，使毛坯内部产生了相当大的残余应力。内部产生了相当大的残余应力。1）产生残余应力的原因）产生残余应力的原因冷校直带来的残余应力冷校直带来的残余应力 一些刚度较差、容易变形的件一些刚度较差、容易变形的件(如丝杠等如丝杠等)，通常采用冷校直，通常采用冷校直的办法修正其变形。的办法修正其变形。切削加工中产生的残余应力切削加工中产生的残余应
30、力 工件切削加工时，在各种力和热的作用下，其各部分将产生工件切削加工时，在各种力和热的作用下，其各部分将产生不同程度的塑性变形及金相组织变化，从而产生残余应不同程度的塑性变形及金相组织变化，从而产生残余应力，引起工件变形。力，引起工件变形。2）减少或消除残余应力的措施）减少或消除残余应力的措施采取时效处理。采取时效处理。自然时效处理主要是在毛坯制造之后，或粗、精加工之间，自然时效处理主要是在毛坯制造之后，或粗、精加工之间，让工件停留一段时间，利用温度的自然变化，经过多次热让工件停留一段时间，利用温度的自然变化，经过多次热胀冷缩，使工件的晶体内部或晶界之间产生了微观滑移，胀冷缩，使工件的晶体内部
31、或晶界之间产生了微观滑移，从而达到减少或消除残余应力的目的。这种过程对大型精从而达到减少或消除残余应力的目的。这种过程对大型精密件密件(如床身和箱体等如床身和箱体等)需要很长时间，往往影响产品周期，需要很长时间，往往影响产品周期，所以除特别精密件外，一般较少采用。所以除特别精密件外，一般较少采用。人工时效处理是目前使用最广的一种方法。它是将工件人工时效处理是目前使用最广的一种方法。它是将工件放在炉内加热到一定温度，使工件金属原子获得大量热放在炉内加热到一定温度，使工件金属原子获得大量热能来加速它的运动，并保温一段时间达到原子组织重新能来加速它的运动，并保温一段时间达到原子组织重新排列，再随炉冷
32、却，以达到消除残余应力的目的。这种排列，再随炉冷却，以达到消除残余应力的目的。这种方法对大型件就需要一套很大的设备，其投资和能源消方法对大型件就需要一套很大的设备，其投资和能源消耗都较大。耗都较大。振动时效处理是消除残余应力、减少变形以及保持工件振动时效处理是消除残余应力、减少变形以及保持工件尺寸稳定的一种新方法。可用于铸件、锻件、焊接件以尺寸稳定的一种新方法。可用于铸件、锻件、焊接件以及有色金属件等。它是以激振的形式将机械能加到含有及有色金属件等。它是以激振的形式将机械能加到含有大量残余应力的工件内，引起工件金属内部晶格错位蠕大量残余应力的工件内，引起工件金属内部晶格错位蠕变，使金属的结构状
33、态稳定，以减少和消除工件的内应变，使金属的结构状态稳定，以减少和消除工件的内应力。操作时，将激振器牢固地夹持在工件的适当位置上，力。操作时，将激振器牢固地夹持在工件的适当位置上，根据工件的固有频率调节激振器的频率，直到达到共振根据工件的固有频率调节激振器的频率，直到达到共振状态，再根据工件尺寸及残余应力调整激振力，使工件状态，再根据工件尺寸及残余应力调整激振力，使工件在一定的振动强度下，保持几分钟甚至几十分钟的振动，在一定的振动强度下，保持几分钟甚至几十分钟的振动，其不需庞大的设备，经济简便，效率高。其不需庞大的设备，经济简便，效率高。合理安排工艺路线。合理安排工艺路线。对于精密零件，粗、精加
34、工要分开。对于大型零件，由于粗、对于精密零件，粗、精加工要分开。对于大型零件，由于粗、精加工一般安排在一个工序内进行，故粗加工后先将工件精加工一般安排在一个工序内进行，故粗加工后先将工件松开，使其自由变形，再以较小的夹紧力夹紧工件进行精松开，使其自由变形，再以较小的夹紧力夹紧工件进行精加工。对于焊接件焊接前，工件必须经过预热以减小温差，加工。对于焊接件焊接前，工件必须经过预热以减小温差，减小残余应力。减小残余应力。合理设计零件结构。合理设计零件结构。设计零件结构时，应注意简化零件结构，提高其刚度，减小设计零件结构时，应注意简化零件结构，提高其刚度，减小壁厚差，如果是焊接结构时，则应使得焊缝均匀
35、，以减小壁厚差，如果是焊接结构时，则应使得焊缝均匀，以减小残余应力。残余应力。减少误差法减少误差法 这种方法是生产中应用较广的一种方法，是在查明产生加工误这种方法是生产中应用较广的一种方法，是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法消除或减少误差。例如细长轴的车削，差的主要因素之后，设法消除或减少误差。例如细长轴的车削，现在采用了现在采用了“大走刀反向车削法大走刀反向车削法”，基本消除了轴向切削力引，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的弯曲变形。若辅之以弹簧顶尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的危害。起的热伸长的危害。10、提高加工精度的工艺措施、提
36、高加工精度的工艺措施误差补偿法误差补偿法(误差抵消法误差抵消法)误差补偿法是人为的造出一种误差，去抵消原来工艺系统中固误差补偿法是人为的造出一种误差，去抵消原来工艺系统中固有的原始误差的一种方法。当原始误差是负值时，人为的误差有的原始误差的一种方法。当原始误差是负值时，人为的误差就取正值，反之，取负值。尽量使两者大小相等，方向相反。就取正值，反之，取负值。尽量使两者大小相等，方向相反。或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两或者利用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加工精者大小相等，方向相反，从而达到减少加工误差，提高加
37、工精度的目的。度的目的。误差分组法误差分组法采用分组调整的方法，把毛坯按误差大小分为采用分组调整的方法，把毛坯按误差大小分为n组，每组毛坯组，每组毛坯的误差就缩小为原来的的误差就缩小为原来的1/n；然后按各组分别调整刀具与工件；然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或选用合适的定位元件，就可大大缩小整批工件的的相对位置或选用合适的定位元件，就可大大缩小整批工件的尺寸分散范围。尺寸分散范围。误差转移法误差转移法误差转移实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变误差转移实质上是转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。形等。如当机床精度达到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精如当机床精度达
38、到零件加工要求时，常常不是一味提高机床精度，而是在工艺上或夹具上想办法，创造条件，把机床的几何度，而是在工艺上或夹具上想办法，创造条件，把机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。误差转移到不影响加工精度的方面去。就地加工法就地加工法在加工和装配中有些精度问题，牵扯到零、部件间的相互关系，在加工和装配中有些精度问题，牵扯到零、部件间的相互关系，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，相当复杂，如果一味地提高零、部件本身精度，有时不仅困难，甚至不可能，若采用就地加工法，就可能很方便地解决了看起甚至不可能，若采用就地加工法，就可能很方便地解决了看起来非常困难的精度问题。来非常困难
39、的精度问题。误差平均法误差平均法 对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨方法来达到。研具对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨方法来达到。研具本身并不要求具有高精度，但它却能在和工件相对运动过程中本身并不要求具有高精度，但它却能在和工件相对运动过程中对工件进行微量切削，最终达到很高的精度。这种工件和研具对工件进行微量切削，最终达到很高的精度。这种工件和研具表面间的相对摩擦和磨损的过程也是误差不断减少的过程，此表面间的相对摩擦和磨损的过程也是误差不断减少的过程，此即称为误差平均法。即称为误差平均法。如内燃机进排气阀门与阀座的配合的最终加工，船用气、液阀如内燃机进排气阀门与阀座的配合的最终加工，船
40、用气、液阀座间配合的最终加工，常用误差平均法来消除配合间隙。座间配合的最终加工，常用误差平均法来消除配合间隙。表面粗糙度。它是指加工表面的微观几何形状误差。表面表面粗糙度。它是指加工表面的微观几何形状误差。表面粗糙度通常是机械加工中切削刀具的运动轨迹所形成的。粗糙度通常是机械加工中切削刀具的运动轨迹所形成的。表面波度。它是介于宏观几何形状误差表面波度。它是介于宏观几何形状误差(形形)与微观几何与微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差。形状误差之间的周期性几何形状误差。1、表面质量的基本概念、表面质量的基本概念1）表面层的几何形状特性）表面层的几何形状特性 10.2 机械加工表面质量机械加工表
41、面质量表面冷作硬化；表面冷作硬化；表面层金相组织的变化；表面层金相组织的变化；表面层残余应力。表面层残余应力。2）表面层物理力学性表面层物理力学性能能 1）对零件耐磨性的影响）对零件耐磨性的影响 2、表面质量对零件使用性能的影响、表面质量对零件使用性能的影响 零件的使用寿命常常是由耐磨性决定的，而零件的耐磨性零件的使用寿命常常是由耐磨性决定的，而零件的耐磨性不仅和材料及热处理有关，而且还与零件接触表面的粗糙不仅和材料及热处理有关，而且还与零件接触表面的粗糙度有关。度有关。2）对零件疲劳强度的影响）对零件疲劳强度的影响由于零件疲劳破坏都是从表面开始的，因此表面层的粗糙由于零件疲劳破坏都是从表面开
42、始的，因此表面层的粗糙度对零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，由于度对零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，由于表面上微观不平的凹谷处，容易形成应力集中，产生和加表面上微观不平的凹谷处，容易形成应力集中，产生和加剧疲劳裂纹以致疲劳损坏。实验证明，表面粗糙度值从剧疲劳裂纹以致疲劳损坏。实验证明，表面粗糙度值从0 0.0202变到变到0 0.2 2，其疲劳强度下降约为，其疲劳强度下降约为2525。零件表面的冷硬层，有助于提高疲劳强度，因为强化过的零件表面的冷硬层，有助于提高疲劳强度，因为强化过的表面冷硬层具有阻碍裂纹继续扩大和新裂纹产生的能力。表面冷硬层具有阻碍裂纹继续扩大和新裂纹产生的
43、能力。此外，当表面层具有残余压应力时，会使疲劳强度提高；此外，当表面层具有残余压应力时，会使疲劳强度提高；当表面层具有残余拉应力时，则使疲劳强度进一步降低。当表面层具有残余拉应力时，则使疲劳强度进一步降低。3）对零件耐腐蚀性的影响）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。表面粗零件的耐腐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与糙度值越大，越容易积聚腐蚀性物质，凹谷越深，渗透与腐蚀作用越强烈。故减小表面粗糙度值，可提高零件的耐腐蚀作用越强烈。故减小表面粗糙度值，可提高零件的耐腐蚀性。此外，残余压应力使零件表面紧密，腐蚀性物
44、质腐蚀性。此外，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。不易进入，可增强零件的耐腐蚀性。4）对配合性质的影响对配合性质的影响在间隙配合中，如果配合表面粗糙，则在初期磨损阶段由在间隙配合中，如果配合表面粗糙，则在初期磨损阶段由于配合表面迅速磨损，使配合间隙增大，改变了配合性质。于配合表面迅速磨损，使配合间隙增大，改变了配合性质。在过盈配合中，如果配合表面粗糙，则装配后表面的凸峰在过盈配合中，如果配合表面粗糙，则装配后表面的凸峰将被挤压，而使有效过盈减少，降低了配合强度。将被挤压，而使有效过盈减少，降低了配合强度。3、影响表面粗糙度的因素、影响表面粗糙度的因素1）切削加
45、工中影响表面粗糙度的因素）切削加工中影响表面粗糙度的因素 几何因素几何因素 在切削加工时，由于刀具切削刃的形状和进给在切削加工时，由于刀具切削刃的形状和进给量的影响，不可能把余量完全切除，而在工件表面上留下量的影响，不可能把余量完全切除，而在工件表面上留下一定的残留面积，残留面积高度愈大，表面愈粗糙。残留一定的残留面积，残留面积高度愈大，表面愈粗糙。残留面积高度吃与进给量和刀具主偏角等有关。面积高度吃与进给量和刀具主偏角等有关。物理因素物理因素 切削加工时，影响表面粗糙度的物理因素主要切削加工时，影响表面粗糙度的物理因素主要表现为：表现为：l 积屑瘤积屑瘤 l 刀具表面对工件表面的挤压与摩擦刀
46、具表面对工件表面的挤压与摩擦 l 工件材料性质工件材料性质 2）磨削加工中影响表面粗糙度的因素磨削加工中影响表面粗糙度的因素 磨削加工是由砂轮的微刃切削形成的加工表面，单位面磨削加工是由砂轮的微刃切削形成的加工表面，单位面积上刻痕越多，且刻痕越细密均匀，则表面粗糙度越低。磨积上刻痕越多，且刻痕越细密均匀，则表面粗糙度越低。磨削加工中影响表面粗糙度的因素如下：削加工中影响表面粗糙度的因素如下：l 磨削用量磨削用量 l 砂轮砂轮 l 工件材料工件材料 l 冷却润滑液冷却润滑液 4、影响表面物理力学性能的因素、影响表面物理力学性能的因素1）加工表面的冷作硬化）加工表面的冷作硬化 定义定义 表面冷作硬
47、化是由于机械加工时，工件表面层金属表面冷作硬化是由于机械加工时，工件表面层金属受到切削力的作用，产生强烈的塑受到切削力的作用，产生强烈的塑 性变形，使金属的晶性变形，使金属的晶格被拉长、扭曲，甚至破坏而引起的。其结果是引起材料格被拉长、扭曲，甚至破坏而引起的。其结果是引起材料的强化，表面硬度提高，塑性降低，物理力学性能发生变的强化，表面硬度提高，塑性降低，物理力学性能发生变化。化。影响因素影响因素 l 切削用量切削用量l 刀具刀具 l 工件材料工件材料 2）加工表面的金相组织变化）加工表面的金相组织变化 1）概述）概述 磨削时，磨粒在高速磨削时，磨粒在高速(一般是一般是35ms)下以很大的下以
48、很大的负前角切削薄层金属，在工件表面引起很大的摩擦和塑性变负前角切削薄层金属，在工件表面引起很大的摩擦和塑性变形，其单位切削功率消耗远远大于一般切削加工。由于消耗形，其单位切削功率消耗远远大于一般切削加工。由于消耗的功率大部分转化为磨削热，其中约的功率大部分转化为磨削热，其中约6080的热量将传的热量将传给工件，所以磨削是一种典型的容易产生加工表面金相组织给工件，所以磨削是一种典型的容易产生加工表面金相组织变化变化(磨削烧伤磨削烧伤)的加工方法。的加工方法。2）影响因素）影响因素 l 磨削用量磨削用量 磨削深度、纵向进给量、工件线速度磨削深度、纵向进给量、工件线速度 l 砂轮的选择砂轮的选择
49、l 工件材料工件材料 l 冷却润滑冷却润滑 3）加工表面的残余应力）加工表面的残余应力 切削加工的残余应力与冷作硬化及热塑性变形密切相关。凡切削加工的残余应力与冷作硬化及热塑性变形密切相关。凡是影响冷作硬化及热塑性变形的因素如工件材料、刀具几何是影响冷作硬化及热塑性变形的因素如工件材料、刀具几何参数和切削用量等都将影响表面残余应力，其中影响最大的参数和切削用量等都将影响表面残余应力，其中影响最大的是刀具前角和切削速度。是刀具前角和切削速度。思考题参考答案或提示思考题参考答案或提示 什么是加工精度和加工误差什么是加工精度和加工误差?答：参见答：参见p136 机械零件的加工表面质量包括哪些内容机械零件的加工表面质量包括哪些内容?对零件的使用性能有什么影响对零件的使用性能有什么影响?答：参见答：参见p149 影响表面粗糙度的因素有哪些影响表面粗糙度的因素有哪些?答：参见答：参见p150 工艺系统受力变形对加工精度有什么影响工艺系统受力变形对加工精度有什么影响?答：参见答：参见p141 工艺系统受热变形对加工精度有什么影响工艺系统受热变形对加工精度有什么影响?答：参见答：参见p143 提高机械加工质量的方法有哪些提高机械加工质量的方法有哪些?答：参见答：参见p147