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第三章 機械加工質量
§3—1機械加工精度概念
一、精度與加工誤差:
1.加工精度:指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數的相符程度。
2.加工誤差:
3.形狀位置精度及尺寸公差的關系:形狀誤差應該限制在位置公差內,位置公差要限制在尺寸公差內。既形狀公差﹤位置公差﹤尺寸公差。
二、原始誤差:
1.原始誤差的含義:指工藝系統的各種誤差。
2.原始誤差主要有:工藝系統的受力、受熱引起的誤差變形等。
§3—2產生加工誤差的主要因素
一、原理誤差:
1.定義:指采用近似的成形運動或近似刀具輪廓進行加工而產生的誤差。
2.特點:簡化機床、刀具結構;提高效率和效益。
二、機床的幾何誤差:
1.導軌誤差: 導軌在水平、垂直平面內直線度誤差(3-2);主軸與導軌平行度誤差(3-4)。
2.機床的主軸回轉誤差
定義:指主軸實際回轉軸線相對理論回轉軸線的“漂移”。
分類:軸向竄動;徑向跳動;角度擺動。
影響因素:主軸誤差、 軸承誤差及熱變形誤差。
3. 傳動鏈誤差:傳動元件、制造、安裝誤差。
三、其它誤差:刀具、夾具和測量調整誤差。
四、工藝系統受力變形引起的誤差
1.工藝系統的定義:
      由機床、夾具、工件和刀具構成的系統為工藝系統。
2.物體剛度的定義:
   物體抵抗外力欲使其變形的能力。
3.工藝系統的剛度:
   零件加工表面法向法向分力,與刀具在切削力的作用下,相對工件在該方向的位移y的比值。
4.工藝系統剛度的一般表達式: Js= F y / y
5.影響機床部件剛度因素
  1)連接表面接觸變形的影響。
  2)部件中薄弱零件的影響。
  3)間隙、摩擦力的影響。

6.工藝系統受力變形引起的加工誤差:
 1)由于切削力著力點位置變化而使零件產生形狀誤差。
 2)由于切削力大小變化引起的加工誤差:
  a.毛坯幾何形狀引起的切削力變化。
  b.由于材料硬度不均引起切削力變化。
  C.刀具變形引起的誤差。
 3)其它力引起的加工誤差
  a.重力、夾緊力引起的加工誤差。
  b.慣性力、傳動力引起加誤差。
  C.誤差復映現象:
五、工藝系統受熱變形引起的誤差
1.工藝系統熱源及熱平衡
   1)熱源:
   內部熱源:
      切削熱由刀具與工件、切削摩擦產生;摩擦熱由運動部分摩擦產生。
  外部熱源:
     環境溫度指工作環境;熱輻射指太陽光輻射。
  2)熱平衡:Q吸 = Q散
2.機床熱變形引起的加工誤差
  1)主軸熱變形而產生的加工誤差。
  2)導軌熱變形而產生的加工誤差。

3.工件熱變形引起的加工誤差:
 1)軸類零件易產生形狀、尺寸誤差。
 2)絲杠易產生螺距累積誤差。
 3)床身導軌面的磨削,導軌易產生直線度誤差。
 4)薄圓環磨削,易產生圓度誤差。
4.減少熱變形的措施:
  減少切削熱;降低摩擦熱;隔離熱源;強制冷卻;恒溫加工;熱補償法等。
六、工件內應力產生加工誤差
1.內應力的概念
1)內應力的含義:指除去載荷后,存在工件內的應力。
2)內應力來源及特點
   來源:金屬內部組織發生不均勻變化而產生。
    特點:是一種不穩定狀態。
2.內應力產生的原因:
 毛坯制造、冷校直、機械加工等易產生內應力。
3.消除內應力的方法
 1)合理設計的零件結構。
 2)采用時效處理、退火和正火的熱處理方法。
 3)合理安排機械加工工藝。
§3—3表面質量的含義及影響因素
一、表面質量含義:
        是零件加工后表面層狀態完整性的表怔。它主要包括表面的幾何特征和表層物理力學性能。
1.表面的幾何特征
1)表面粗糙度:指已加工面的微觀幾何形狀誤差。
2)表面波度:即介于宏觀幾何形狀誤差與表面粗糙度之間的周期性幾何形狀誤差。
2.表層物理力學性能
1)加工硬化:工件加工后表面強度、硬度提高象。
2)表面層的殘余應力
   指機械加工中工件表面層所產生的殘余應力。
3)表面層金相組織變化。
 加工后工件表層金屬的金相組織發生了變化。
二、影響表面粗糙度的因素及控制
1.影響表面粗糙度的主要因素
 1)幾何因素:
   是刀刃和工件相對運動軌跡所形成的殘面積。
 2)物理因素:是在加工過程中在工件表面產生塑性變形,并產生積屑瘤、鱗刺和振動等。
2.積屑瘤
  1)積屑瘤定義
     在一定的條件下切削塑性金屬時,由于前刀面擠壓及摩擦的作用,使切屑底層中的一部分金屬停滯和堆積在切削刃口附近,形成硬塊,能代替 切削刃進行切削,這個硬塊稱為切屑瘤。

 2)積屑瘤產生的原因
       切屑底面對前刀面強烈摩擦,當接觸面達到一定溫度和壓力時,表面產生粘結現象,形成積屑瘤。
 3)積屑瘤的特點:不穩定性,
 4)積屑瘤的控制措施:
   提高工件材料硬度;選擇低、高速切削;采用切削液;增大前角,減小切削厚度等。
3.降低表面粗糙度值的主要措施
 1)選擇合理的切削用量:
   采用小進給量;低、高速切削;防止打滑現象。
 2)選擇合理的刀具幾何參數:
   增大刃傾;刀尖圓弧半徑;減小主偏、副偏角等。
 3)改善工件材料的性能
   采用合理的熱處理方法改善材料的性能。
 4)合理選擇切削液
 5)選擇合適刀具材料
三、影響表層物理力學性能因素
1.加工硬化:
  1)產生的原因:
    金屬層在切削力作用下產生變形。
  2)加工硬化表示方法:
    常用硬化層深度hd和硬化程度N表示。
  3)影響加工硬化的主要因素:
    刀具、切削用量、工件材料:
2.表面層的殘余應力
  1)表面層殘余應力產生的原因:
     冷態塑變、熱態塑變、金相組織變化:
  2)影響表面層殘余應力的因素:
    切削加工、磨削加工、工件材料:

3.加工表面層金相組織變化及燒傷:
1)表面層金相組織變化的原因:
   主要是加工時,產生大量的熱量使工件表面溫度升高,達到組織轉變溫度而產生的。
2)表面燒傷的形式
   有回火燒傷;淬火燒傷;退火燒傷。
4.表面強化的措施
1)滾壓加工:
    利用具有較高硬度的滾輪或滾珠對工件表面進行加工使其產生塑性。
2)噴丸強化:
   利用大量高速運動的珠丸撞擊工件表面,使之產生冷應層和殘余壓應力的一種加工方法。
四、機械加工中振動
1.強迫振動:
 1)含義:是由工藝系統內,外部周期交變的激振力(振源)作用下引起的振動。
 2)產生的原因:
機床上高速回轉件的不平衡;傳動系統中誤差;切削力的變化;外部振源。
 3)強迫振動的特點:
  a.振動自身不能引起干擾力的變化,干擾力停止,振動停止。
  b.強迫振動的頻率與外界干擾力頻率相同。
  c.強迫振動的振幅大小與初始條件無關,主要取決于干擾力的頻率與系統固有頻率的比值λ。當λ=1時振幅大,這種現象稱共振。
 4)減少強迫振動的措施:
   消除振源;提高剛度;隔振;采用減振器和阻尼器等。

2.自激振動
 1)定義:由振動系統本身產生的交變力激發和維持的振動。
 2)特點:a .是一種不衰減的振動;b.頻率等于固有頻率;c.振幅大小取決于輸入和消耗能量對比,輸入能量大于消耗能量振動能維持,否則停止。
 3)減輕和消除的措施:
  a.合理選擇切削用量:VC↑或VC↓,則振動↓;f↑,則振動↓;ap↓,則振幅A↓。
  b.合理的選擇刀具的幾何參數:前角和主偏角增大,則振幅減??;的后角和刀尖圓弧半徑減小,則振幅減小。
  c.提高系統剛度和采用減振裝置。
§3—4表面質量對零件使用性能的影響
一、表面質量對零件耐磨性的影響
1.表面糙度Ra的影響:
     表面糙度Ra提高,則耐磨性降低。
2.冷作硬化的影響:冷硬現象提高耐磨性。
二、表面質量對耐蝕性影響:
1. 表面糙度Ra的影響:Ra增大,則耐蝕降低。
2. 殘余應力的影響:壓應力提高,拉應力降低。
三、表面質量對疲勞強度的影響
     增大Ra值、冷硬現象存在、壓應力都提高疲勞強度,拉應力則疲勞強度降低。
四、表面質量對配合精度的影響:
1. 增大Ra值,則配合精度降低。
2.殘余應力存在,也能改變配合精度。

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