项目7-机械加工质量分析课件.ppt

1、项目项目7 7 机械加工质量分析机械加工质量分析 机械制造技术机械制造技术( (任务任务) )目录目录 任务一 了解加工误差组成及其产生原因1 任务二 熟悉加工误差综合分析的方法 2 任务三 分析机械加工表面质量的影响因素 3机机械械制制造造技技术术任务一任务一 了解加工误差的组成及其产生原因了解加工误差的组成及其产生原因 任务引入任务引入质量是企业的生命质量是企业的生命加工精度加工精度 零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和 表面相对位置）与图纸所要求的理想几何参数表面相对位置）与图纸所要求的理想几何参数 相符合的程度。包括零件的形状精度、尺寸精相符

2、合的程度。包括零件的形状精度、尺寸精 度和表面相对位置精度三个部分度和表面相对位置精度三个部分如何把各种误差控制在允许范围内（即公差范围内）如何把各种误差控制在允许范围内（即公差范围内） 研究加工误差的目的：研究加工误差的目的：机机械械制制造造技技术术知识链接知识链接 在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成了一在机械加工中，机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的加工系统，称为工艺系统个完整的加工系统，称为工艺系统 工艺系统的各个部分，如机床、夹具、刀具和工件工艺系统的各个部分，如机床、夹具、刀具和工件都存在误差，统称为工艺系统误差。由于它是原始存在都存在误差，统称为工艺系统误差。由于它是原始

3、存在的，故也叫原始误差的，故也叫原始误差 主要包括原理误差、机床误差、刀具误差、夹具误差、主要包括原理误差、机床误差、刀具误差、夹具误差、工艺系统受力变形、热变形和内应力引起的误差等工艺系统受力变形、热变形和内应力引起的误差等 机机械械制制造造技技术术一、加工原理误差（理论误差）一、加工原理误差（理论误差）原理误差原理误差 是由于采用了近似轮廓形状的刀具或近似是由于采用了近似轮廓形状的刀具或近似 的加工运动而产生的加工误差的加工运动而产生的加工误差 采用近似的加工原理可简化加工过程、使机床采用近似的加工原理可简化加工过程、使机床结构及刀具形状简化、刀具数量减少、降低成本和结构及刀具形状简化、刀

4、具数量减少、降低成本和提高生产率等。提高生产率等。例如例如 在车床上车削蜗杆在车床上车削蜗杆又如又如 用仿形法铣削齿形用仿形法铣削齿形机机械械制制造造技技术术二、工艺系统的几何误差二、工艺系统的几何误差1机床误差机床误差（1 1）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 主轴回转误差的基本型式机机械械制制造造技技术术回转误差对加工精度的影响 从零件表面形状形成过程看，回转误差沿刀具与工件从零件表面形状形成过程看，回转误差沿刀具与工件接触点法向分量接触点法向分量Y 对精度影响最大；而切向分量对精度影响最大；而切向分量Z 对对精度的影响极小精度的影响极小 机机械械制制造造技技术术

5、主轴的纯径向跳动对主轴的纯径向跳动对工件的圆度影响很小工件的圆度影响很小 主轴的纯轴向窜动对内、外主轴的纯轴向窜动对内、外圆加工没有影响，但所加工圆加工没有影响，但所加工的端面却与内外圆不垂直的端面却与内外圆不垂直 主轴的纯角度摆动对工件的圆度影响很小，但工件成锥形主轴的纯角度摆动对工件的圆度影响很小，但工件成锥形车削时：车削时：主轴回转误差对加工精度的影响，随加工方法而异主轴回转误差对加工精度的影响，随加工方法而异机机械械制制造造技技术术（2 2）导轨误差）导轨误差 在水平面内的直线度在水平面内的直线度在垂直面内的直线度在垂直面内的直线度前后导轨的平行度（扭曲）前后导轨的平行度（扭曲）2刀具

6、误差刀具误差定尺寸刀具定尺寸刀具 成形刀具成形刀具 一般刀具一般刀具 3夹具误差夹具误差机机械械制制造造技技术术三、工件在机床或夹具上安装时的定位和夹紧误差三、工件在机床或夹具上安装时的定位和夹紧误差四、工艺系统受力变形所引起的加工误差四、工艺系统受力变形所引起的加工误差指在加工过程中刀具相对工件在切削接触点法线方指在加工过程中刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量向的相对位移量y，它与外力，它与外力F和工艺系统刚度和工艺系统刚度K系统系统有关，即：有关，即：y = F/ K系统系统工艺系统的刚度在加工过程中并不是一个常数，它工艺系统的刚度在加工过程中并不是一个常数，它将随工件加工部位的

7、不同而变化。将随工件加工部位的不同而变化。刚度是指物体或系统抵抗使其变形的外力的能力刚度是指物体或系统抵抗使其变形的外力的能力机机械械制制造造技技术术车削时的受力变形1由于刚度不等而引起的加工误差由于刚度不等而引起的加工误差以在车床上两顶尖之间加工光轴为例以在车床上两顶尖之间加工光轴为例K K系统系统= =F F y y / / y y系统系统 y系统系统=y工件工件+y机床机床+y刀具刀具+y夹具夹具 =y工件工件+y机床机床 =y工件工件 +（1x/L）y头架头架 + y尾架尾架 x/L + y刀架刀架 机机械械制制造造技技术术刀架尾架头架系统KFLxKFLxKFLxLLxEJLFyyyy

8、y22223)()1 ()()(3在车床上加工细长轴时，在车床上加工细长轴时，加工后出现腰鼓形加工后出现腰鼓形 在车床上车削短而粗的高刚度在车床上车削短而粗的高刚度轴时，加工后出现马鞍形轴时，加工后出现马鞍形 车削时，工件和机床刚度不足而造成的加工误差2pa1pa毛坯毛坯 =机机械械制制造造技技术术误差的复映2误差复映现象误差复映现象1pamaxFmaxyFminyF2pamaxyminyminy工件工件 = y1y2 误差复映系数误差复映系数： = 工件工件/毛坯毛坯 机机械械制制造造技技术术3由于夹紧变形而引起的加工误差由于夹紧变形而引起的加工误差夹紧变形而引起的加工误差机机械械制制造造技

9、技术术4其他力所引起的加工误差其他力所引起的加工误差重力变形而引起的加工误差机机械械制制造造技技术术5为减小工艺系统变形的影响应采取的措施为减小工艺系统变形的影响应采取的措施1) 提高工艺系统的刚度提高工艺系统的刚度例如，减少机床、夹具中的接合面；加工中例如，减少机床、夹具中的接合面；加工中 使用中心架、跟刀架、导套等来提高使用中心架、跟刀架、导套等来提高 工件的刚度等工件的刚度等 2) 减小切削力和其它外力及其在加工中的变化减小切削力和其它外力及其在加工中的变化例如，合理选择刀具材料和切削用量；及时例如，合理选择刀具材料和切削用量；及时 刃磨刀具等刃磨刀具等机机械械制制造造技技术术车床的热变

10、形五、工艺系统热变形五、工艺系统热变形1工艺系统热变形现象工艺系统热变形现象2机床的热变形机床的热变形机机械械制制造造技技术术3工件热变形及其对加工精度的影响工件热变形及其对加工精度的影响 在切削区施加充足的切削液；在切削区施加充足的切削液； 提高切削速度或进给量，以减少传入工件提高切削速度或进给量，以减少传入工件 的热量；的热量； 粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到粗、精加工分开，使粗加工的余热不带到 精加工工序中；精加工工序中； 刀具和砂轮勿让过分的磨钝就进行刃磨和刀具和砂轮勿让过分的磨钝就进行刃磨和 修正，以减少切削热和磨削热；修正，以减少切削热和磨削热； 使工件在夹紧状态下有伸缩的自

11、由（如采使工件在夹紧状态下有伸缩的自由（如采 用弹簧后顶尖等）。用弹簧后顶尖等）。 减少工件热变形对加工精度的影响，采取的措施：减少工件热变形对加工精度的影响，采取的措施：机机械械制制造造技技术术内应力而引起的变形六、工件因内应力而引起加工误差六、工件因内应力而引起加工误差 内应力是在没有外界载荷的情况下，存在于零内应力是在没有外界载荷的情况下，存在于零件内部互相平衡的应力件内部互相平衡的应力内应力愈大，加工后的变形也愈大内应力愈大，加工后的变形也愈大机机械械制制造造技技术术 安排热处理工序来消除内应力，对于特别精密的零安排热处理工序来消除内应力，对于特别精密的零 件，进行多次消除内应力的热处

12、理工序；件，进行多次消除内应力的热处理工序； 对于结构复杂、刚度低的零件，划分为粗、半精、对于结构复杂、刚度低的零件，划分为粗、半精、 精三个加工阶段，以减小内应力引起的变形；精三个加工阶段，以减小内应力引起的变形； 严格控制切削用量和刀具磨损，使零件不致产生较严格控制切削用量和刀具磨损，使零件不致产生较 大的内应力；大的内应力； 合理设计零件结构，尽量减小各部分厚度尺寸差合理设计零件结构，尽量减小各部分厚度尺寸差 值，以减小毛坯制造中的内应力；值，以减小毛坯制造中的内应力； 采用无切削力的特种工艺方法，如电化学加工等。采用无切削力的特种工艺方法，如电化学加工等。 为了克服内应力的重新分布而引

13、起的变形，采取的措施：为了克服内应力的重新分布而引起的变形，采取的措施：机机械械制制造造技技术术任务二任务二 熟悉加工误差综合分析的方法熟悉加工误差综合分析的方法任务引入任务引入在实际生产中，影在实际生产中，影响加工精度的因素响加工精度的因素往往是错综复杂的往往是错综复杂的 解决加工解决加工精度问题精度问题的途径的途径用数理统计方用数理统计方法综合分析法综合分析机机械械制制造造技技术术知识链接知识链接一、加工误差的性质一、加工误差的性质1. 系统性误差系统性误差 1） 当顺序加工一批零件时，产生误差的大小和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，则称为常值系统性误差方向若保持不

14、变，则称为常值系统性误差 2）若按一定的规律变化，则称为变值系统性误差）若按一定的规律变化，则称为变值系统性误差 例如，原理误差和机床、刀具、夹具、量具例如，原理误差和机床、刀具、夹具、量具的制造误差等的制造误差等 例如，刀具的磨损、工艺系统的热变形等例如，刀具的磨损、工艺系统的热变形等 机机械械制制造造技技术术2. 随机性误差（又称随机性误差（又称偶然性误差偶然性误差 ） 在加工一批零件中，产生误差的大小和方向是无在加工一批零件中，产生误差的大小和方向是无规律地变化的规律地变化的 例如，毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、例如，毛坯误差的复映、定位误差、夹紧误差、多次调整误差，内应力引起的误

15、差等多次调整误差，内应力引起的误差等 加工误差是许多系统性误差和随机性误差共同作用加工误差是许多系统性误差和随机性误差共同作用的结果，因此应对具体加工条件下可能产生误差的因的结果，因此应对具体加工条件下可能产生误差的因素和大小加以分析和研究。误差性质不同，解决的途素和大小加以分析和研究。误差性质不同，解决的途径也不同。径也不同。机机械械制制造造技技术术二、分布曲线法二、分布曲线法以实测数据为基础，应用概率论理论和数理以实测数据为基础，应用概率论理论和数理统计的方法，分析计算一批工件的误差，从统计的方法，分析计算一批工件的误差，从而划分其性质并提出消除或控制误差的一种而划分其性质并提出消除或控制

16、误差的一种方法。方法。生产中常用的有分布曲线法和点图法生产中常用的有分布曲线法和点图法加工误差统计分析法：加工误差统计分析法：机机械械制制造造技技术术3）将一批零件中每个零件的尺寸加以测量，并按尺）将一批零件中每个零件的尺寸加以测量，并按尺 寸大小把整批零件分成若干组，每组中零件尺寸寸大小把整批零件分成若干组，每组中零件尺寸 处于一定的间隔范围内。该尺寸间隔称为处于一定的间隔范围内。该尺寸间隔称为组距组距1）用调整法加工出的一批工件，其尺寸总是在一）用调整法加工出的一批工件，其尺寸总是在一 定范围内变化的，这种现象称为定范围内变化的，这种现象称为尺寸分散尺寸分散2）一批工件最大与最小尺寸之差就

17、是）一批工件最大与最小尺寸之差就是尺寸分散范围尺寸分散范围4）某一尺寸间隔内的零件数量，称为）某一尺寸间隔内的零件数量，称为频数频数m5）频数）频数m与该批零件总数与该批零件总数n之比，称为之比，称为频率频率机机械械制制造造技技术术直直方方图图分分布布折折线线图图实实际际分分布布曲曲线线正正态态分分布布曲曲线线机机械械制制造造技技术术正态分布曲线22221xxeynxnxxxxniin121nmxmmmmxmxmxxkiiikkk1212211nxxxxxxn22221机机械械制制造造技技术术 算术平均值决定了这一曲线的位置，左右对称算术平均值决定了这一曲线的位置，左右对称正态分布曲线有以下一

18、些特性：正态分布曲线有以下一些特性： 曲线呈钟形，中间高，两边低曲线呈钟形，中间高，两边低 均方根偏差均方根偏差是决定曲线形状的唯一参数是决定曲线形状的唯一参数 正态分布曲线与横坐标没有交点正态分布曲线与横坐标没有交点 正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全正态分布曲线下面所包含的全部面积代表了全 部工件，即部工件，即100% 100% 机机械械制制造造技技术术1)(ydxxF在x1范围内出现的概率1221102)(0121xxxxdxeydxFZXX/ )(设设dzezFzz02221)(面积则则机机械械制制造造技技术术 当当Z Z=3=3，即，即X X= =3 3时，则时，则 2 2（z

19、 z）0.99730.9973当当X = 3T时，加工一批零时，加工一批零件基本上都是合件基本上都是合格品了。因此，格品了。因此，一般取一般取6为正为正态分布曲线的尺态分布曲线的尺寸分散范围寸分散范围 T6的正态分布曲线机机械械制制造造技技术术若分布曲线变成不对称分布，则说明加工过程中出若分布曲线变成不对称分布，则说明加工过程中出现不正常情况，或存在着对加工精度的影响起主要现不正常情况，或存在着对加工精度的影响起主要作用的因素作用的因素 不对称分布曲线机机械械制制造造技技术术任务三任务三 分析机械加工表面质量的影响因素分析机械加工表面质量的影响因素 任务引入任务引入机械加工表面质量机械加工表面

20、质量是指零件加工后的表面层状态，是指零件加工后的表面层状态， 是判定零件质量优劣的重要依据是判定零件质量优劣的重要依据机械零件的机械零件的失效，大多失效，大多是由于零件是由于零件的磨损、耐的磨损、耐腐蚀和疲劳腐蚀和疲劳等所致等所致磨损、腐磨损、腐蚀、疲劳蚀、疲劳等破坏都等破坏都是从零件是从零件表面开始表面开始零件表面零件表面质量，直质量，直接影响零接影响零件的工作件的工作性能，尤性能，尤其是可靠其是可靠性和寿命性和寿命机机械械制制造造技技术术知识链接知识链接表面粗糙度和波度一、表面质量的主要内容一、表面质量的主要内容机机械械制制造造技技术术（1）表面层的几何形状特征）表面层的几何形状特征 加工

21、后的实际表面的几何形状和理想表面的几何加工后的实际表面的几何形状和理想表面的几何形状的偏离量形状的偏离量 表面粗糙度表面粗糙度表面的微观几何形状误差表面的微观几何形状误差 波度波度 介于宏观几何形状误差与表面粗糙度介于宏观几何形状误差与表面粗糙度 之间的周期性几何形状误差之间的周期性几何形状误差 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差Ra微观不平度十点高度微观不平度十点高度Rz机机械械制制造造技技术术（2）表面层的物理力学性能）表面层的物理力学性能 表面层的加工硬化表面层的加工硬化 表面层材料金相组织的变化表面层材料金相组织的变化 表面层的残余应力表面层的残余应力机机械械制制造造技技术术零件表面的接

22、触情况二、表面质量对零件使用性能的影响二、表面质量对零件使用性能的影响1对零件耐磨性的影响对零件耐磨性的影响 Ra的影响的影响必须适中：最必须适中：最佳表面粗糙度佳表面粗糙度Ra=0.80.2过大初期磨损严重过大初期磨损严重过小易过小易“咬合咬合”机机械械制制造造技技术术 一般来说，圆弧状的、凹坑状的表面纹理，耐磨一般来说，圆弧状的、凹坑状的表面纹理，耐磨性好，而尖峰状耐磨性差性好，而尖峰状耐磨性差 表层加工硬化的影响表层加工硬化的影响 表面纹理的影响表面纹理的影响冷作硬化一般都能使耐磨性冷作硬化一般都能使耐磨性有所提高。过度硬化会使金有所提高。过度硬化会使金属组织疏松，使表层金属变属组织疏松

23、，使表层金属变脆、脱落，反而使磨损加剧脆、脱落，反而使磨损加剧冷硬程度与耐磨性的关系机机械械制制造造技技术术2对零件疲劳强度的影响对零件疲劳强度的影响残余压应力能降低其疲劳强度残余压应力能降低其疲劳强度如：表面淬火、渗碳、渗氮等方法的采用如：表面淬火、渗碳、渗氮等方法的采用 Ra的影响的影响减小减小Ra值可以使零件的疲劳强度有所提高值可以使零件的疲劳强度有所提高特别是承受交变负荷的零件表面特别是承受交变负荷的零件表面 加工硬化的影响加工硬化的影响适度的加工硬化能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，适度的加工硬化能阻碍表面层疲劳裂纹的出现，从而提高疲劳强度从而提高疲劳强度 残余应力的影响残余应力的影响机机

24、械械制制造造技技术术3对零件耐蚀性的影响对零件耐蚀性的影响零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时，零件在潮湿的空气中或在有腐蚀性的介质中工作时，常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀常会发生化学腐蚀或电化学腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀由于大气中的气体及水汽或腐蚀介质容易由于大气中的气体及水汽或腐蚀介质容易 在粗糙表面的谷底处积聚而发生化学反应在粗糙表面的谷底处积聚而发生化学反应 电化学腐蚀电化学腐蚀由于不同金属材料的两个零件表面相接由于不同金属材料的两个零件表面相接 触时，在表面的粗糙度顶峰间产生的电触时，在表面的粗糙度顶峰间产生的电 化学作用化学作用减小零件表面粗糙度，可提高零件的耐腐蚀性能减小零件表

25、面粗糙度，可提高零件的耐腐蚀性能残余压应力和一定程度的硬化有利于阻碍表面裂纹残余压应力和一定程度的硬化有利于阻碍表面裂纹的产生和扩展，因而有利于提高零件的抗腐蚀能力的产生和扩展，因而有利于提高零件的抗腐蚀能力机机械械制制造造技技术术4对零件配合质量的稳定性及可靠性的影响对零件配合质量的稳定性及可靠性的影响有配合要求的表面都要求较低的表面粗糙度有配合要求的表面都要求较低的表面粗糙度 影响动配合的稳定性影响动配合的稳定性影响静配合的可靠性影响静配合的可靠性过盈配合中，表面硬化严重将造成表层金属剥离，从过盈配合中，表面硬化严重将造成表层金属剥离，从而破坏配合的性质和精度而破坏配合的性质和精度表面残余

26、应力过大，将引起零件变形，使零件的几何表面残余应力过大，将引起零件变形，使零件的几何尺寸改变，也将影响配合性质和精度尺寸改变，也将影响配合性质和精度机机械械制制造造技技术术三、影响表面质量的因素三、影响表面质量的因素1刀具几何形状及切削用量刀具几何形状及切削用量切削过程中刀具在工件表面上留下的残留面积的切削过程中刀具在工件表面上留下的残留面积的大小是表面粗糙度的标志大小是表面粗糙度的标志 影响残留面积大小的主要是刀尖半径、主偏角、影响残留面积大小的主要是刀尖半径、主偏角、副偏角和进给量副偏角和进给量 0/,rfrraR/cotcotrrfH机机械械制制造造技技术术在一定的切削速度范围内容易产生

27、积屑瘤或鳞刺在一定的切削速度范围内容易产生积屑瘤或鳞刺 切削液的冷却和润滑作用会减少切削热和摩擦，切削液的冷却和润滑作用会减少切削热和摩擦，并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，有利于降低表面粗并能抑制积屑瘤和鳞刺的产生，有利于降低表面粗糙度值糙度值砂轮的粒度细，并经过仔细的修整，将使工件上砂轮的粒度细，并经过仔细的修整，将使工件上的切削痕迹细而密，使表面粗糙度变细的切削痕迹细而密，使表面粗糙度变细合理选择切削速度合理选择切削速度 机机械械制制造造技技术术2工件材料工件材料加工脆性材料如铸铁时，切屑呈碎粒状加工脆性材料如铸铁时，切屑呈碎粒状 加工塑性好的材料加工塑性好的材料切屑与工件分离时产生切屑与工件分离时产生撕裂及挤压现象撕裂及挤压现象易产生积屑瘤及鳞刺易产生积屑瘤及鳞刺磨削时，硬度太高或太低的材料都不容易磨光磨削时，硬度太高或太低的材料都不容易磨光 必要时可安排事先正火或调质等热处理必要时可安排事先正火或调质等热处理 机机械械制制造造技技术术3切削时的振动切削时的振动采用较低的切削用量采用较低的切削用量 切削过程中工艺系统的振动是使工件产生波度的主要原因切削过程中工艺系统的振动是使工件产生波度的主要原因 降低零件的加工精度和表面质量降低零件的加工精度和表面质量缩短机床及刀具的使用寿命缩短机床及刀具的使用寿命生产率降低生产率降低机机械械制制造造技技术术The End