机械加工质量.ppt
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1、模块三 机械加工质量,1.机械加工精度的概念加工质量指标分为:加工精度宏观几何参数加工表面质量微观几何参数和表面物理-机械性能等方面的参数,机械产品的质量与零件的加工质量和装配质量有着非常密切的关系,它直接影响机械产品的使用性能和寿命。零件的机械加工质量包括机械加工精度和加工表面质量两大方面。,3.1概念,3.1.1机械加工精度,机械加工精度零件在加工后的几何参数(尺寸、几何形状、表面间的相互位置)的实际值与理论值相符合的程度。所谓理想零件,即对表面形状而言,就是绝对正确的圆柱面、平面、锥面等;对表面位置而言,就是绝对的平行、垂直、同轴和一定的角度等;对尺寸而言,就是零件尺寸的公差带中心。由于
2、机械加工中的种种原因,不可能把零件做得绝对精确,总会产生偏差。这种偏差即加工误差。机械加工精度包括:尺寸精度、形状精度、位置精度。三者之间是存在联系的,通常形状误差应限制在位置公差之内,而位置误差应限制在尺寸公差之内。,2.获得加工精度的方法(1)获得尺寸精度的方法试切法:通过试切测量调整再试切,反复进行到工件尺寸达到规定要求为止调整法: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保持这个位置不变,以保证工件被加工尺寸,定尺寸刀具法:通过刀具的相应尺寸保证加工表面的尺寸精度自动控制法:将测量、进给装置和控制系统组成一个自动加工系统,通过自动测量和数字控制装置,在达到尺寸精度后
3、自动停止加工主动测量法:边加工边测量加工尺寸,(2)获得形状精度的方法刀尖轨迹法:通过刀尖运动的轨迹来获得形状精度的方法仿形法:刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法成形法:利用成形刀具对工件加工获得形状精度的方法展成法:利用工件和刀具的展成切削运动进行加工的方法,(1)获得位置精度的方法直接找正定位法:用划针或百分表直接在机床上找正工件位置划线找正定位法:先按零件图在毛坯上划好线,再以所的划线为基准找正它在机床的位置夹具定位法:在机床上安装好夹具,工件放在夹具中定位机床控制法:利用机床的相对位置精度保证位置精度,所谓加工表面质量,是指机器零件在加工后的表面层状态。加工表面质量包括两个方面
4、:加工表面的几何形状特征和表面层的物理、力学性能的变化。,1.表面质量的概念,3.1.2机械加工表面质量,(1)加工表面的几何形状特征 主要由两部分组成:表面粗糙度和表面波度。1)表面粗糙度 表面粗糙度是加工表面的微观几何形状误差,其波长与波高比值一般小于50。2)表面波度 表面波度是加工表面不平度中波长与波高比值等于501000的几何形状误差。它是由机械加工中振动引起的。,(2)表面层物理、力学性能变化 主要有以下三个方面内容:1)表面层的冷作硬化;2)表面层金相组织变化;3)表面层残余应力。,(1)耐磨性的影响 一般说来,表面粗糙度值越小,其耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小,因接触面容易发
5、生分子粘着,且润滑液不易储存,磨损反而增加。加工表面产生金相组织的变化,也会改变表面层的原有硬度而影响表面的耐磨性。如淬硬钢工件在磨削时若产生表面回火软化,将降低其表面的硬度而使耐磨性明显下降。,2.表面质量对零件使用性能的影响,(2)表面质量对耐疲劳性的影响 1)表面粗糙度对耐疲劳性的影响 表面粗糙度对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中,产生疲劳裂纹,导致疲劳破坏。表面粗糙度值越小,表面缺陷越少,工件耐疲劳性越好;反之,加工表面越粗糙,表面的纹痕越深,纹底半径越小,其抵抗疲劳破坏的能力越差。2)表面层物理、力学性能对耐疲劳性的影响 表面
6、层存在一定程度的冷作硬化可以阻碍疲劳裂纹的产生和已有裂纹的扩展,因而可提高疲劳强度,但冷硬程度过高时,常产生大量显微裂纹而降低疲劳强度。,(3)表面质量对耐蚀性的影响 1)表面粗糙度对耐蚀性的影响 零件在潮湿的空气中或在腐蚀性介质中工作时,会发生化学腐蚀或电化学腐蚀。减小表面粗糙度就可以提高零件的耐腐蚀性。2)表面层物理、力学性能对耐蚀性的影响 零件在应力状态下工作时,会产生应力腐蚀,加速了腐蚀作用。如表面存在裂纹,则更增加了应力腐蚀的敏感性。,(4)表面质量对配合质量的影响 1)间隙配合 初期磨损的影响最大,表面粗糙度越大,起始磨损量就越大,原有间隙将因急剧的初期磨损而改变,变化量与表面粗糙
7、度的平均高度成正比,从而配合的稳定性影响。2)过盈配合 表面粗糙度越大,两表面相配合时表面凸峰易被挤掉,这样使得过盈量减少,从而影响过盈配合的可靠性。3)过渡配合 则兼有上述两种配合的影响。(5)表面质量对接触刚度的影响 表面粗糙度对零件的接触刚度有很大的影响,表面粗糙度越小,则接触刚度越高。,工艺系统由机床、夹具、刀具和工件构成的一个完整系统原始误差工艺系统中的误差,来自两个方面:加工前就存在的工艺系统本身的误差加工过程中因工艺系统受力变形等引起的误差,3.2影响机械加工精度的因素,加工原理误差即在加工中采用了近似的加工运动、近似的刀具轮廓和近似的加工方法而产生的原始误差,1)近似的加工方法
8、带来的误差 例如,用车刀车外圆,也不是光滑的圆柱面,而是一个螺旋面。,(1)加工原理误差(理论误差),2)近似的刀具和工件的运动联系所带来的加工误差 例如车模数螺纹时,传动比I=只要能保证加工精度和零件的使用性能,一定的原理误差是允许的。这种误差不应超过相应公差的1015%。,3)近似的刀具轮廓带来的误差 例如用模数铣刀铣齿轮,由于:铣刀的成形面不是纯粹的渐开线;模数相同而齿数不同的渐开线齿轮齿形是不同的,一把铣刀铣一组齿数的齿轮,故存在原理误差 再如,用齿轮滚刀加工齿轮时,滚刀也是采用阿基米德基本蜗杆或法向直廓蜗杆代替渐开线蜗杆,(2)工艺系统的几何误差 由于工艺系统中各组成环节的实际几何参
9、数和位置,相对于理想几何参数和位置发生偏离而引起的误差,统称为几何误差。几何误差只与工艺系统各环节的几何要素有关。对于固定调整的工序,该项误差一般为常值。,(3)工艺系统受力变形引起的误差 工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形,从而破坏了已调整好的工艺系统各组成部分的相互位置关系,导致加工误差等产生,并影响加工过程的稳定性。,(4)工艺系统受热变形引起的误差 在加工过程中,由于受切削热、摩擦热以及工作场地周围热源的影响,工艺系统的温度会产生复杂的变化。在各种热源的作用下,工艺系统会发生变形,导致改变系统中各组成部分的正确相对位置,使工件与刀具的相对位置和相对运动产生误差。,
10、5)工件内应力引起的加工误差 内应力是工件自身的误差因素。工件经过冷热加工后会产生一定的内应力。通常情况下,内应力处于平衡状态,但对具有内应力的工件进行加工时,工件原有的内应力平衡状态被破坏,从而使工件产生变形。,6)测量误差 在工序调整及加工过程中测量工件时,由于测量方法,量具精度,以及工件和环境温度等因素对测量结果准确性的影响而产生的误差,都统称为测量误差。,1.机床几何误差 包括机床本身各部件的制造误差、安装误差和使用过程中磨损,(1)主轴回转运动误差及其影响因素 回转运动的精度取决于其回转中心相对刀具或工件的位置精度,即取决于机床主轴的回转精度。主轴回转误差有三种:主轴的径向跳动、主轴
11、的轴向窜动、主轴的角度摆动。,3.2.1工艺系统的几何误差对加工精度的影响,主轴回转误差a)主轴的径向跳动b)主轴的轴向窜动c)主轴的角度摆动,影响主轴回转精度的因素:滑动轴承轴颈或滚动轴承滚道圆度误差滚动轴承内环的壁厚误差滑动轴承轴颈、轴承套或滚动轴承滚道的波度滚动轴承滚子的圆度误差和尺寸偏差轴承间隙以及切削中的受力变形轴承定位端面与轴心线垂直度误差轴承端面之间的平行度误差锁紧螺母端面的跳动等,(2)导轨误差 1)导轨是确定主要部件相对位置的基准,也是运动基准,各项误差 直接影响被加工工件的精度 2)对导轨的精度要求主要有:在水平面内的直线度 在垂直面内的直线度 前后导轨的平行度(扭曲),导
12、轨误差对加工精度的影响:如车削时导轨在水平面内弯曲,向前凸出,则出现鼓形误差;向后凸出,则出现鞍形误差。,(3)传动链误差 传动链误差产生的原因:传动元件的制造误差;传动元件的装配误差;使用过程中的磨损。,减少传动链误差对加工精度的影响,可采取如下措施:缩短传动链采用降速传动提高传动链的制造精度和装配精度设法消除传动链的间隙采用误差校正机构提高传动精度,(4)刀具的制造误差与磨损 1)刀具的制造误差 刀具的制造误差对加工精度的影响,根据刀具的种类不同而不同。定尺寸刀具以刀具尺寸误差为主;成形刀具以刀具形状误差为主 2)刀具的磨损:分为三个阶段:初始磨损、正常磨损、急剧磨损,3)减少刀具制造误差
13、对加工精度的影响的措施:提高刀具的制造精度 合理选择刀具材料 合理选择切削用量 合理选择刀具几何参数 合理选择冷却润滑 准确刃磨,减少磨损,(5)夹具的制造误差与磨损 1)夹具的制造误差主要是定位元件、夹紧元件、导向元件、分度元件、夹具体等的制造误差 2)夹具的误差除制造误差外,还有夹具安装、工件装夹等误差对加工精度也会带来很大影响 3)夹具的磨损主要是定位元件和导向元件的磨损 4)为减少夹具误差对加工精度的影响,夹具的制造误差必须小于工件的公差;及时更换易损件,(6)测量误差 量具本身的制造误差,测量时的接触力、温度、目测正确程度等都直接影响加工精度。因此,要正确地选择和使用量具,以保证测量
14、精度。,3.2.2工艺系统受力变形及对加工精度的影响,1.工艺系统受力变形的现象 工艺系统在切削力、夹紧力、传动力、重力、惯性力以及内应力等内外力作用下都会产生弹性变形,当超过弹性极限时就会产生塑性变形,严重时还会引起系统振动,使工件产生加工误差。,2.工艺系统的刚度 刚度工艺系统受外力作用后抵抗变形的能力。在上述力的作用下,工艺系统受力变形,刀具和工件相对退让。设刀具相对工件在切削接触点法线方向的相对位移量为y,则工艺系统的刚度是:,3.影响部件刚度的因素(1)接触变形(接触点的变形)(2)薄弱零件本身的变形(3)间隙的影响(4)摩擦的影响(5)施力方向的影响,4.工艺系统的刚度对加工精度的
15、影响归纳起来为下列常见形式:(1)由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差;(2)误差复映;(3)毛坯材料硬度不均匀使切削力产生变化,工艺系统受力变形随之变化而产生加工误差;(4)工艺系统中其它作用力使工艺系统中某些环节受力变形而产生加工误差。,误差复映规律 误差复映由毛坯加工余量和材料硬度的变化引起切削力和工艺系统受力变形的变化,因而产生工件的尺寸、形状误差的现象,误差复映规律误差复映系数:定量反映毛坯误差经过加工后减少的程度=当加工过程有多次走刀时,每次走刀的复映系数为1、2、3,则总复映系数总=123 可简化为 总(1)n,由于1,所以经过多次走刀,则可能使毛坯误差复映到工件上的误差减少
16、到公差带允许值的范围内 例:一个工艺系统,其误差复映系数为0.25,工件在本工序前的圆度误差0.5mm,为保证本工序0.01mm的形状精度,本工序最少走刀几次?解:0.5(0.25)n0.01 解得 n=3,5.减少工艺系统受力变形的措施(1)提高表面配合质量,以提高接触刚度。1)或者预加载荷,以提高接触刚度;2)或者锁紧暂不需移动的部件,以提高接触刚度;3)设置辅助支承,提高部件刚度。(2)缩短切削力作用点和支承点的距离,提高工件刚度;(3)选择合理的零件结构和断面形状;(4)提高刀具刚度;改善材料性能;(5)合理装夹工件,减少夹紧变形。,1.工艺系统热变形的现象 工艺系统受热升温而使工件、
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