机械加工质量，加工精度，加工表面质量

时间：2010-12-20

机械加工质量
6.1 机械加工质量的基本概念
　　机器零件的质量决定了机器使用：
　　1.性能; 2.质量;　3.寿命
机器产品加工质量的内容：
　　1. 加工精度 2. 加工表面质量

机器产品质量要求越来越高：
加工精度从 0.01mm→0.005mm—普通级
从0.1～0.01μm(纳米)→0.001μm—精密级
加工表面质量已获得小于0.0005μm的粗糙度。

6.1.1 加工精度与工件获得精度的方法
　　加工精度——指零件加工后的几何参数（尺寸、形状和位置）
　　　　　　　　与图纸规定的理想零件的几何参数符合的程度。　　　　　　　　
　　一个理想零件应符合下列的要求：
　　　　　　　　尺寸——零件尺寸公差带中点;
　　　　　　　　形状—— 绝对的平面圆、柱面、锥面;
　　　　　　　　位置—— 绝对平行、垂直、同轴。

　　加工误差——是加工精度的另一种表述方法，加工后零件的几何
　　　　　　　　参数与理想零件的几何参数偏离程度,以大小表示。
　　　　　　　　　
　　加工精度包括：
　　尺寸精度——指加工后零件的实际尺寸与理想尺寸相符合的程度
　　形状精度——指加工后零件表面的实际几何形状与理想几何形状
　　　　　　　　　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置
　　　　　　　　　相符合的程度
获得尺寸精度的方法：
　（1）试切法：
　　通过试切→测量→调整→再试切…直到被加工部分达到尺寸要求
再切除全部。
　　特点：
　　1.费时费力 ;
　　2.与操作工人水平有关 ;
　　3.适用于单件生产;
　　4.调整法加工时调整刀具位置用。
　（2）定尺寸刀具法：
　　用刀具的尺寸直接保件被加工表面尺寸精度的方法。如：钻头、
铰刀、拉刀、丝锥、浮动镗刀等
　　特点：1.零件加工尺寸决定于刀具尺寸;
　　　　　2.尺寸精度决定于刀具的种类和精度。
（3）调整法：

　　预先调整好刀具和工件在机床上的相对位置，并在一批零件的
加工过程中始终保持这个位置不变，以保证被加工零件尺寸的方法。
特点：1.尺寸稳定；
　　　　　 2.生产率高；
　　　　　 3.决定于调整水平；
　　　　　 4.广泛应用于成批及大量生产。
（4）自动控制法：这种方法只把测量装置，进给装置和控制
　　系统等组成一个自动控制的加工系统，这个加工系统能根据测
　　量装置对被加工零件的测量信号对刀具的运行进行控制，自动
　　补偿刀具磨损及其它因素造成的加工误差；从而自动获得所要
　　求的尺寸精度。例如：磨削自量
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特点：1.自动化程度高；
　　　　　 2.适用于大批大量生产。　
6.1.2 加工表面质量
　　　（1）基本概念
　　　1）表面微观几何形状
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　表面质量：1. 表面粗糙度：L/h < 50
　　2. 表面波度：L/H = 50~1000
　加工精度：宏观几何形状：L/H > 1000
　 2).表面物理机械性能
　　　　1.表面冷作硬化
工件在机械加工时，表面层金属受到切削力和
切削热的作用，产生强烈的塑性变形，使表面层的
强度和硬度提高，塑性下降，这种现象称为表面冷
作硬化
用硬化程度（N）表示：N=（H－H）/H×100﹪
H — 表面层显微硬度
H。— 工件材料加工前显微硬度（基本度）
——加工材料塑性变形越大, N 的值也越大。
　2.表层金相组织变化
加工表面在切削热作用下，温度上升至金相
组织变化的临界值时，产生表层金相组织变化。
　3.表层残余应力
表层的塑性变形和金相组织变化造成的体积变化
都是产生残余应力的原因
（2）机械加工表面质量对机器使用性能的影响
1）表面质量对耐磨性的影响
1. 表面微观几何形状对耐磨性的影响
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2. 表面物理机械性能对耐磨性的影响
冷作硬化N↑ → 耐磨性 ↑
金相组织变化↑ → 耐磨性 ↓
2）表面质量对零件疲劳度的影响
1.表面粗糙度对零件疲劳强度的影响
粗糙度Ra↑→ 应力集中↑→ 疲劳强度↓
2.表面物理机械性能对疲劳强度的影响
表层残余压应力——提高零件疲劳强度
表层残余拉应力——降低零件疲劳强度
适度冷作硬化——阻止疲劳裂纹扩展
过度冷作硬化——降低疲劳强度
磨削烧伤——降低疲劳强度
3）表面质量对配合精度的影响
表面粗糙度Ra ↑——间隙配合间隙值↑
——过盈配合过盈量↓
4）表面质量对耐腐蚀性的确影响
表面粗糙度Ra↑——耐腐蚀性↓
5）其它影响：
密封性、接触性、摩擦系数
6.2 机械加工精度
　　加工误差是普遍存在的、不可避免的。
　　6.2.1原始误差与加工误差
　　工艺系统——机械加工时，机床、夹具、刀具和工件构成一个相互
联系的统一系统。
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6.2.2 影响加工精度的因素
　　1）原理误差
　　原理误差 — 是由于采用了近似的加工运动或近似的刀具轮廓而
产生的。
　　例: 1.滚刀用阿基米德蜗杆代替渐开线蜗杆;
2.模数铣刀铣齿；
3.用公制丝杆车蜗杆或英制螺纹。
2）机床误差
　　机床误差来自三方面： 1. 制造 ; 2.安装 ; 3.磨损。
　　讨论机床误差的三个部分：
　　 1. 主轴回转误差 ;
　　 2. 导轨误差 ;
　　 3. 传动链误差。
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2）主轴误差
　　主轴理想回转轴线—主轴轴线回转中各位置的平均轴线.
　　主轴回转误差—主轴实际回转中心的瞬时位置与理想位置的
最大偏差.
　　为了方便分析主轴回转误差对加工精度的影响,一般把它分解
为三种独立运动形式:
　　1.纯轴向窜动△x;
　　2.纯径向移动△r;
　　3.纯角度摆动△α。
　（1）纯轴向窜动△x :
　　1. 对加工外圆和内孔的直径没有影响;
　　2. 对加工端面造成端面与轴线不垂直形成端面螺纹;
　　3. 车螺纹时形成螺距的小周期误差。
　（2）纯径向移动△r:
　　1.镗削(刀具回转)的情况:
　　假设主轴沿y方向作简谐直线运动.
　　①.刀具在水平位置(1点):
　　 R1 = R + A (如下图所示)
　
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　　3.主轴纯角度摆动影响工件的形状精度. 主轴实际工
　　作为这三种误差的综合.
　3）传动链误差.
　　当加工中要求工件与刀具有一定的运动关系时,就产生传动
链误差。
如：加工齿轮﹑螺纹、蜗杆、丝杆等。

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　　 3）调整误差
　　调整—是指使刀具切削刃与工件定位基准间在从切削开始到切削
终了都保持正确的相对位置。
　　调整包括：1.机床调整;2.夹具调整;3.刀具调整。
　　(1). 试切法加工的调整误差
　　1.加工余量的影响
　　粗加工：试切余量小于切削余量,得到比试切尺寸大一些。
（如图6-9a所示）
　　精加工：试切最后一刀吃刀小打滑,新切部分大于试切余量不打
滑，尺寸变小。（如图6-9b所示）
　
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　　2.微量进给产生的误差
　　在试切最后一刀产生爬行现象,使进给不均匀。
　　消除办法：1.先退刀再进给；2.轻敲手轮。
　　(2). 调整法加工的调整误差
　　　1.定程机构的制造精度和调整精度；
　　　2.定程机构的灵敏度；
　　　3.刀具样板的精度。
由以上分析，可以把误差复映概念做如下推广：
提高加工精度的措施
　　
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　　（1）直接减小或消除原始误差
　　以车细长轴为例

　　① 采用跟刀架或中心架；
　　
　　② 采用反向进给；
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　　③ 大主偏角大进给；

　　④ 使用伸缩性的弹性活顶尖；
　　
　　⑤ 在卡盘工件上车出一个缩颈d≈D/2；

　　⑥ 前后双架对刀切削；
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a.在工艺系统弹性变形条件下,毛坯的各种误差(圆度、圆柱
　　度、同轴度、平直度误差等),都会由于余量不均而引起切削力
　　变化，并以一定的复映系数复映成工件的加工误差。

b.由于误差复映系数通常小于1,多次加工后,减少很快,所以
　　当工艺系统的刚度足够时,只有粗加工时用误差复映规律估算才
　　有现实意义;在工艺系统刚度较低的场合,如镗一定深度的小直
　　径孔、车细长轴和磨细长轴等,则误差复映现象比较明显,有时
　　需要从实际反映的复映系数着手分析提高加工精度的途径。

　c.在大批大量生产中,一般采用调整法加工。即刀具调到一定
　　切削深度后,对同一批零件一次走刀加工到该工序所要求的尺寸。
　　这时,毛坯的“尺寸分散”使每件毛坯的加工余量不等,而造成一
　　批工件的“尺寸分散”。要使一批零件尺寸分散在公差范围内,
　　必须控制毛坯的尺寸公差。

d.毛坯材料硬度的不均匀将使切削力产生变化,引起工艺系统
　　受力变形的变化,从而产生加工误差。而铸件和锻件在冷却过程
　　中的不均匀是造成毛坯硬度不均匀的根源