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学习情境一砂轮架主轴加工工艺方案制订与实施砂轮主轴的检测与评估（二）-------轴类零件的表面质量一、布置工作任务，明确要求二、轴类零件的表面质量经机械加工的表面，虽然看起来很光亮，但实际上都存在着不同程度的凹凸不平和内部组织破坏缺陷层。这个缺陷层虽然很薄，但它对零件的使用性能的影响却很大。据统计，约有80%机器零件失效是由表面质量引起的。1.表面质量的含义（1）表面粗糙度和波度表面粗糙度是衡量表面微观不平的指标，国家标准规定用“表面微观的算术平均偏差Ra”或“微观不平度的平均高度Rz”来衡量。表面波度则是界于表面粗糙度和形状误差之间的一种几何误差，主要由机械振动引起，目前还没有国家标准。（2）表面层物理力学性能工件表面层内部组织遭到破坏的外在表现就是物理力学性能的改变，具体表现在：1）表面层冷作硬化——表层的显微硬度高于母体。2）表面层残余应力——加工后，表层中残留的压应力或拉应力。3）表面层金相组织变化——表层的金相组织与基体不同。2.表面质量对产品使用性能的影响（1）表面粗糙度1）对工作精度的影响表面粗糙度的影响主要是使实际接触面积减小。对于配合表面来说，表面粗糙度将影响其实际配合性质：对于间隙配合，表面太粗将使零件的初期磨损太大太快，使实际配合间隙过大；对于过盈配合，太粗的表面在装配过程中其凸峰将被挤压倒塌，使实际过盈量不足，影响联接强度。对于相互接触的两零件，表面粗糙将使接触变形增大，接触刚度降低。2）对机器使用寿命的影响机器的寿命与其耐磨性和抗疲劳性有关。对于有相对运动的表面，表面粗糙度对摩擦面的磨损影响很大，但不是越细越好，也不是越粗越好。表面太粗，实际接触面积太小，容易磨损，但太细的表面储存润滑油的能力差，一旦润滑条件恶化，紧密接触的两表面会发生分子亲合现象而咬合起来，结果反而使磨损加剧。因此有一个耐磨的最佳粗糙度值，该值与机器零件的工作情况有关，一般最佳粗糙度值为0.8~0.4μm。对于受交变载荷作用的零件，粗糙表面的尖峰、深谷很容易引起应力集中，使零件产生疲劳裂纹。因此，受交变载荷作用的零件，尤其是其上具有应力集中倾向的表面的粗糙度应细些。此外，在腐蚀环境中工作的零件，粗糙的表面也会因其易于储藏腐蚀液体而使零件的耐腐蚀性下降。（2）表面冷作硬化适当的冷作硬化使表面硬度提高，从而提高零件的耐磨性，但冷作硬化太过将使表层组织过度疏松，受力后容易产生裂纹甚至是成片剥落。因此也有一个最佳冷硬值。此外，冷作硬化还具有防止疲劳裂纹产生和阻止其扩大的作用，因而可提高零件的疲劳强度，但却会使零件的抗腐蚀能力降低。（3）表面残余应力残余应力又有压应力和拉应力之分，其中拉应力会加速疲劳裂纹扩大，而压应力则正好相反。因此适当的压应力可提高零件的疲劳强度，拉应力则反之。此外，残余应力将影响零件精度的稳定性，使零件在使用过程中逐步变形而丧失精度。（4）表面金相组织的变化表面金相组织的变化将使零件表面原有的力学性能改变，如强度、硬度降低，出现内应力等，从而影响零件的耐磨性和疲劳强度。3.影响表面质量的因素及其控制措施（1）影响表面粗糙度的因素及其控制措施1）切削加工在切削加工过程中，由于受刀尖几何形状和进给运动的影响，刀具并没有把应切削的金属层全部切掉，而是在切过的表面上残留了一小部分金属，称为残留面积。若只考虑几何的因素，该残留面积的高度就是表面粗糙度。此外，切削过程中工件加工面受到了刀具刃口钝圆的挤压和后刀面、副后刀面的摩擦而产生塑性变形，将残留面积挤歪、或使沟纹加深；中速切削塑性金属时积屑瘤周期性地生成、长大、脱落；低速切削塑性金属时产生的鳞刺等因素均会在工件表面上留下深浅不一、凹凸不平的切痕，使工件表面粗糙。从以上分析中归纳出控制切削表面粗糙度的措施有：合理选择切削用量，合理选择刀具角度，改善工件材料的切削性能，正确选择切削液。2）磨削加工磨削过程比切削复杂得多。磨削时起作用的是砂轮上的砂粒，而砂粒在砂轮表面上分布的高度不太一致；与刀具相比，砂粒显得较钝，相当是负前角切削；且磨削时背吃刀量很小。因此磨削的过程是滑擦、刻划和切削共同作用的过程。控制磨削表面粗糙度的措施有：合理选择和修整砂轮，合理选择磨削用量。此外，冷却润滑液的成分、洁净程度，工艺系统的抗振性等也是影响磨削表面粗糙度的不可忽视的因素。（2）影响表面物理力学性能的因素及其控制1）表面冷作硬化机械加工中，由于切削力的作用，使被加工表面产生强烈的塑性变形，晶格严重扭曲、晶格被拉长和纤维化，引起材料的强化，其强度和硬度均有所提高，这种现象就称为冷作硬化。冷作硬化的程度取决于使加工表面产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。力越大、硬化程度越大；变形速度快，塑性变形不充分，硬化程度就小；温度升高将使硬化程度减小。2）表面残余应力机械加工中产生的残余应力主要集中在工件表面。引起表面残余应力的主要原因有：冷塑性变形的影响、热塑性变形的影响及金相组织变化的影响。3）表面层金相组织变化造成金相组织变化的主要因素是温度。一般磨削时产生的热量有60%~80%传给工件，造成工件表面温度较高，严重时引起金相组织变化。这种现象称为磨削烧伤。烧伤严重时，工件表面会出现黄、褐、紫、青等烧伤色。但表面没有烧伤色并不表明工件一定没有烧伤，也许烧伤色被后面的光磨磨掉了。工件表层烧伤后容易产生拉应力，若拉应力过大，就会产生裂纹。有些裂纹肉眼看不见，需要借助磁力探伤、超声波探伤等探伤仪器来检查。4.机械加工中的振动加工过程中若发生振动，将造成工件表面波度，影响表面质量；主轴轴承、刀具严重磨损甚至打刀；产生噪声，污染环境和影响生产率。因此必须设法避免、减小或消除振动。机械加工中的振动主要是受迫振动和自激振动两类。振动的类型不同，其产生原因也不同，因而控制措施也不完全一样。（1）受迫振动1）受迫振动产生的原因外界周期性的干扰力是引起受迫振动的根源，而周期性的干扰力的来源有以下几方面：①回转件的不平衡：砂轮、齿轮、带轮、电动机的转子、偏心夹具、偏心工件等回转件若不平衡就会造成离心惯性力，该力的方向随回转件的旋转不断改变，作用在工艺系统上就是周期性的干扰力。②传动件的制造缺陷：如齿轮的制造、安装精度不高，传动时产生冲击、滚动轴承间隙过大、滚动体尺寸不均匀、平皮带的接头、三角带的厚度不均匀、往复运动换向时的冲击、液压系统的压力脉动等。③断续切削：被加工表面不连续（如花键轴）、铣削、刨削等加工时刀齿的切入切出、砂轮硬度不均、磨损不均等都会造成切削力周期性变化。④从地基传来的外部振源：机床附近有锻压设备、通道运输设备等，这些设备引起的振动通过地基传入本机床。2）减小或消除受迫振动的途径①排除振源。分析干扰力的来源，设法加以排除。如对高速回转件仔细平衡、提高传动件的制造、安装精度、及时修整砂轮等；②隔振。隔振有三层含义，一是隔开外部振源，保护本机，如在机床周围挖防振沟、用厚橡皮将机床与地基隔离；二是将产生振动的设备隔离起来，防止振动传入地基；三是将本机的振源隔离出去，如将电动机、油泵等动力源移出机床外，用弹性联轴器、软管等与机床联接。③避开共振区。当振源无法消除和隔离时，可改变干扰力的频率（如断续切削时改变主轴转速、改变铣刀刀齿数）、改变系统固有频率（如增加系统质量）来避开共振区；④提高系统抗振性。可通过提高工艺系统刚度、增加阻尼（如适当减小某处间隙、加装阻尼器）等办法来提高系统的抗振性。（2）自激振动自激振动是在没有外界周期性干扰力作用的情况下自己产生的振动。一般情况下，偶然因素引起的振动若没有能量补充就会因阻尼的消耗而很快地衰减。但自激振动的过程本身却能引起切削力的周期变化，此周期变化的切削力能够从不具备交变特性的能源中周期性地获得能量补充，反过来使振动得到维持和加强。抑制自激振动的工艺措施：合理选择切削用量，合理选择刀具角度，改进刀具结构和方位，提高工艺系统的抗振性，加装减振器。任务12砂轮主轴的检测与评估（三）-------轴类零件的质量检测与评估一、学生检查零件是否合格并分析1.轴类零件的检验精度检验应按一定顺序进行，先检验形状精度，然后检验尺寸精度，最后检验位置精度。这样可以判明和排除不同性质误差之间对测量精度的干扰。形状精度检验圆度为轴的同一横截面内最大直径与最小直径之差。一般用千分尺按照测量直径的方法即可测量。精度高的轴需要比较仪检验。圆柱度是指同一轴向剖面内最大直径与最小直径之差，同样可以用千分尺检验。弯曲度可用千分表检验，把工件放在平板上工件转动一周，千分表读数的最大变化量就是弯曲误差值。图1-84位置精度检验专用检具1—挡铁2—钢球3、4—V形架5—检验心棒尺寸精度检验在单件小批生产中，轴的直径一般用外径千分尺检验。精度较高（公差值小于0.01mm）时，可用杠杆卡规测量。台肩长度可用游标卡尺、深度游标卡尺和深度千分尺检验。大批大量生产中，常采用界限卡规检验轴的直径。长度不大而精度又高的工件，也可用比较仪检验。位置精度检验为提高检验精度和缩短检验时间，位置精度检验多采用专用检具，如图1-84所示。检验时，将主轴的两支承轴颈放在同一平板上的两个V形架上，并在轴的一端用挡铁、钢球和工艺锥堵挡住，限制主轴沿轴向移动。两个V形架中有一个的高度是可调的。测量时先用千分表调整轴的中心线，使它与测量平面平行。平板的倾斜角一般是15°，使工件轴端靠自重压向钢球。在主轴前锥孔中插入检验心棒，按测量要求放置千分表，用手轻轻转动主轴，从千分表读数的变化即可测量各项误差，包括锥孔及有关表面相对支承轴颈的径向跳动和端面跳动。锥孔的接触精度用专用锥度量规涂色检验，要求接触面积在70%以上，分布均匀而大端接触较硬，即锥度只允许偏小，这项检验应在检验锥孔跳动之前进行。图1-38中各量表的功用如下：量表7检验锥孔对支承轴颈的同轴度误差；距轴端300mm处的量表8检查锥孔轴心线对支承轴颈轴心线的同轴度误差；量表3、4、5、6检查各轴颈相对支承轴颈的径向跳动；量表10、11、12检验端面跳动；量表9测量主轴的轴向窜动。根据相关知识介绍，全面检查齿轮零件的加工精度和表面质量，并分析已加工的零件是否合格。2.砂轮主轴的检验砂轮主轴可按照上述方式全面检验零件的加工精度和表面质量，并分析已加工的零件是否合格。二、检查本阶段进度检查学生练习情况，并对每个同学的练习情况进行记录。三、对测量过程中出现的问题进行总结，并提出解决方案四、针对问题及解决方案再练习。五、分组进行经验分享1.学生自评；2.小组内学生互评；3.各小组组长总结、归纳本小组的零件加工情况；4.教师、师傅总体评价并总结。六、对本项目所有的资料进行归纳、整理，对加工出的零件进行存放