质量_2

第四章机械制造质量及控制第一节机械加工精度概述第二节影响加工精度的因素第三节机械加工表面质量第四节机械加工过程中的振动保证机械产品质量是机械制造人员的首要任务。产品的制造质量包括零件的制造质量和产品的装配质量两个方面。零件的制造质量将直接影响产品的性能、效率、寿命及可靠性等质量指标，它是保证产品制造质量的基础。了解各种因素对加工精度的影响规律，找出提高加工精度的途径，以保证零件的加工质量。尺寸精度形状精度位置精度表面粗糙度波度纹理方向伤痕（划痕、裂纹、砂眼等）加工精度表面质量表面几何形状精度表面缺陷层表层加工硬化表层金相组织变化表层残余应力加工质量(1)尺寸精度指机械加工后零件的直径、长度和表面间距离等尺寸的实际值与理想值的接近程度。(2)形状精度指机械加工后零件几何图形的实际形状与理想形状的接近程度。(3)位置精度指机械加工后零件几何图形的实际位置与理想位置的接近程度。第一节机械加工精度概述一、加工精度与加工误差零件的位置公差和形状公差一般应为相应尺寸公差的1/2～1/3左右，在同一要素上给出的形状公差值应小于位置公差值。加工误差：零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。获得加工精度的方法（1）获得尺寸精度的方法1）试切法2）调整法3）定尺寸刀具法4）自动控制法一、加工精度与加工误差1）试切法2）调整法（1）获得尺寸精度的方法4）自动控制法（1）获得尺寸精度的方法（2）获得形状精度的方法1）轨迹法利用刀尖运动轨迹形成工件表面形状2）成形刀具法由刀刃的形状形成工件表面形状3）展成法由切削刃包络面形成工件表面形状（3）获得相互位置精度的方法1）直接找正2）划线找正3）夹具定位主要由机床精度、夹具精度和工件的装夹精度来保证获得加工精度的方法一、加工精度与加工误差二、加工经济精度在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。加工成本与加工误差之间的关系每一种加工方法的加工经济精度并不是固定不变的，它将随着工艺技术的发展，设备及工艺装备的改进，以及生产管理水平的不断提高而逐渐提高。第一节机械加工精度概述第二节影响加工精度的因素原始误差——由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。工艺系统的误差是“因”，是根源；工件的加工误差是“果”，是表现；因此，我们把工艺系统的误差称为原始误差。工艺系统的几何误差工件装夹误差工艺系统受力变形引起的误差工艺系统受热变形引起的误差工件内应力引起的加工误差其他误差第二节影响加工精度的因素原始误差分类刀具误差夹具误差机床误差原理误差测量误差调整误差定位误差工件相对于刀具运动状态下的误差主轴回转误差导轨导向误差传动误差机床刀具夹具工件一、工艺系统几何误差（一）机床的几何误差加工中刀具相对于工件的成形运动一般都是通过机床完成的，因此，工件的加工精度在很大程度上取决于机床的精度。机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。机床的磨损将使机床工作精度下降。①主轴回转误差概念主轴回转时实际回转轴线相对于平均回转轴线的变动量。（一）机床的几何误差1）主轴回转误差②主轴回转误差的基本形式：a.径向圆跳动。车外圆时产生圆度、圆柱度误差等。b.轴向圆跳动。车端面时产生垂直度、平面度误差。c.角度摆动。车削时，产生圆柱度误差和端面的形状误差。③影响主轴回转精度的主要因素（一）机床的几何误差1）主轴回转误差径向圆跳动：主轴支承轴颈的圆度误差、轴承工作表面的圆度误差。轴向圆跳动：主轴轴肩端面和推力轴承承载端面对主轴回转轴线有垂直度误差。④提高主轴回转精度的措施：提高主轴及箱体轴承孔的制造精度；选用高精度轴承；提高主轴部件的装配精度；对主轴部件进行平衡；对滚动轴承进行预紧等。2）导轨误差（1）导轨在水平面内的直线度误差对加工精度的影响该误差直接反映在被加工工件表面的法线方向（误差敏感方向）上，对加工精度影响最大。车削外圆时，工件形成鼓形或马鞍形，即圆柱度误差。⊿R=⊿y（一）机床的几何误差2）导轨误差(2)导轨在垂直平面内的直线度误差对加工精度的影响该误差对加工精度的影响很小，一般可忽略不计。设⊿z=0.1mm，R=20mm，则⊿R=0.01/40mm=0.00025mm。⊿R≈(⊿z)2/(2R)（一）机床的几何误差2）导轨误差(3)导轨间的平行度误差对加工精度的影响⊿y≈（H/B）×⊿l3（一）机床的几何误差车床H/B≈2/3，外圆磨床H/B≈1刀架产生摆动，刀架沿床身导轨纵向进给时，刀尖运动轨迹为一空间曲线，使工件产生圆柱度误差。对加工精度影响较大。除导轨制造误差外，导轨的不均匀磨损和安装质量，也是造成导轨误差的重要因素。导轨磨损是机床精度下降的主要原因之一。可采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨导轨表面淬火等措施。（一）机床的几何误差2）导轨误差传动链误差是指传动链始末两端传动元件间相对运动的误差（内联传动链影响较大）。一般用传动链末端元件的转角误差来衡量。3）传动链误差滚齿机传动系统图111172156422828282828282080Kdcbafein差设第j个传动元件有转角误差△φj，则该转角误差通过相应的传动链传递到被切齿轮的转角误差若所有传动件均存在误差，则被切齿轮转角误差的总和△φ∑jnjjnjjnK11△φjn=Kj△φj式中Kj为第j个传动件的误差传递系数。④消除传动间隙；⑤采用误差补偿机构或自动补偿装置。减少传动链误差的措施：（一）机床的几何误差jnjjnjjnK11①减少传动元件数目，尽可能缩短传动链；②尽量采用降速传动(Kj1)；③提高传动元件的制造和装配精度；（二）刀具的误差及其对加工精度的影响刀具误差是指刀具制造误差、安装误差以及使用中的磨损，这些因素都影响工件的加工精度。刀具误差对加工精度的影响因刀具种类不同而有变化。一般单刃刀具如普通车刀、单刃镗刀、平面铣刀等，多数采用轨迹法获得形状精度，尺寸精度由调整或试切法确定，因此刀具的制造误差对加工精度没有直接的影响。但当刀具与工件的相对位置调整好以后，在加工过程中，刀具的磨损对尺寸和形状误差将会有影响。刀具在切削过程中，切削刃、刀面与工件、切屑产生强烈摩擦，使刀具磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表面粗糙度值增大，切屑颜色和形状发生变化，并伴有振动。钻头、铰刀、拉刀、槽铣刀等定尺寸刀具，成形车刀、成形铣刀、齿轮刀具等成形刀具的制造误差及磨损误差，均直接影响工件的加工尺寸精度和形状精度。在加工批量不大时，由刀具磨损带来的误差可以忽略不计。（三）夹具误差和工件安装误差夹具的误差主要是指：1）定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等零件的制造误差。2）夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差。3）夹具在使用过程中工作表面的磨损。工件的安装误差包括定位误差和夹紧误差。（四）调整误差机械加工中，不论采用何种加工方法都需要对机床、刀具、夹具等进行调整，而采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来原始误差，这就是调整误差。调整误差的来源和对加工精度的影响因加工方式的不同而变化。试切法加工调整法加工•试切、测量的尺寸精度•刀尖圆角半径除了试切法涉及的各项误差外，还有定程机构本身的误差、样板或样件的误差即调整尺寸的误差等，都会影响到加工精度。原理误差是指由于采用了近似的成形运动、近似的刀刃形状等原因而产生的加工误差。（五）原理误差可以简化机床结构和减少刀具数，只要加工误差能够控制在允许的制造公差范围内，就可采用近似加工方法。如：用模数铣刀铣齿机械加工工艺系统在切削力、夹紧力、惯性力、重力、传动力等的作用下，会产生相应的变形，从而破坏了刀具和工件之间的正确的相对位置，使工件的加工精度下降。三、工艺系统受力变形引起的误差（一）基本概念图5-12a)车长轴b)磨内孔(二)工艺系统刚度1.工艺系统刚度垂直作用于工件加工表面的径向切削分力Fp与工艺系统在该方向上的变形y（让刀距离）的比值，称为工艺系统刚度k系（N/mm）。k系=Fp/yfCPFFFyyyy式中工件夹具刀具机床系yyyyy工件夹具刀具机床系kkkkk11111工艺系统在某一位置受力作用产生的变形量等于工艺系统各组成环节在此位置受该力作用产生的变形量的代数和，即工艺系统刚度主要取决于薄弱环节的刚度。工艺系统刚度的倒数等于系统各组成环节刚度的倒数之和，即(二)工艺系统刚度工艺系统刚度的计算(二)工艺系统刚度•机床刚度的测定工艺系统的变形)21尾座主轴刀架系（yyyy由刚度定义尾座主轴刀架系kFkFkFkFPPPP2221尾座主轴刀架机床kkkk414111机床刚度取决于其组成部件的刚度，并主要取决于薄弱部件的刚度，提高机床刚度要从提高弱刚度部件的刚度入手。静测定法(二)工艺系统刚度1）变形与载荷不成线性关系；2）加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线；3）有残余变形，反复加载卸载后残余变形→0；4）部件实测刚度远比按实体结构估算值小。图中第一次加载时刀架的平均刚度值约为4.6×103N/mm，相当于一个30mm×30mm×200mm的铸铁悬臂梁的刚度，比刀架实体结构尺寸要小的多。车床刀架部件刚度曲线•机床部件刚度的测定工艺系统中如果工件刚度相对于机床、刀具、夹具来说比较低，在切削力的作用下，工件由于刚性不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大，其最大变形量可按材料力学有关公式估算。如车削细长轴时，因工件刚度较低，使工件产生腰鼓形的形状误差。1.工件刚度低(三)工艺系统刚度对加工精度的影响外圆车刀在加工表面法线（y）方向上的刚度很大，其变形可以忽略不计。镗直径较小的内孔，刀杆刚度很差，刀杆受力变形对孔加工精度就有很大影响，加工出的孔呈现锥形。2.刀具刚度低3.机床刚度低车削外圆时，表现为主轴和尾架（双顶尖）刚性低，因此加工出的零件呈现马鞍形（双曲线形）的形状误差。4．切削力变化引起的加工误差ap1y1ap2y2毛坯外形工件外形误差复映现象误差复映系数)(21212121ppPPppaakFFaayy系待加工面已加工面系系kCaakaaCpppp)()(2121ε与k系成反比；这表明工艺系统刚度愈大，误差复映系数愈小，加工后复映到工件上的误差值就愈小。尺寸误差和形状误差都存在复映现象。工件毛坯存在圆度误差，使车削时刀具的切削深度随之变化，切削分力Fy也随切削深度的变化由最大变到最小，工艺系统将产生由y1变到y2的变形，刀尖相对于工件产生y1到y2的位移，形成了被加工表面的圆度误差。即待加工表面上有什么样的误差，加工表面上必然也有同样性质的误差，这种现象称为误差复映。引起的加工误差成为“复映误差”。ap1y1ap2y2毛坯外形工件外形误差复映现象1．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差（二）工艺系统刚度对加工精度的影响lxyyyyyyyx主轴尾座主轴刀架刀架系lxlFFP主轴lxFFP尾座22111lxklxlkkFyyyPx尾座主轴刀架刀架系机床刚度较低ymin尾座主轴刀架系kkFkFmax尾座刀架系kFkFypppp尾座主轴尾座系系kkFkFyyPPminmax由于工艺系统刚度随刀架位置变化产生的加工误差1．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差◆工件变形引起的加工误差lxxlEJFyP223工1．加工过程中由于工艺系统刚度发生变化引起的误差lJExxllxklxlkkyFkP311112222尾座主轴刀架系系工艺系统刚度在工件全长上的差别越大，则工件在轴截面内的