1、1,汽車(chē)制造工藝學(xué),3,機(jī)械工程學(xué)院 汽車(chē)工程教研室 2010年 2 月,2,工件的機(jī)械加工質(zhì)量,第3章,3,3.1 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念,保證零件加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，是研究機(jī)械制造工藝的目的。質(zhì)量是根本。 汽車(chē)零件的質(zhì)量直接影響著汽車(chē)的性能和使用壽命。 零件的機(jī)械加工質(zhì)量包括兩個(gè)方面：加工精度和表面質(zhì)量。 加工精度：尺寸精度、幾何形狀精度、位置精度 表面質(zhì)量：表面幾何學(xué)特征、表面層材質(zhì)的變化,4,一、機(jī)械加工精度 1.加工精度概念： 零件加工后，其實(shí)際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的符合程度。 2.加工誤差概念： 零件加工后，其實(shí)際尺寸、幾何形狀、相互位置與理想零件的

2、不符合程度。 加工精度和加工誤差，實(shí)際上是對(duì)同一個(gè)問(wèn)題從正、反兩方面來(lái)進(jìn)行論述。 在生產(chǎn)中，一般都是通過(guò)控制加工誤差來(lái)保證加工精度。,5,(1)尺寸精度：零件加工后的直徑、長(zhǎng)度和表面間距等尺寸的實(shí)際值與理想值的符合程度。 (2)幾何形狀精度：零件加工后的直線(xiàn)度、平面度、圓度、圓柱度、線(xiàn)輪廓度和面輪廓度的實(shí)際值與理想值的符合程度。 (3)相互位置精度：零件加工后平行度、垂直度、同軸度、對(duì)稱(chēng)度、位置度、圓跳動(dòng)和全跳動(dòng)的實(shí)值與理想值的符合程度。 零件的加工精度越高，零件的質(zhì)量也越高，加工成本也越高。在滿(mǎn)足零件使用要求的前提下，可以允許零件有一定程度的加工誤差。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)零件的使用要求，合理地規(guī)定

3、零件的加工精度，不能盲目追求高精度。,6,二、機(jī)械加工表面質(zhì)量 (1)表面幾何學(xué)特征：指零件最外層表面的微觀幾何形狀，通常用表面粗糙度、波度表示。 (2)表面層材質(zhì)的變化：指在一定深度的零件表面層出現(xiàn)的與基體材料組織不同的變質(zhì)情況，主要指表面層因塑性變形引起的冷作硬化、表面層因切削熱引起的金相組織變化、表面層產(chǎn)生的殘余應(yīng)立。 零件的加工表面質(zhì)量的重要性在于，影響機(jī)器零件的使用性能以及整部機(jī)械的工作性能。,7,三、獲得加工精度的方法 （一）獲得尺寸精度的方法 （1）試切法 通過(guò)試切測(cè)量調(diào)整再試切，反復(fù)進(jìn)行到被加工尺寸達(dá)到要求為止的加工方法稱(chēng)為試切法。 試切法的生產(chǎn)率低，但它不需要復(fù)雜的裝置，加工

4、精度取決于工人的技術(shù)水平和計(jì)量器具(工具、儀器、儀表)的精度，故常用于單件小批生產(chǎn)。,8,（2）定尺寸刀具法 利用刀具的相應(yīng)尺寸來(lái)保證工件被加工部位尺寸的一種方法。 影響尺寸精度的因素有：刀具的尺寸精度、刀具與工件的位置精度等。 定尺寸刀具法操作方便，生產(chǎn)率較高，加工精度也較穩(wěn)定。 當(dāng)尺寸精度要求較高時(shí)，常用浮動(dòng)刀具進(jìn)行加工，就是為了消除刀具與工件的位置誤差的影響。 鉆頭、鉸刀、多刃鏜刀塊等加工孔均屬定尺寸刀具法，應(yīng)用于各種生產(chǎn)類(lèi)型。拉刀拉孔也屬定尺寸刀具法，應(yīng)用于大中批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。,9,（3）調(diào)整法 在加工一批工件之前，先調(diào)整好刀具與工件在機(jī)床上的相對(duì)位置，并在加工中保持這個(gè)位置不變，從

5、而保證獲得規(guī)定尺寸。 影響調(diào)整法精度的因素有：測(cè)量精度、調(diào)整精度、重復(fù)定位精度等。當(dāng)生產(chǎn)批量較大時(shí)，調(diào)整法有較高的生產(chǎn)率。調(diào)整 法對(duì)調(diào)整工的要求 高，對(duì)機(jī)床操作工 的要求不高，常用 于成批生產(chǎn)和大量 生產(chǎn)。,10,（4）自動(dòng)控制法 在加工過(guò)程中，利用測(cè)量裝置、進(jìn)給裝置和控制系統(tǒng)，使工件在加工過(guò)程中自動(dòng)測(cè)量、進(jìn)給、補(bǔ)償，當(dāng)工件達(dá)到加工尺寸要求，使機(jī)床停止工作。 目前，自動(dòng)測(cè)量中的數(shù)據(jù)可用數(shù)字顯示。自動(dòng)控制法把測(cè)量裝置加入工藝系統(tǒng)(即機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的統(tǒng)一體)中，自動(dòng)控制法的加工精度高，主要用在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)或精密機(jī)床上。,11,（二）獲得形狀精度的方法 1.刀尖軌跡法 依靠刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡獲

6、得形狀精度的方法稱(chēng)為刀尖軌跡法。刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡取決于刀具和工件的相對(duì)成形運(yùn)動(dòng)，因而所獲得的形狀精度取決于成形運(yùn)動(dòng)的精度。 普通車(chē)削、銑削、刨削和磨削等均屬刀尖軌跡法。,12,2.成形法 利用成形刀具對(duì)工件進(jìn)行加工的方法稱(chēng)為成形法。成形刀具替代一個(gè)成形運(yùn)動(dòng)；成形法所獲得的形狀精度取決于成形刀具的形狀精度和其他成形運(yùn)動(dòng)精度。 用成形砂輪、拉刀等成形刀具加工都屬成形法。,13,3.展成法(滾切法) 利用工件和刀具作展成切削運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工的方法稱(chēng)為展成法。展成法所得被加工表面是切削刃和工件作展成運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所形成的包絡(luò)面，切削刃形狀必須是被加工面的共軛曲線(xiàn)。它所獲得的精度取決于切削刃的形狀和展成運(yùn)動(dòng)的精度

7、等。 滾齒、插齒、磨齒、滾花鍵等均屬展成法。,14,（三）獲得位置精度的方法（工件的裝夾方式） 工件的位置要求取決于工件的裝夾(定位和夾緊)方式及其精度。工件的裝夾方式有： 1.用夾具裝夾 夾具是用以裝夾工件(和引導(dǎo)刀具)的裝置。當(dāng)以精基準(zhǔn)定位時(shí)，工件的定位精度一般可達(dá)0.0lmm。所以，用專(zhuān)用夾具裝夾工件廣泛用于中、大批和大量生產(chǎn)。但是，由于制造專(zhuān)用夾具費(fèi)用較高、周期較長(zhǎng)，所以在單件小批生產(chǎn)時(shí)，很少采用專(zhuān)用夾具，而是采用通用夾具。當(dāng)工件的加工精度要求較高時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)元件組裝的組合夾具，使用后元件可拆回。,15,2.找正裝夾 找正是用工具(和儀表)根據(jù)工件上有關(guān)基準(zhǔn)，找出工件在劃線(xiàn)、加工(或

8、裝配)時(shí)的正確位置的過(guò)程。用找正方法裝夾工件稱(chēng)為找正裝夾。找正裝夾又可分為： 1)劃線(xiàn)找正裝夾 此法是用劃針根據(jù)毛坯或半成品上所劃的線(xiàn)為基準(zhǔn)找正它在機(jī)床上正確位置的一種裝夾方法。只用在批量不大、形狀復(fù)雜而笨重的工件，或毛坯的尺寸公差很大而無(wú)法采用夾具裝夾的工件。 2)直接找正裝夾 此法是用劃針和百分表或通過(guò)目測(cè)直接在機(jī)床上找正工件位置的裝夾方法。只用于單件小批生產(chǎn)中。,16,2.找正裝夾,17,3.2 影響加工精度的主要因素,在機(jī)械加工過(guò)程中，零件的加工精度主要取決于工件和刀具在切削成形運(yùn)動(dòng)中的相互位置關(guān)系。 機(jī)床、夾具、工件和刀具所構(gòu)成的系統(tǒng)叫工藝系統(tǒng)。 加工精度問(wèn)題涉及整個(gè)工藝系統(tǒng)。 產(chǎn)生

9、加工誤差的主要因素有： 機(jī)床的制造誤差與磨損； 工藝系統(tǒng)熱變形； 夾具的制造誤差與磨損； 加工原理誤差； 刀具的制造誤差與磨損； 工件定位誤差； 工藝系統(tǒng)受力變形； 調(diào)整誤差； 工件殘余應(yīng)力引起的變形； 測(cè)量誤差。,18,一、加工原理誤差 加工原理誤差是指采用了近似的加工方法進(jìn)行加工而產(chǎn)生的加工誤差。 滾切漸開(kāi)線(xiàn)齒廓是一種近似的加工方法，滾刀的齒數(shù)是有限的，那么，滾切的漸開(kāi)線(xiàn)就不可能是理想的光滑漸開(kāi)線(xiàn)，滾刀是一種近似形狀的刀具，也會(huì)引起加工誤差。此外，在公制絲杠的車(chē)床上加工英制螺紋、車(chē)削模數(shù)蝸桿時(shí)，由于導(dǎo)程都是無(wú)理數(shù)，只能用近似傳動(dòng)比的掛輪，其成形運(yùn)動(dòng)軌跡都是近似導(dǎo)程的螺旋線(xiàn)。這些都表明，由于

10、采用了近似的加工方法加工，所以都存在著加工原理誤差。 采用近似的加工方法，雖然會(huì)產(chǎn)生加工原理誤差，但可簡(jiǎn)化加工工藝過(guò)程，簡(jiǎn)化機(jī)床或工藝裝備的結(jié)構(gòu)。因此，只要誤差不超過(guò)規(guī)定的精度要求，在生產(chǎn)實(shí)踐中仍能廣泛采用。,19,二、機(jī)床的制造誤差和磨損 機(jī)床導(dǎo)軌誤差 機(jī)床導(dǎo)軌是機(jī)床各主要部件相對(duì)位置和運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)，它的精度既直接影響溜板的運(yùn)動(dòng)精度，又直接影響機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)間的相互幾何關(guān)系。機(jī)床導(dǎo)軌誤差主要反映在以下幾個(gè)方面： 導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線(xiàn)度； 導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線(xiàn)度； 導(dǎo)軌扭曲； 導(dǎo)軌與主軸中心線(xiàn)在水平面內(nèi)的平行度； 導(dǎo)軌與主軸中心線(xiàn)在垂直面內(nèi)的平行度。,20,機(jī)床導(dǎo)軌誤差,21,（一）機(jī)床導(dǎo)軌的

11、直線(xiàn)度誤差 在車(chē)床上，機(jī)床導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線(xiàn)度誤差y ，則全部反映在工件上。 如圖所示，車(chē)削外圓時(shí) y會(huì)使工件產(chǎn)生圓柱度 誤差。,22,（一）機(jī)床導(dǎo)軌的直線(xiàn)度誤差 例如，在車(chē)床上，導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線(xiàn)度誤差z，對(duì)工件的加工精度影響較小。在圖中有： R2z2(RR)2 則 z22RR(R)2 略去(R)2，得 Rz2 /（2R） 因?yàn)閦很小，R更小，所以在車(chē)外圓時(shí)z的影響可以忽略不計(jì)。,23,（二）機(jī)床導(dǎo)軌與主軸軸線(xiàn)的平行度誤差 當(dāng)車(chē)床導(dǎo)軌與主軸軸線(xiàn)在水平面內(nèi)有平行度誤差時(shí)，工件會(huì)被車(chē)成圓錐體，而不是圓柱體。 當(dāng)車(chē)床導(dǎo)軌與主軸軸線(xiàn)在垂直面內(nèi)有平行度誤差時(shí)，車(chē)出來(lái)的工件是雙曲面回轉(zhuǎn)體。 而在鏜

12、床上，導(dǎo)軌在水平面及垂直面內(nèi)的直線(xiàn)度誤差，均直接影響工件的加工精度。同時(shí)，鏜床導(dǎo)軌的扭曲，會(huì)使所加工的孔產(chǎn)生位置誤差。 車(chē)床導(dǎo)軌扭曲 誤差如何？,24,（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng) 主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸心線(xiàn)相對(duì)于理想軸心線(xiàn)位置的最大偏移量稱(chēng)為主軸的回轉(zhuǎn)誤差。,三種基本形式： 徑向跳動(dòng) 角向擺動(dòng) 軸向竄動(dòng),25,（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差 主軸在回轉(zhuǎn)時(shí)，這三種誤差是同時(shí)存在的，主軸回轉(zhuǎn)誤差運(yùn)動(dòng)是這三種誤差的合成運(yùn)動(dòng)。而且這種合成運(yùn)動(dòng)的軌跡在每一轉(zhuǎn)又是不相同的。主軸的這種誤差運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為主軸的漂移。 主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)零件加工精度的影響： 主軸的軸向竄動(dòng)，會(huì)影響加工工件端面的形狀精度；加工螺紋時(shí)，則要影響螺距

13、精度。徑向跳動(dòng)主要影響加工工件圓柱面的形狀精度。角向擺動(dòng)對(duì)工件圓柱面及端面的形狀精度都有影響。,26,（三）主軸回轉(zhuǎn)誤差 分析：車(chē)削時(shí)： 1.主軸軸徑圓度會(huì)反映到工件上去； 2.而軸承孔誤差影響較小。 分析：鏜削時(shí)： 1.主軸軸徑圓度對(duì)工件影響較?。?2.而主軸承孔誤差會(huì)反映到工件上去。 （四）機(jī)床導(dǎo)軌及主軸軸徑、軸承的磨損 分析同上述情況及綜合,27,（五）控制機(jī)床誤差的措施 (1)機(jī)床導(dǎo)軌誤差產(chǎn)生的原因： a.制造誤差 b.機(jī)床安裝不良 c.機(jī)床因基礎(chǔ)不良或自重下沉引起導(dǎo)軌嚴(yán)重的扭曲變形 d.導(dǎo)軌磨損 (2) 減少導(dǎo)軌誤差的措施： 首先，在機(jī)床安裝時(shí)要有良好的基礎(chǔ)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)量和校正

14、； 其次，在機(jī)床使用期間應(yīng)定期復(fù)校和調(diào)整，以減小機(jī)床導(dǎo)軌的扭曲變形； 其三，加強(qiáng)機(jī)床的日常保養(yǎng)和維護(hù)，保持機(jī)床的清潔，運(yùn)動(dòng)部件要經(jīng)常加油潤(rùn)滑，以減少機(jī)床零部件的磨損。,28,（五）控制機(jī)床誤差的措施 (3)主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的根源： 支承主軸的軸承有誤差。 滑動(dòng)軸承時(shí):軸頸和軸承孔的圓度誤差及波度。 滾動(dòng)軸承時(shí):軸承內(nèi)外圈滾道和滾動(dòng)體的形狀誤差和尺寸。 軸承間隙的影響。使主軸部件的剛度降低，當(dāng)載荷、轉(zhuǎn)速等發(fā)生變化時(shí)，主軸漂移量就增大。 與軸承配合的零件誤差的影響。軸頸或箱體孔的圓度誤差，軸肩、過(guò)渡套、軸承端蓋、螺母等相關(guān)端面有平面度誤差或與回轉(zhuǎn)軸不垂直，箱體前、后支承孔有同軸度誤差，主軸前、后支

15、承軸頸有同軸度誤差等。 其他影響。主軸轉(zhuǎn)速的影響及主軸熱變形的影響，等等。,29,三、刀具的制造誤差和磨損 工件加工表面有三種形成方法,不同的加工方法，采用的刀具也不同，刀具誤差對(duì)加工誤差的影響也不同。 1成形刀具和定尺寸刀具 刀具切削刃在切削基面上的投影就是加工表面的母線(xiàn)形狀。因此，成形刀具切削刃的形狀誤差和磨損直接影響加工表面的形狀精度。,30,三、刀具的制造誤差和磨損 2用展成法加工的刀具 刀具與工件要作具有嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系的嚙合運(yùn)動(dòng)，加工表面是刀刃在相對(duì)嚙合運(yùn)動(dòng)中的包絡(luò)面，刀刃的形狀必須是加工表面的共軛曲線(xiàn)。因此，刀刃的形狀誤差及磨損同樣會(huì)影響加工表面的形狀精度。,31,三、刀具的制造誤差

16、和磨損 3以刀尖軌跡法加工的刀具 使用諸如普通車(chē)刀、鏜刀、刨刀等單刃刀具加工時(shí)，加工表面的形狀主要由機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度保證，加工表面的尺寸主要由調(diào)整決定，因此，刀具的制造誤差對(duì)加工精度無(wú)直接影響。 但一般單刃刀具的耐用度較低，在一次調(diào)整中就有顯著的磨損。因此，在加工較大表面時(shí)，即一次走刀需較長(zhǎng)時(shí)間時(shí)，刀具的磨損會(huì)嚴(yán)重影響工件的形狀精度；用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，刀具的磨損會(huì)對(duì)工件的尺寸精度有很大的影響。,32,三、刀具的制造誤差和磨損 4刀具磨損規(guī)律,車(chē)刀的尺寸磨損,車(chē)刀磨損過(guò)程,33,三、刀具的制造誤差和磨損 5減少刀具磨損對(duì)加工誤差影響的措施： 1)尺寸補(bǔ)償或調(diào)整。 采用主動(dòng)控制工件尺寸的閉環(huán)控制

17、機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償。 調(diào)整法加工中定期檢測(cè)工件尺寸，調(diào)整刀具位置來(lái)補(bǔ)償尺寸誤差。 2)根據(jù)工件材料選用親和力小、耐磨的刀具材料，如陶瓷合金、立方氮化硼、人造金剛石、表面涂層硬質(zhì)合金等。 3)選擇相應(yīng)的切削液，要求切削液有較強(qiáng)的浸潤(rùn)性、對(duì)環(huán)境的無(wú)害性、防銹性。 4)砂輪的自動(dòng)修整與補(bǔ)償。 5)適當(dāng)減小切削用量，以提高刀具耐用度。,34,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 工藝系統(tǒng)是由機(jī)床、刀具、夾具和工件四者組成的一個(gè)整體。這個(gè)整體在切削力、夾緊力、傳動(dòng)力、重力和慣性力等外力的作用下，會(huì)發(fā)生變形，破壞了刀刃與工件間正確的相互位置關(guān)系，從而使工件產(chǎn)生加工誤差。 1工藝系統(tǒng)的剛度 在外力作用下，工藝系統(tǒng)抵抗

18、變形的能力稱(chēng)為工藝系統(tǒng)剛度，簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)剛度，可用下式定義： kxtFy/yxt 式中：kxt 為系統(tǒng)剛度(Nmm)； Fy為切削力在工件表面法向的分力，即徑向切削力（N）； yxt為在總切削力作用下，系統(tǒng)在工件表面法向的變形量(mm)。,35,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 工藝系統(tǒng)的變形，可以按照工藝系統(tǒng)的組成相應(yīng)地把變形疊加。 即 yxtyj十yd十yg 式中：yj為機(jī)床(包括夾具)的變形量； yd為刀具的變形量； yg為工件的變形量。 令機(jī)床(包括夾具)的剛度 kjFy/yj 刀具剛度 kdFy/yd 工件剛度 kgFy/yg,36,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 2工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)

19、加工精度的影響 在考慮工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響時(shí)，以在車(chē)床上車(chē)外圓為例，并設(shè)工件變形量為零，即yg0。 (1)機(jī)床的變形：如圖在車(chē)床的兩頂尖間車(chē)一根光軸。設(shè)切削過(guò)程中切削力保持不變。,37,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 2工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 刀具在任意點(diǎn)A距尾座x處時(shí)，由受力及力矩平衡式： RctRwzFy Rct（Lx）Rwz x 可解得 RwzFy（Lx）/L RctFy x /L 則有 yctRct/kct （Fy/kct）（x/L） ywzRwz/kwz（Fy/kwz）（L-x）/L ydjFy/kdj 式中：kct，kwz和kdj分別為車(chē)頭，尾座和刀架部件的

20、剛度； yct，ywz和ydj分別為車(chē)頭，尾座和刀架部件的變形量； Rct，Rwz為車(chē)頭、尾座受到的支反力。,38,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 2工藝系統(tǒng)受力變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床在任意點(diǎn)A距x處的變形定義為 yjyjyj ydj 即該處的機(jī)床變形，就是該點(diǎn)處由于車(chē)頭、尾座形和刀架的變形，而使刀具偏離工件的距離。因?yàn)?yjyct yj（ywz- yct）（L-x）/L 所以 yjyct（ywz- yct）（L-x）/Lydj Fy（x/L）2/kct（L-x）/L2/kwz1/kdj 則機(jī)床的剛度可表述為 kj（x/L）2/kct（L-x）/L2/kwz1/kdj-1 稱(chēng)xL2時(shí)的機(jī)

21、床剛度為機(jī)床的平均剛度。通常用平均剛度來(lái)表示一臺(tái)機(jī)床的剛度。,39,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 3工件的剛度及其對(duì)加工精度的影響 工件的變形，通?？梢园床牧狭W(xué)中的有關(guān)公式計(jì)算，即把工件的變形當(dāng)作梁的變形來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 例如在兩頂尖間車(chē)一光軸，則工件的變形為 yg(Fy3EJ)x2(Lx)2L 式中： E為工件材料的彈性模量(Nmm2)； J為工件截面慣性矩(mm4)。 工件剛度為: kg3EJLx2(Lx)2 當(dāng)在兩頂尖間車(chē)光軸時(shí)，若不考慮系統(tǒng)其他部分的變形，只考慮工件本身的變形，則工件加工后的形狀為鼓形。,40,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 4刀具的剛度及其對(duì)加工精度的影響,刀具變

22、形對(duì)工件精度的影響 （ 磨內(nèi)孔）,41,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 5.系統(tǒng)的剛度及其對(duì)加工精度的影響： 若不考慮刀具變形，即yd0，則系統(tǒng)變形量為 yxtyj十yg yxtFy （x/L）2/kct（L-x）/L2/kwz1/kdj(Fy3EJ)x2(Lx)2L 由于工藝系統(tǒng)變形而導(dǎo)致的工件加工誤差，可按上式計(jì)算系統(tǒng)變形量，系統(tǒng)變形的大小，就是刀具偏離工件正確位置的數(shù)值，也就是工件的加工誤差。 系統(tǒng)剛度在工件全長(zhǎng)上是一個(gè)變量，與之相應(yīng)的系統(tǒng)變形量在工件上也是一個(gè)變量，所以需在工件全長(zhǎng)上取若干個(gè)點(diǎn)，求出在各點(diǎn)的系統(tǒng)變形量，然后得出系統(tǒng)變形曲線(xiàn)。系統(tǒng)變形曲線(xiàn)的形狀，完全反映了加工后工件母線(xiàn)

23、的形狀。,42,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 6.毛坯誤差的復(fù)映：有時(shí)可以認(rèn)為工藝系統(tǒng)的剛度在工件全長(zhǎng)上是近似不變的，如在車(chē)床上車(chē)短軸等情況。短工件加工，可以把系統(tǒng)剛度視作一個(gè)常量。但是，如果這時(shí)毛坯形狀誤差較大，那么就會(huì)由于毛坯余量不均勻而使工件某一個(gè)截面上所受到的切削力大小不一致，切削力的變化導(dǎo)致工藝系統(tǒng)變形量不一致，最終影響加工精度。 如圖示車(chē)短軸， 毛坯本身有圓度誤差，,43,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 按金屬切削原理有關(guān)公式 FyFzFzCFz ap f0.75 故 FyCFz ap f0.75 式中：為切削力分配系數(shù)(0.15一0.7)； CFz為切削力系數(shù)；ap 為切削

24、深度；f為進(jìn)給量。 令工件加工后的半徑差為g。系統(tǒng)變形量就是工件的加工誤差，因此， gy1-y2 因?yàn)橄到y(tǒng)變形量yx1Fy/kx1 所以g（Fy1Fy2）/kx1 CFz f0.75（ap1ap2）/kx1 令m（ap1ap2） CFz f0.75/kx1 得gm 式中為誤差復(fù)映系數(shù)(01)。,44,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 從式(36)及的定義域可以得出： 只要毛坯有誤差(m0)，工件加工后必定有誤差(g0)。由于工件誤差與毛坯誤差是相對(duì)應(yīng)的，因此可以把工件誤差看成是毛坯誤差的“復(fù)映”。同時(shí)，由于1，所以工件誤差值必定小于毛坯誤差值。以上就是毛坯誤差的復(fù)映規(guī)律。 要減小工件的復(fù)映誤差

25、，可以增加工藝系統(tǒng)的剛度，減小徑向切削分力。此外，增加走刀次數(shù)也可以大大減少工件的復(fù)映誤差。 設(shè)1，2，3，分別為第一，第二，第三次，走刀時(shí)的誤差復(fù)映系數(shù)，則 g11m g22g1 12m g33g2 123m ,45,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 7影響工藝系統(tǒng)剛度的因素 (1)連接表面的接觸變形。工藝系統(tǒng)是由許多零部件構(gòu)成的，各零部件表面都存在著一定的不平度，亦即各連接表面的實(shí)際接觸面要比名義上的接觸面小，在名義壓力作用下，接觸面就要發(fā)生接觸變形。在接觸變形中，既有彈性變形，又有一小部分塑性變形。接觸變形影響了系統(tǒng)的剛度。 (2)零件的摩擦。工藝系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件的摩擦對(duì)系統(tǒng)剛度的影響，主

26、要表現(xiàn)在加載和卸載。在加載時(shí)，摩擦阻止變形的增加；在卸載時(shí)，摩擦阻止變形的恢復(fù)。 (3)連接件的預(yù)緊力。在工藝系統(tǒng)中對(duì)連接件適當(dāng)施加預(yù)緊力，可以提高連接件的接觸剛度。 (4)配合間隙。連接件的配合間隙會(huì)使工藝系統(tǒng)在外力作用上去后，產(chǎn)生變形。 (5)零件的剛度。工藝系統(tǒng)中零件的剛度大、變形小，則系統(tǒng)的剛度也大，變形也小。,46,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 8提高工藝系統(tǒng)剛度的措施 (1)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)工藝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量減少零件數(shù)目，減少接觸副、提高零件的結(jié)構(gòu)剛度。 (2)提高連接表面的接觸剛度。提高連接表面接觸剛度的主要措施是：提高表面的平面度，降低表面粗糙度，同時(shí)加上適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力

27、。 (3)采用合理的裝夾方式。這是在夾具設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題，其核心是使工件和刀具的變形盡量小。 (4)合理使用機(jī)床。主要是指調(diào)整好機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的間隙，消除機(jī)床的安裝誤差。 (5)合理安排工藝。在安排零件的加工工藝時(shí)，要使切削過(guò)程中所產(chǎn)生的切削力比較小，切削力的變化也比較小。,47,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 （二）工藝系統(tǒng)的熱變形 1工藝系統(tǒng)熱源 機(jī)械加工過(guò)程中，工藝系統(tǒng)受熱后也要變形。工藝系統(tǒng)的熱源主要來(lái)自?xún)煞矫?，即?nèi)部熱源和外部熱源，內(nèi)部熱源是指摩擦熱和切削熱，外部熱源是指環(huán)境溫度和輻射熱。 (1)摩擦熱。摩擦熱是機(jī)床內(nèi)部各對(duì)運(yùn)動(dòng)副之間摩擦所產(chǎn)生的熱。如齒輪、軸承等。摩擦熱主要影響機(jī)

28、床的變形。 (2)切削熱。切削熱是指在切削過(guò)程中，被加工材料的塑性變形，以及刀具與工件、切屑之間摩擦所消耗的能量，這個(gè)能量就轉(zhuǎn)化為熱量。切削熱主要影響工件和刀具的變形。 (3)環(huán)境溫度。 (4)輻射熱。 環(huán)境溫度和輻射熱對(duì)機(jī)床、刀具和工件的影響相對(duì)較小，但有時(shí)也不能忽視，尤其是在大型、精密零件的加工中，要注意溫差和熱量輻射位置變化所引起的系統(tǒng)熱變形的變化。,48,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 2工件受熱變形對(duì)加工精度的影響 工件在加工時(shí)的受熱變形，可分為兩種情況：均勻受熱和不均勻受熱。一般，除了車(chē)長(zhǎng)軸和磨削、銑削、刨削薄片類(lèi)工件的表面被視為不均勻受熱外，其他加工大都可以視作均勻受熱。 (1

29、)工件均勻受熱。如果認(rèn)為工件在加工過(guò)程中是均勻受熱，那么，可按照熱學(xué)原理，依據(jù)工件材料的熱脹系數(shù)、工件原來(lái)的尺寸及平均溫升來(lái)計(jì)算工件的受熱變形量。 (2)工件不均勻受熱。 在車(chē)長(zhǎng)軸時(shí)，應(yīng)把工件視 為不均勻受熱。如圖所示，,49,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 2工件受熱變形對(duì)加工精度的影響 在銑削、刨削和磨削薄片類(lèi)工件的表面時(shí)，也應(yīng)把工件視為不均勻受熱。,50,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 3刀具受熱變形對(duì)加工精度的影響 刀具在切削過(guò)程中，由于受到切削熱的作用，要產(chǎn)生熱伸長(zhǎng)。由于刀具的伸長(zhǎng)，破壞了已調(diào)整好的工件與刀具之間的正確位置，致使切削深度增大，最終影響工件的尺寸和形狀精度。 圖:車(chē)

30、刀受熱變形曲線(xiàn) 大多數(shù)切削加工都可以被認(rèn) 為是間斷切削。每個(gè)工件的 裝卸時(shí)間，就是刀具間斷切 削階段。對(duì)于間斷切削，最 大熱伸長(zhǎng)量主要影響一批 工件的尺寸精度。熱平衡后 刀具的熱伸長(zhǎng)量(冷收縮量) 1主要影響每一個(gè)工件的形 狀精度。,51,四、工藝系統(tǒng)受力、受熱引起的誤差 4機(jī)床受熱變形對(duì)加工精度的影響 機(jī)床受熱變形也是影響工件加工精度的主要因素。機(jī)床受熱變形的部位，主要發(fā)生在主軸部件和床身。機(jī)床受熱后，會(huì)產(chǎn)生主軸抬高和偏移現(xiàn)象，床身導(dǎo)軌也會(huì)因受熱伸長(zhǎng)而向上凸起。機(jī)床受熱變形的結(jié)果會(huì)使工件產(chǎn)生較大的形狀和位置誤差。 為了減少機(jī)床受熱變形對(duì)加工精度的影響，可以在加工前，先開(kāi)動(dòng)機(jī)床，讓它空轉(zhuǎn)一定的

31、時(shí)間，使機(jī)床受熱變形穩(wěn)定后再工作。有些機(jī)床，如磨床等，將油箱和電機(jī)置于床身外，以減少溫升。對(duì)于精密機(jī)床，則要置于恒溫室，保持室溫在20土0.5()。,52,五、測(cè)量誤差和調(diào)整誤差 測(cè)量誤差是指在工件的測(cè)量中所產(chǎn)生的誤差。一般占工件公差的1/51/10。 測(cè)量誤差主要產(chǎn)生原因： 1、測(cè)量器具本身的誤差；（選擇精度） 2、測(cè)量方法造成的誤差；（選擇工具） 3、溫度的影響； 4、測(cè)量人員的主觀原因。 測(cè)量器具本身有其使用條件，當(dāng)使用不符合要求時(shí)，則測(cè)量結(jié)果必然有誤差。就測(cè)量者而言，視力、測(cè)量器具的使用方法等，都會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。,53,五、測(cè)量誤差和調(diào)整誤差 試切調(diào)整法產(chǎn)生的誤差： 1、測(cè)量的誤差；

32、2、加工余量的影響； 3、微進(jìn)給誤差； 4、判斷誤差的影響。,54,六、工件殘余應(yīng)力引起的變形 工件在切削時(shí)，由于切削溫度升高，金屬的切除等原因，使得工件內(nèi)部原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞，于是，工件的內(nèi)應(yīng)力要重新分布，以達(dá)到新的平衡。這一過(guò)程被稱(chēng)為內(nèi)應(yīng)力的重新分布過(guò)程，其外部表現(xiàn)就是工件的變形。 要減小工件的殘余應(yīng)力，可增加消除內(nèi)應(yīng)力的專(zhuān)門(mén)工序，如退火、回火和時(shí)效處理等。 對(duì)工件的粗精加工分開(kāi)進(jìn)行，使粗加工后有一定的時(shí)間讓殘余應(yīng)力重新分布，以減小對(duì)精加工的影響。 零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，盡量簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)，零件壁厚盡量均勻。 提高零件的剛性。 這些措施均可減小零件的殘余應(yīng)力。,55,七、加工誤差分析

33、,在汽車(chē)零部件的生產(chǎn)中，影響加工精度的因素往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的。但多種因素的同時(shí)作用，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)有些因素相互補(bǔ)償或抵消，有些因素相互疊加。不少因素又帶有一定的偶然性。因此，在實(shí)踐中，一般運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法加以處理和分析，從中尋求規(guī)律，找出影響加工誤差的主要因素，進(jìn)而采取措施，減少或消除影響加工誤差的主要因素，以確保加工質(zhì)量的可靠和穩(wěn)定。,56,（一）實(shí)驗(yàn)誤差概念 生產(chǎn)中，測(cè)得零件的每一個(gè)數(shù)據(jù)都是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而零件的加工誤差則屬于實(shí)驗(yàn)誤差。按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以分成三類(lèi)不同性質(zhì)的誤差： 1系統(tǒng)誤差 誤差的大小和方向隨時(shí)間按某一確定規(guī)律變化。系統(tǒng)誤差又可分為 (1)常值系統(tǒng)誤差：誤差的大小和方向固定不變

34、。 (2)變值系統(tǒng)誤差：誤差的大小和方向隨時(shí)間發(fā)生變化。,57,在機(jī)械加工中，加工原理誤差，機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差，機(jī)床的受力變形等引起的加工誤差均與時(shí)間無(wú)關(guān)，其大小和方向在一次調(diào)整中也基本不變，故可視為常值系統(tǒng)誤差。機(jī)床、夾具、量具等磨損引起的加工誤差，在一次調(diào)整中若無(wú)明顯差異，也可視為常值系統(tǒng)誤差。 機(jī)床、刀具未達(dá)到熱平衡時(shí)，熱變形引起的加工誤差，是隨加工時(shí)間的變化而呈有規(guī)律的變化，因而這類(lèi)誤差屬于變值系統(tǒng)誤差。 對(duì)于刀具磨損引起的加工誤差，則要根據(jù)它在一次調(diào)整中磨損量的大小來(lái)判別。砂輪、車(chē)刀、端銑刀、單刃鏜刀等均應(yīng)按變值系統(tǒng)誤差處理。鉆頭、鉸刀、滾齒刀等，由于磨損所引起的加工誤差，在

35、一次調(diào)整中不很顯著，也可視為常值系統(tǒng)誤差。,58,2隨機(jī)誤差 誤差的大小和方向以不可預(yù)定的方式變化。在機(jī)械加工中，毛坯誤差的復(fù)映、工件的定位誤差和工件殘余應(yīng)力引起的變形所產(chǎn)生的誤差等都屬于隨機(jī)誤差。 3過(guò)失誤差 操作人員過(guò)失引起的誤差。該誤差只能通過(guò)操作規(guī)程或制度加以避免，它不屬于統(tǒng)計(jì)分析的范疇。 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的性質(zhì)并不是一成不變的，在不同的場(chǎng)合、不同的定義域內(nèi)、它們是可以相互轉(zhuǎn)化的。因此，區(qū)別系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，還需對(duì)具體情況作具體分析。,59,（二）分布曲線(xiàn)法 這種方法是通過(guò)測(cè)量一批加工后零件的實(shí)際尺寸，做出尺寸分布曲線(xiàn)，然后按此曲線(xiàn)的位置和形狀判斷這種加工方法產(chǎn)生誤差的情況。 式中

36、： xi為隨機(jī)變量的取值； N為隨機(jī)變量的個(gè)數(shù)； 所測(cè)尺寸算數(shù)平均值； 工件理想尺寸， 即公差帶中心； 隨隨機(jī)誤差分散范圍。 系 ,60,（二）分布曲線(xiàn)法 隨隨機(jī)誤差分散范圍 式中： -隨機(jī)變量的標(biāo)準(zhǔn)差 如按正態(tài)分布，6是 隨機(jī)誤差分散范圍。 曲線(xiàn)下在范圍內(nèi) 面積為1，而 / 范圍內(nèi)的面積可查表 得出。（雙側(cè)面積）,61,實(shí)際分布圖與理論分布圖 (1)實(shí)際分布圖(直方圖)： 在對(duì)一批零件的檢測(cè)中，出現(xiàn)同一尺寸的工件數(shù)目稱(chēng)為頻數(shù)m，頻數(shù)m與子樣總數(shù)n之比稱(chēng)為頻率f。 實(shí)際分布圖能直 觀地反映出工件尺 寸(或誤差)的分布 情況。 例如:要求保證 尺寸62土0.3(mm) 順序測(cè)得100個(gè)零 件的尺

37、寸。將100 個(gè)尺寸分成7組， 組距為0.1mm 。,62,尺寸 單位：mm,63,頻數(shù)分布表,64,（三）分布圖在工藝分析中的應(yīng)用 1判別加工誤差的性質(zhì) 判別加工誤差的性質(zhì)，一般使用零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線(xiàn)。 （1）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài) 分布曲線(xiàn)基本相符，則說(shuō)明加工過(guò)程中 基本沒(méi)有變值系統(tǒng)誤差。這時(shí)，可利用 正態(tài)分布曲線(xiàn)進(jìn)一步分析加工過(guò)程中是 否存在常值系統(tǒng)誤差，并判別隨機(jī)誤 差的大小。 如圖所示，正態(tài)分布曲線(xiàn)以 均值為對(duì)稱(chēng)中線(xiàn)，如果不變， 均值改變，則曲線(xiàn)沿x軸移動(dòng)而 不改變其形狀：,65,當(dāng)Am，即曲線(xiàn)的均值()與設(shè)計(jì)規(guī)定的公差帶中心(Am )重合，說(shuō)明加工過(guò)程中沒(méi)有常值系統(tǒng)

38、誤差。 當(dāng)Am，即曲線(xiàn)的均值()與 設(shè)計(jì)規(guī)定的公差帶中心(Am )不重合， 說(shuō)明加工過(guò)程中存在常值系統(tǒng)誤差。 與Am的差值，就是系統(tǒng)誤差的大 小。若Am，說(shuō)明存在使零件尺 寸偏大的常值系統(tǒng)誤差；若Am， 說(shuō)明存在使零件尺寸偏小的常值 系統(tǒng)誤差。,66,如果均值不變，改變，則曲線(xiàn)形狀改變： 當(dāng)減小，曲線(xiàn)形狀陡峭， 隨機(jī)誤差減小。 當(dāng)增加，曲線(xiàn)形狀平坦， 隨機(jī)誤差增大。, 1,67,（2）如果零件尺寸的直方圖與正態(tài)分布曲線(xiàn)不相符，則說(shuō)明加工過(guò)程中有變值系統(tǒng)誤差。兩者差異越大，存在變值系統(tǒng)誤差的可能性就越高。 對(duì)于加工過(guò)程中出現(xiàn)的常值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差，應(yīng)尋找產(chǎn)生這些誤差的根源，采取相應(yīng)措施予以

39、消除。,68,2估計(jì)產(chǎn)品的廢品率 根據(jù)正態(tài)分布曲線(xiàn)在某一區(qū)域內(nèi)所圍的面積，可以估計(jì)出產(chǎn)品可能出現(xiàn)的廢品率。 如圖所示，工件尺寸分散范圍 為（3）（3）， 其中有一部分尺寸偏小 （3Amin)，在公差 方范圍之外，這部分產(chǎn)品就 是廢品。區(qū)域曲線(xiàn)下所 圍的面積就是廢品率。 在數(shù)理統(tǒng)計(jì)的有關(guān)表 格中可查得正態(tài)分布曲線(xiàn)下某一區(qū)間所圍的面積。,69,3.3 機(jī)械加工表面質(zhì)量,零件的機(jī)械加工質(zhì)量不僅指加工精度，而且包括加工表面質(zhì)量。 零件表面質(zhì)量： 表面粗糙度 表面物理力學(xué)性能 加工中的振動(dòng) 機(jī)械加工后的零件表面實(shí)際上不是理想的光滑表面，它存在著不同程度的表面粗糙度、冷硬、裂紋等表面缺陷。雖然只有極薄的一

40、層（幾微米幾十微米），但都錯(cuò)綜復(fù)雜地影響著機(jī)械零件的精度、耐磨性、配合精度、抗腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等，從而影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，因此必須加以足夠的重視。,70,一、表面粗糙度 1、刀具幾何參數(shù)的影響 如車(chē)削：切削參數(shù)大時(shí)：H=f/(cot+ cot) 切削參數(shù)小時(shí)： H=f 2/(8r) 影響分析：刀尖圓弧半徑r、進(jìn)給量f 主偏角kr、副偏角kr,71,一、表面粗糙度 2、物理因素的影響 物理因素對(duì)加工表面粗糙度的影響比較復(fù)雜，與切削原理所述的積屑瘤、鱗刺和振動(dòng)有關(guān)。 （1）進(jìn)給量f的影響。減小進(jìn)給量固然可以減小表面粗糙度值，但進(jìn)給量過(guò)小，表面粗糙度會(huì)有增大的趨勢(shì)。 切削層太薄刀具刃口半徑大，

41、擠壓為主。 （2）吃刀深度的影響。一般不明顯，但太小時(shí)，擠壓、打滑嚴(yán)重。,72,一、表面粗糙度 2、物理因素的影響 （3）切削速度的影響。加工塑性材料時(shí)，切削速度對(duì)表面粗糙度的影響（對(duì)積屑瘤和鱗刺的影響）如下圖所示。 選擇低速寬刀精切和高速精切，可以得到較小的表面粗糙度。,73,一、表面粗糙度 2、物理因素的影響 （4）工件材料的影響。 韌性材料：工件材料韌性愈好，金屬塑性變形愈大，加工表面愈粗糙。故對(duì)中碳鋼和低碳鋼材料的工件，為改善切削性能，減小表面粗糙度，常在粗加工或精加工前安排正火或調(diào)質(zhì)處理。 脆性材料：加工脆性材料時(shí)，其切削呈碎粒狀，由于切屑的崩碎而在加工表面留下許多麻點(diǎn)，使表面粗糙。

42、 （5）其它因素的影響此外，合理使用冷卻潤(rùn)滑液，適當(dāng)增大刀具的前角，提高刀具的刃磨質(zhì)量等，均能有效地減小表面粗糙度值。,74,一、表面粗糙度 3、加工過(guò)程中振動(dòng)的影響 振動(dòng)會(huì)在工件加工表面出現(xiàn)振紋，降低了工件的加工精度和表面質(zhì)量； 振動(dòng)會(huì)引起刀具崩刃打刀現(xiàn)象并加速刀具或砂輪的磨損； 振動(dòng)使機(jī)床連接部分松動(dòng)，影響運(yùn)動(dòng)副的工作性能，并導(dǎo)致機(jī)床喪失精度； 強(qiáng)烈的振動(dòng)及伴隨而來(lái)的噪聲，還會(huì)污染環(huán)境，使機(jī)械加工生產(chǎn)率降低。,75,二、表面強(qiáng)化和表面殘余應(yīng)立 （一） 表面強(qiáng)化 定義：機(jī)械加工時(shí)，工件表面層金屬受到切削力的作用產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，使晶格扭曲，晶粒間產(chǎn)生剪切滑移，晶粒被拉長(zhǎng)、纖維化甚至碎化，從而使表面層的強(qiáng)度和硬度增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化，又稱(chēng)冷作硬化和強(qiáng)化。 衡量表面層加工硬化程度的指標(biāo)有： 1）表面層的顯微硬度HV； 2）硬化層深度h。,76,影響表面層加工硬化的因素,刀具幾何形狀的影響,