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1、1,2020/9/8,第三章 機(jī)械加工基礎(chǔ),2020/9/8,2,內(nèi)容提要,一、金屬切削加工原理 二、金屬切削加工設(shè)備 三、機(jī)械加工精度 四、表面質(zhì)量 五、各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度,2020/9/8,3,第一節(jié) 金屬切削加工原理,金屬切削過程: 工件與刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)并相互作用的壓縮擠壓過程。 刀具從工件上切除多余的金屬，使工件獲得規(guī)定的加工精度與表面質(zhì)量。 刀具切削部分要具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)。 由金屬切削機(jī)床來完成切削過程中工件與刀具之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。,2020/9/8,4,2020/9/8,5,機(jī)械加工工藝系統(tǒng),機(jī)床、夾具、刀具和工件構(gòu)成一個(gè)機(jī)械加工工藝系統(tǒng)。,2020/9/8,

2、6,一、切削運(yùn)動(dòng)與切削用量,1、切削運(yùn)動(dòng)：機(jī)床上工件與刀具之間的相對(duì) 運(yùn)動(dòng)。 （1）主運(yùn)動(dòng)：切下金屬所必須的刀具和工件 之間的最主要的運(yùn)動(dòng)。 （2）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具和工件之間附加的相對(duì)運(yùn) 動(dòng)，使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)。,2020/9/8,7,切削運(yùn)動(dòng),n,切削表面,2020/9/8,8,刨、鉆、銑的切削運(yùn)動(dòng),2020/9/8,9,2、工件上的加工表面,（3）切削表面：切削刃正在切削著的表面； 又稱加工表面或過渡表面。 總是位于待加工表面和已加工表面之間切削刃正在切削著的表面、并在切削過程中不斷改變著位置；,（1）待加工表面：將被切去金屬的表面；,（2）已加工表面：已經(jīng)切去金屬層后形成的新表面

3、。,2020/9/8,10,2020/9/8,11,3、切削用量三要素：v、f、aP,（1）切削速度v ：主運(yùn)動(dòng)速度,回轉(zhuǎn)體上直徑最大點(diǎn)上的速度。 (m/s) （2）進(jìn)給量 f：工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時(shí)，兩者沿進(jìn)給方向的相對(duì)位移。（mm/r） 進(jìn)給速度vf ：?jiǎn)挝粫r(shí)間的進(jìn)給量。 （mm/s） （3）切削深度aP ：已加工表面和待加工表面間的垂直距離。（mm）,dw_待加工表面直徑 dm_已加工表面直徑,2020/9/8,12,進(jìn)給量圖片,2020/9/8,13,二、刀具,2020/9/8,14,1、刀具切削部分的構(gòu)造要素,2020/9/8,15,前刀面：切屑流過的表面。 后刀面： 1.主后刀面A

4、: 與工件切削表面相對(duì)的面。 2.副后刀面A: 與已工表面相對(duì)的面。,2020/9/8,16,三面，二刃，一尖,2020/9/8,17,刀具切削部分的構(gòu)造要素,切削刃 主切削刃S：前刀面與主后刀面相交的鋒邊。 副切削刃S：前刀面與副后刀面相交的鋒邊。 刀尖： 主、副切削刃的實(shí)際交 點(diǎn)或主副切削刃的連接 刃（過渡刃）。,2020/9/8,18,2、車刀主要角度,刀具制造成一定的幾何角度，使其具有切削能力,前角,后角,主偏角,副偏角,刃傾角,2020/9/8,19,3、刀具材料,切削過程中刀具要承受很大的切削力、沖擊、振動(dòng)和很高的切削溫度的作用。 刀具切削性能的好壞取決于刀具切削部分的材料、刀具結(jié)

5、構(gòu)和刀具幾何角度。 刀具材料對(duì)刀具耐用度、加工質(zhì)量、加工效率、加工成本的影響都居首位。,2020/9/8,20,刀具是否勝任切削工作？,一是取決于刀具結(jié)構(gòu)和切削部分幾何形狀的合理性鋒利； 二是取決于刀具切削部分的材料經(jīng)久耐用、不易磨損； 尤其是在切削溫度較高時(shí)，熱硬性好。,2020/9/8,21,（1）刀具材料應(yīng)具備的性能,高的硬度 HRC62以上。 好的耐磨性 抵抗磨損的能力。 足夠的強(qiáng)度 承受較大的切削力，抗彎強(qiáng)度。 足夠的韌性 承受沖擊載荷和振動(dòng)。 高的耐熱性高溫保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性 良好的工藝性 刀具自身的制造性能好。 良好的經(jīng)濟(jì)性 材料和制造成本低。,2020/9/8,22,

6、（2）常用的刀具材料,工具鋼：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼 硬質(zhì)合金：鎢鈷類、鎢鈦鈷類、鎢鈦鉭(鈮)類 金剛石 陶瓷 立方氮化硼 涂層刀具,超硬刀具材料,2020/9/8,23,第二節(jié) 金屬切削加工設(shè)備,金屬切削加工設(shè)備：一般指金屬切削機(jī)床。 金屬切削機(jī)床：用刀具切削的方法將毛坯加工成為零件的機(jī)器。 工作母機(jī)：金屬切削機(jī)床是制造機(jī)器的機(jī)器（又稱工具機(jī)） 機(jī)床：習(xí)慣上稱金屬切削機(jī)床為機(jī)床。 基礎(chǔ)機(jī)器：金屬切削機(jī)床機(jī)械制造的基礎(chǔ)機(jī)器。,2020/9/8,24,本節(jié)主要內(nèi)容,一、金屬切削機(jī)床的分類和型號(hào)編制 二、車床 三、齒輪加工方法和機(jī)床 四、銑床、刨床和拉床 五、磨床 六、鉆床和鏜床,2020

7、/9/8,25,一、金屬切削機(jī)床的分類和型號(hào)編制,1、機(jī)床分類,（1）按加工方法和所用刀具分類GB共分12 類 車床 C (車) 鉆床 Z (鉆) 鏜床 T (鏜) 磨床 M,2M,3M (磨) 齒輪加工機(jī)床 Y(牙) 螺紋加工機(jī)床 S (絲),鋸床 G (鋸) 銑床 X (銑) 刨插床 B (刨) 拉床 L (拉) 特種加工機(jī)床 D (電) 其他機(jī)床 Q (其),2020/9/8,26,（2）按應(yīng)用范圍分類,通用機(jī)床 普通臥式車床、萬能外圓磨床 、萬能銑床 專門化機(jī)床 花鍵銑床、曲軸車床、鏟齒車床 專用機(jī)床： 為某一零件的某一工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)制造的機(jī)床。生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度高，用于批量生產(chǎn)。,20

8、20/9/8,27,（3）按機(jī)床工作精度分類,普通精度機(jī)床 精密機(jī)床 M 高精度機(jī)床 G （4）、按機(jī)床重量、尺寸分類 儀表機(jī)床（輕型機(jī)床Q） 中型機(jī)床 大型機(jī)床（質(zhì)量大于10t） 重型機(jī)床（質(zhì)量大于30t） 超重型機(jī)床（質(zhì)量大于100t）,2020/9/8,28,（5）按機(jī)床主要器官的數(shù)目分類 單軸機(jī)床 多軸機(jī)床 單刀機(jī)床 多刀機(jī)床 （6）按自動(dòng)化程度分類 普通機(jī)床 半自動(dòng)機(jī)床 B 自動(dòng)機(jī)床 Z,數(shù)控機(jī)床 K 加工中心機(jī)床 H 柔性加工單元 R,2020/9/8,29,其他機(jī)床,仿形機(jī)床 F 簡(jiǎn)式或經(jīng)濟(jì)性機(jī)床 J 高速機(jī)床 S 數(shù)顯機(jī)床 X,2020/9/8,30,2、機(jī)床型號(hào)的編制方法（J

9、B1838-85）,機(jī)床的型號(hào)表示機(jī)床的類型、通用特性和結(jié)構(gòu)特性以及主要技術(shù)參數(shù)等 M G 1 4 3 2 A,類別代號(hào)（磨床）,通用特性和結(jié)構(gòu)特性代號(hào)（高精度）,組別代號(hào)（外圓磨床組）,系別代號(hào)（萬能外圓磨床系）,主參數(shù)（最大磨削直徑320mm),重大改進(jìn)順序號(hào)（第一次重大改進(jìn)）,2020/9/8,31,企業(yè)代號(hào) 其它特性代號(hào) 重大改進(jìn)序號(hào) 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 主參數(shù)或設(shè)計(jì)順序號(hào) 系列代號(hào) 組代號(hào) 通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)(A、D、E) 類別代號(hào) 分類代號(hào),() () (.) ()/ ( ) - ( ),機(jī)床的型號(hào),C M 6 1 40,2 M B 1 4 32 A / S2,2020/9/8

10、,32,CA6140 C車床（類代號(hào)） A 結(jié)構(gòu)特性代號(hào) 6 組代號(hào)（落地及臥式車床） 1 系代號(hào)（普通落地及臥式車床） 主參數(shù)（最大加工件回轉(zhuǎn)直徑400mm） C21506 C車床（類代號(hào)） 21多軸棒料自動(dòng)車床（組系代號(hào)） 50最大棒料直徑50mm（主參數(shù)） 6 軸數(shù)為6（第二主參數(shù)）,機(jī)床型號(hào)舉例:,2020/9/8,33,MGB1432 M磨床（類代號(hào)） G高精度（通用特性代號(hào)） B半自動(dòng)（通用特性代號(hào)） 14萬能外圓磨床（組系代號(hào)） 32最大磨削外徑320mm（主參數(shù)） XKA5032A X銑床（類代號(hào)） K 數(shù)控（通用特性代號(hào)） A（結(jié)構(gòu)特性代號(hào)） 50立式升降臺(tái)銑床（組系代號(hào)）

11、32工作臺(tái)面寬度320mm（主參數(shù)） A 第一次重大改進(jìn)（重大改進(jìn)序號(hào)）,2020/9/8,34,2020/9/8,35,2020/9/8,36,2020/9/8,37,2020/9/8,38,2020/9/8,39,2020/9/8,40,機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù),主參數(shù)代表機(jī)床的規(guī)格： 最大切削直徑 主軸直徑 工作臺(tái)面寬度 第二主參數(shù)：主軸數(shù) 最大跨度 最大工件長(zhǎng)度 工作臺(tái)工作面長(zhǎng)度,2020/9/8,41,2020/9/8,42,工件表面成形方法,a、軌跡法 b、成形法 c、相切法 d、范成法（展成法）,利用刀具對(duì)工件按一定規(guī)律作軌跡運(yùn)動(dòng)的加工方法。,利用各種成形刀具對(duì)工件加工的方法。刀具切削

12、刃與所需形狀完全吻合。,利用刀具邊旋轉(zhuǎn)邊作軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行加工的方法。刀刃各瞬時(shí)位置的包絡(luò)線便是所需的形狀。,利用工件和刀具作展成運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工的方法。刀具切削刃與被加工表面相切，刀刃各瞬時(shí)位置的包絡(luò)線便是所需的形狀。,2020/9/8,43,車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床 。 主運(yùn)動(dòng)：工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：刀具直線運(yùn)動(dòng) 所用刀具：車刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐 車床種類：臥式、立式、轉(zhuǎn)塔、仿形、自動(dòng)和半自動(dòng)、專門化車床（曲軸、凸輪軸車床、鏟齒車床） 加工精度：經(jīng)濟(jì)加工精度IT8IT7,表面粗糙度Ra1.252.5,二、車床,立式車床,2020/9/8,44,普通臥式車床的

13、工藝范圍,主要加工軸類和直徑不太大的盤類、套類零件的各種回轉(zhuǎn)外表面、錐面、環(huán)槽、回轉(zhuǎn)體的端面、鉆、擴(kuò)、鉸、滾花和螺紋等。,2020/9/8,45,（一）齒輪加工方法 按輪齒成形原理分兩大類： 1.成形法 加工精度和生產(chǎn)率較低，適于單件小批生產(chǎn)。 2.展成法 加工精度和生產(chǎn)率較高，一把刀可加工相同模數(shù)、相同壓力角的任何齒數(shù)的齒輪。,剃齒刀,（二）齒輪加工機(jī)床 圓柱齒輪：滾齒機(jī)、插齒機(jī)等； 直齒錐齒輪：刨齒機(jī)、銑齒機(jī)、拉齒機(jī) ； 弧齒錐齒輪：銑齒機(jī)。 精加工齒輪：剃齒機(jī)、珩齒機(jī)、磨齒機(jī),銑齒,滾齒,插齒,三、齒輪加工方法和機(jī)床,磨齒,2020/9/8,46,滾齒加工原理,滾齒時(shí)刀具與工件模擬一對(duì)交

14、錯(cuò)軸螺旋齒輪的嚙合傳動(dòng)。,2020/9/8,47,滾齒加工的特點(diǎn),滾齒加工是一種應(yīng)用最廣的齒形加工方法。 可用作粗加工、精加工。加工精度為410級(jí)。 可加工圓柱外齒輪、蝸輪。加工的尺寸范圍也比較大。 加工的齒形有漸開線、擺線、圓弧形及其它一些特殊齒形。 適應(yīng)性好，生產(chǎn)率高，效率更高。 被切齒輪的齒距誤差小 。 齒廓表面粗糙度較大 Ra1.6m以上。,2020/9/8,48,插齒機(jī)和插齒加工,插齒是模擬一對(duì)直齒圓柱齒輪的嚙合過程工件的齒形曲線是由插齒刀刀刃多次切削的包絡(luò)線形成的。,2020/9/8,49,插齒的切削運(yùn)動(dòng),主運(yùn)動(dòng)：插齒刀的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 展成運(yùn)動(dòng)：刀具轉(zhuǎn)過一個(gè)齒，工件也轉(zhuǎn)過一個(gè)齒

15、徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：插齒刀每往復(fù)進(jìn)給一次，工件徑向移動(dòng)一個(gè)距離：切削深度，逐漸切至全齒深。 圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：插齒刀的轉(zhuǎn)動(dòng)。 讓刀運(yùn)動(dòng)：為了避免擦傷工件齒面和減少刀具的磨損，插齒刀向上回程時(shí)，工件與刀具之間讓開一個(gè)很小的間隙，在刀具向下開始切削之前迅速?gòu)?fù)位。,2020/9/8,50,2020/9/8,51,磨齒機(jī),用于高精度硬齒輪的精加工，最高IT6。 有成形法和展成法磨齒。,2020/9/8,52,齒端倒角,2020/9/8,53,銑床,銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件(和)銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 銑床可以加工平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸，還能加工比較復(fù)雜

16、的型面，效率較刨床高，在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。,2020/9/8,54,銑削工藝范圍,2020/9/8,55,銑刀,2020/9/8,56,刨床,龍門刨床,刨床是用刨刀對(duì)加工工件的平面、溝槽或成形表面進(jìn)行刨削的機(jī)床。 用刨床刨削窄長(zhǎng)表面時(shí)具有較高的效率，它適用于中小批量生產(chǎn)和維修車間。 刨床主要有牛頭刨床、龍門刨床和單臂刨床。,2020/9/8,57,刨削加工與刨刀,2020/9/8,58,拉床,拉床用拉刀加工工件各種內(nèi)、外成形表面的機(jī)床，拉削時(shí)拉刀使被加工表面在一次走刀中成形，所以拉床的運(yùn)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，它只有主運(yùn)動(dòng)，沒有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 切削時(shí)，拉刀作低速平穩(wěn)的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)拉刀承受的切削

17、力也很大，所以拉床的主運(yùn)動(dòng)通常是由液壓驅(qū)動(dòng)的。拉刀或固定拉刀的滑座往往是由油缸的活塞桿帶動(dòng)的。拉床主參數(shù)指額定拉力。 按加工表面不同，拉床可分為內(nèi)拉床和外拉床。,2020/9/8,59,拉刀與夾具,采用液壓傳動(dòng)，工作平穩(wěn)，薄的切削層，高精度的拉刀，可獲得較高的精度（IT6IT8）和較小的粗糙度（0.11.6m）。 拉削時(shí)，每一刀齒只工作一次，拉刀的耐用度和使用壽命很高。拉刀所有刀齒通過后，即完成全部粗、精加工；所以生產(chǎn)率高。,2020/9/8,60,拉削工藝,用于加工通孔、平面及成形表面,2020/9/8,61,磨床是用砂輪作切削工具，對(duì)工件表面進(jìn)行切削加工的精密加工的機(jī)床，其應(yīng)用廣泛 。 磨

18、床精加工精度IT7IT5級(jí)，Ra0.80.04um，也可粗加工，高速磨、強(qiáng)力磨；可磨普通材料，又可磨高硬度難加工材料；適應(yīng)各種工件形狀、表面及生產(chǎn)批量。,磨床種類： （1）外圓磨床：普通、萬能、無心外圓磨床等 （2）內(nèi)圓磨床：普通、無心、行星式內(nèi)圓磨床等 （3）平面磨床：臥軸(立軸)矩臺(tái)(圓臺(tái))平面磨床等 （4）工具磨床：工具曲線磨床 、鉆頭溝槽磨床等 （5）刀具刃磨床：萬能工具磨床、拉刀、滾刀磨床等 （6）專門化磨床：曲軸、花鍵軸 、齒輪、螺紋磨床等 （7）其它磨床：研磨機(jī)、珩磨機(jī)、拋光機(jī)等,磨床,2020/9/8,62,外圓磨削方式,磨削時(shí)，以砂輪的高速旋轉(zhuǎn)做主運(yùn)動(dòng)，工件低速旋轉(zhuǎn)作圓周進(jìn)給

19、，同時(shí)作軸向進(jìn)給，每次行程完后，砂輪作橫向切深移動(dòng)。,2020/9/8,63,內(nèi)圓磨削方式,2020/9/8,64,平面磨削方式,周磨,端磨,2020/9/8,65,無心磨削,2020/9/8,66,砂帶磨削,2020/9/8,67,鉆 床,鉆床指主要用鉆頭在工件上加工孔的機(jī)床。 根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)主要分為以下幾類：(1)立式鉆床 (2)臺(tái)式鉆床(3)搖臂鉆床(4)深孔鉆床 (5)中心孔鉆床 (6)銑鉆床(7)臥式鉆床,2020/9/8,68,鉆削工藝范圍,鉆床的特點(diǎn)是工件固定不動(dòng)，刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并沿主軸方向進(jìn)給，操作可以是手動(dòng)，也可以是機(jī)動(dòng)。,鉆床加工精度相對(duì)較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具

20、，可擴(kuò)、鉸孔、锪平面或進(jìn)行攻絲等。,2020/9/8,69,麻花鉆,2020/9/8,70,中心鉆、復(fù)合鉆、鉸刀,2020/9/8,71,深孔鉆,2020/9/8,72,鏜床可分為： (1)臥式鏜床(2)坐標(biāo)鏜床(3)精鏜床(4)深孔鏜床(5)落地鏜床(6)銑鏜床,鏜床系指主要用鏜刀在工件上加工已有預(yù)制孔的機(jī)床。 通常，鏜刀旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，鏜刀或工件的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個(gè)孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關(guān)的其他加工面的加工。,鏜床,2020/9/8,73,鏜削工藝范圍,2020/9/8,74,插床實(shí)際是一種立式刨床，在結(jié)構(gòu)原理上與牛頭刨床同屬一類。插刀

21、隨滑枕在垂直方向上的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，工件沿縱向橫向及圓周三個(gè)方向分別所作的間歇運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 插床的生產(chǎn)效率較低，加工表面粗糙度Ra為6.3-1.6微米，加工面的垂直度為0.025/300毫米。插床的主參數(shù)是最大插削長(zhǎng)度。,插床主要用途是：用于單件或小批量生產(chǎn)中加工內(nèi)孔鍵槽或花鍵孔，也可以加工平面、方孔或多邊形孔等，在批量生產(chǎn)中常被銑床或拉床代替。,插床與插削加工,2020/9/8,75,第三節(jié) 機(jī)械加工精度,一、加工精度與加工誤差 二、產(chǎn)生加工誤差的主要因素,零件的加工質(zhì)量指標(biāo),2020/9/8,76,一、加工精度與加工誤差,加工精度：指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理 想幾何參數(shù)相符合

22、的程度。 加工精度 （普通）尺寸精度從0.01mm 0.005mm （精密）尺寸精度從1m 0.02m (超精密）尺寸精度從0.1m 0.001m 超精密加工表面質(zhì)量粗糙度方面已獲得小于 0.0005m的粗糙度。,2020/9/8,77,加工精度,加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。 零件幾何參數(shù)符合程度越高，加工精度也越高 從機(jī)器的使用性能來看，沒有必要把零件做得絕對(duì)準(zhǔn)確，只要與理想零件有一定程度的符合便能保證零件在機(jī)器中的功用。 在實(shí)際加工中也不可能把零件做得絕對(duì)準(zhǔn)確 。 這一定程度的符合就是設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的零件公差精度等級(jí)，零件的設(shè)計(jì)精度。,2020/9/8,78,理想零件 對(duì)表面形

23、狀而言，就是絕對(duì)正確的圓柱面、平面、錐面等； 對(duì)于表面位置而言，就是絕對(duì)平行、垂直、同軸和一定角度； 對(duì)尺寸而言，就是零件尺寸的公差帶中心。,2020/9/8,79,加工誤差：指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)對(duì)理想 幾何參數(shù)的偏離程度稱為加工誤差。 幾何參數(shù)：尺寸、形狀和位置。 加工誤差越大，加工精度越低； 加工誤差越小，加工精度越高。,加工誤差,2020/9/8,80,加工精度和加工誤差的關(guān)系,加工精度和加工誤差是評(píng)定零件幾何參 數(shù)準(zhǔn)確程度的兩種不同概念。 加工誤差的大小表示了加工精度的高低 加工誤差是加工精度的度量。 實(shí)際生產(chǎn)中用控制加工誤差的方法來保 證加工精度。,2020/9/8,81,原始

24、誤差,工藝系統(tǒng)：由機(jī)床、夾具、刀具和工件組成的機(jī)械加工工藝系統(tǒng) 工藝系統(tǒng)會(huì)有各種各樣的誤差產(chǎn)生，這些誤差（即原始誤差）在各種不同的具體工作條件下都會(huì)以各種不同的方式(或擴(kuò)大、或縮小)反映為工件的加工誤差。,82,2020/9/8,原始誤差,加工前 的誤差,加工中的誤差,加工后的誤差,工藝系統(tǒng)靜誤差,加工原理誤差,調(diào)整誤差,工件裝夾誤差,機(jī)床誤差,夾具誤差,刀具制造誤差,工藝系統(tǒng)受力變形,工藝系統(tǒng)熱變形,刀具磨損,內(nèi)應(yīng)力引起的變形,測(cè)量誤差,工藝系統(tǒng)動(dòng)誤差,2020/9/8,83,誤差敏感方向,把原始誤差對(duì)加工誤差影響最大的那個(gè)方向稱為誤差敏感方向。,誤差敏感方向：對(duì)加工誤差影響大的加工表 面的

25、法線方向。,原始誤差引起工件相對(duì)于刀具產(chǎn)生相對(duì)位移，若產(chǎn)生在誤差敏感方向，對(duì)加工精度有直接影響；若產(chǎn)生在誤差非敏感方向 ，可忽略不計(jì)。,2020/9/8,84,誤差非敏感方向,誤差敏感方向,誤差敏感方向,2020/9/8,85,二、產(chǎn)生加工誤差的主要原因,原始誤差的存在，使工藝系統(tǒng)各組成部分之間的位置關(guān)系或速度關(guān)系偏離了理想狀態(tài)，致使加工后的零件產(chǎn)生了加工誤差。,原始誤差（原因） 加工誤差（結(jié)果）,2020/9/8,86,1、加工原理誤差,加工原理：指加工表面形成的原理。 加工原理誤差：由于采用了近似的加工運(yùn)動(dòng)或近似的刀具輪廓而產(chǎn)生的誤差。 例: 滾刀用阿基米德蝸桿代替漸開線蝸桿 （近似的刀具

26、輪廓）； 模數(shù)銑刀銑齒（近似的刀具輪廓）； 用公制絲桿車蝸桿或英制螺紋。 （近似的加工運(yùn)動(dòng)）,2020/9/8,87,2、機(jī)床誤差,機(jī)床誤差是指在無切削負(fù)荷下，來自機(jī)床本身的制造誤差、安裝誤差和磨損。 機(jī)床誤差有 機(jī)床導(dǎo)軌誤差 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差 機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差,2020/9/8,88,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差,前后導(dǎo)軌的平行度誤差,機(jī)床導(dǎo)軌誤差,2020/9/8,89,導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差,車床為誤差非敏感方向; 平面磨床為誤差敏感方向,2020/9/8,90,導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線度誤差,車床為誤差敏感方向; 平面磨床為誤差非敏感方向,結(jié)論:車床導(dǎo)軌水平彎曲

27、比垂直彎曲對(duì)加工誤差影響大得多。,2020/9/8,91,前后導(dǎo)軌的平行度誤差,車床H/B=2/3 外圓磨床H/B=1,這項(xiàng)誤差對(duì)加工精度的影響很大,2020/9/8,92,機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差,將主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)理想回轉(zhuǎn)軸線在誤差敏感方向上的最大變動(dòng)量稱為主軸回轉(zhuǎn)誤差。 機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的原因,2020/9/8,93,主軸回轉(zhuǎn)誤差的三種基本型式,軸向竄動(dòng),徑向跳動(dòng),角度擺動(dòng),實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線始終平行于理想回轉(zhuǎn)軸線，在一個(gè)平面內(nèi)作等幅的跳動(dòng)。,實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線始終沿理想回轉(zhuǎn)軸線作等幅的竄動(dòng)。,實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與理想回轉(zhuǎn)軸線始終成一傾角，在一個(gè)平面上作等幅擺動(dòng)，且交點(diǎn)位置不變。,2020/9/8,94,結(jié)

28、論,主軸回轉(zhuǎn)誤差總是上面三者的合成 所以主軸不同橫截面內(nèi)軸心的誤差運(yùn)動(dòng)軌跡既不相同，也不相似。,2020/9/8,95,車削時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響,車床加工：工件回轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng),影響極小,2020/9/8,96,鏜孔時(shí)純徑向跳動(dòng)對(duì)加工精度的影響,理想形狀,實(shí)際形狀,鏜削加工：鏜刀回轉(zhuǎn)，工件不轉(zhuǎn),影響極大,2020/9/8,97,主軸軸向竄動(dòng)對(duì)端面加工精度的影響,影響極大,2020/9/8,98,主軸純角度擺動(dòng)對(duì)鏜孔精度的影響,影響極大,2020/9/8,99,機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差產(chǎn)生的加工誤差,2020/9/8,100,1）提高主軸的軸承精度。,2）減少機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響。,3

29、）對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行預(yù)緊，以消除間隙。,4）提高主軸箱體支承孔、主軸軸頸和與軸承 相配合的零件有關(guān)表面的加工精度。,提高主軸回轉(zhuǎn)精度的措施,2020/9/8,101,傳動(dòng)鏈誤差,傳動(dòng)鏈誤差是指機(jī)床內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。 一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來衡量。 例：CA6140主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng) 。,2020/9/8,102,在車螺紋、插齒、滾齒等加工時(shí)，刀具與工件之間有嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求。要滿足這一要求，機(jī)床內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的誤差必須控制在允許的范圍內(nèi)。 產(chǎn)生傳動(dòng)鏈誤差的主要因素是傳動(dòng)鏈中各傳動(dòng)件的制造精度、安裝精度和受力變形等。 傳動(dòng)鏈誤差的大小對(duì)車、磨、銑螺紋，滾、插、磨（展成法

30、磨齒）齒輪等加工會(huì)影響分度精度，造成加工表面的形狀誤差，如螺距精度、齒距精度等。,傳動(dòng)鏈誤差,2020/9/8,103,減少傳動(dòng)鏈誤差的措施,1）盡量縮短傳動(dòng)鏈。 2）提高傳動(dòng)件的制造和安裝精度，尤其是末端 零件的精度。 3）盡可能采用降速運(yùn)動(dòng)，且傳動(dòng)比最小的一級(jí) 傳動(dòng)件應(yīng)在最后。 4）消除傳動(dòng)鏈中齒輪副的間隙。 5）采用誤差校正機(jī)構(gòu),2020/9/8,104,刀具、夾具、測(cè)量、調(diào)整誤差,夾具誤差：夾具加工和裝配時(shí)產(chǎn)生的誤差 測(cè)量誤差：器具誤差、方法誤差、環(huán)境誤差、 人員誤差 調(diào)整誤差：調(diào)整刀具與工件間位置時(shí)產(chǎn)生的 誤差,刀具的制造誤差和磨損對(duì)加工精度的影響：,2020/9/8,105,3、工

31、件的安裝誤差,2020/9/8,106,4、工藝系統(tǒng)受力變形,工藝系統(tǒng)剛度,工藝系統(tǒng)受力對(duì)加工精度的影響,零件的剛度 機(jī)床部件的剛度工藝系統(tǒng)的剛度,107,2020/9/8,2020/9/8,108,工藝系統(tǒng)剛度,切削力在y方向的分力Fy,F 作用下產(chǎn)生的y方向的變形,工藝系統(tǒng)剛度工藝系統(tǒng)抵抗變形的能力,總切削力,2020/9/8,109,外圓車削力F的分解,y,z,Fx,x,Fy,Fz,2020/9/8,110,誤差復(fù)映規(guī)律,假設(shè)毛坯有橢圓度誤差，刀具調(diào)整到虛線位置，工件每轉(zhuǎn)切深變化為ap1-ap2 ，引起切削力變化，于是由此變形 變化Y1-Y2，從而使 加工出的工件形狀 仍存在橢圓度誤差。

32、,2020/9/8,111,車削有圓度誤差的短圓柱毛坯外圓,刀尖調(diào)整到要求的尺寸， 在工件的每一轉(zhuǎn)中，切深由毛坯長(zhǎng)半徑的最大值ap1變化到短半徑的最小值ap2 時(shí)， 切削力也就由最大的 變化到最小的 ， 由 可知切削力變化引起對(duì)應(yīng)的工件變形為Y1，Y2 。,2020/9/8,112,結(jié)論,當(dāng)毛坯有形狀誤差或位置誤差時(shí)，加工后 工件仍會(huì)有同類的加工誤差。 由于工件誤差與毛坯誤差是相對(duì)應(yīng)的，可以把工件誤差看成是毛坯誤差的復(fù)映。,2020/9/8,113,5、工藝系統(tǒng)的熱變形,機(jī)械加工過程中, 工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下，產(chǎn)生復(fù)雜的變形，破壞了工件與刀具相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，引起加工誤差。 熱

33、源：內(nèi)部熱源(切削熱、摩擦熱） 外部熱源（環(huán)境溫度、陽光、燈光、取 暖設(shè)備等）,熱脹冷縮變形,114,2020/9/8,機(jī)床熱變形,精密加工熱變形引起的加工誤差占總加工誤差的40%70%。,2020/9/8,115,刀具熱變形,刀具連續(xù)受熱變形（A線） 刀具斷續(xù)受熱變形（C線） 刀具冷卻（B線）,由于刀體小，熱容量小，刀具溫升非常高。 例如,用高速鋼車刀切削時(shí)： 刀刃部分溫升可達(dá)700-800度； 刀具伸長(zhǎng)量可達(dá)0.030.05 mm,2020/9/8,116,工件的熱變形對(duì)加工精度的影響,工件均勻受熱（對(duì)于一些形狀簡(jiǎn)單、對(duì)稱的零件，如軸、套筒等，加工時(shí)（如車削、磨削）切削熱能較均勻地傳入工件

34、） 可根據(jù)工件溫升T來估算工件的熱變形量。 直徑上的熱膨脹 D=DT 長(zhǎng)度上的熱伸長(zhǎng) L=LT,工件材料的熱膨脹系數(shù),2020/9/8,117,工件不均勻受熱,銑、刨、磨平面時(shí)，除在沿進(jìn)給方向有溫度差之外，更嚴(yán)重的是工件單面受切削熱作用，上下表面間的溫度差導(dǎo)致工件中凸，以致中間被多切去，加工完畢冷卻后，加工表面就產(chǎn)生中凹的形狀誤差。 一般上下表面間的溫度差1，就會(huì)產(chǎn)生平面度誤差0.01mm,2020/9/8,118,6、工件內(nèi)應(yīng)力引起的變形,內(nèi)應(yīng)力（殘余應(yīng)力）：當(dāng)外部載荷去除以后，仍然殘存在工件內(nèi)部的應(yīng)力。 殘余應(yīng)力是因?yàn)閷?duì)工件進(jìn)行熱加工或冷加工，使金屬內(nèi)部宏觀的或微觀的組織發(fā)生不均勻的體積變

35、化而產(chǎn)生的。 內(nèi)應(yīng)力的重新分布引起工件的變形。 可采取時(shí)效處理的方法去除。,2020/9/8,119,機(jī)床床身因內(nèi)應(yīng)力而變形,2020/9/8,120,第四節(jié) 表面質(zhì)量,加工表面質(zhì)量的基本概念 表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響 影響表面粗糙度的工藝因素,2020/9/8,121,一、加工表面質(zhì)量的基本概念,表面質(zhì)量是指機(jī)器零件加工后表面層的狀態(tài)。 表面質(zhì)量的主要內(nèi)容有兩部分 、表面層的幾何形狀 、表面層的物理力學(xué)性能,2020/9/8,122,、表面層的幾何形狀,表面粗糙度：是指表面微觀幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)L3 10mm， 比值L1/H11000。 表面波度：是介于加工精度和表面粗糙度之間的一種帶

36、有周期性的幾何形狀誤差，其波長(zhǎng)L2 110mm，比值在50L2/H21000,2020/9/8,123,2020/9/8,124,、表面層的物理力學(xué)性能,表面層冷作硬化 表面層金相組織的變化 表面層殘余應(yīng)力,零件在機(jī)械加工中表面層金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的冷態(tài)塑性變形后，引起的強(qiáng)度和硬度都有所提高的現(xiàn)象。,由于切削熱引起工件表面溫升過高，表面層金屬發(fā)生金相組織變化的現(xiàn)象 。,由于加工過程中切削變形和切削熱的影響，工件表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力。,2020/9/8,125,二、表面質(zhì)量對(duì)零件使用性能的影響,對(duì)零件耐磨性的影響 對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響 對(duì)零件耐腐蝕性能的影響 對(duì)零件配合性質(zhì)的影響,2020/9/8,12

37、6,零件表面質(zhì)量對(duì)使用性能產(chǎn)生影響的原因,承受載荷應(yīng)力最大的表面層是金屬的邊界，機(jī)械加工后破壞了晶粒的完整性，從而降低了表面的某些機(jī)械性能。 表面層有裂紋、加工痕跡等各種缺陷，在動(dòng)載荷的作用下，可能引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞。 零件表面經(jīng)過加工后，表面層的物理、機(jī)械、冶金和化學(xué)性能都變得和基體材料不同了。,2020/9/8,127,1、對(duì)零件耐磨性的影響,在摩擦副的材料、熱處理情況和潤(rùn)滑條件已經(jīng)確定的情況下，零件的表面質(zhì)量對(duì)耐磨性能起決定性的作用。,最佳Ra,最佳Ra: 氣缸套內(nèi)壁Ra0.2 活塞銷外圓Ra0.1,2020/9/8,128,2、對(duì)零件疲勞強(qiáng)度的影響,在周期性的交變載荷作用下，零件表

38、面微觀不平與表面的缺陷一樣都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，而且表面粗糙度值越大，即凹陷越深和越尖，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，越容易形成和擴(kuò)展疲勞裂紋而造成零件的疲勞損壞。,2020/9/8,129,3、對(duì)零件耐腐蝕性能的影響,零件表面粗糙度值越大，潮濕空氣和腐蝕介質(zhì)越容易堆積在零件表面凹處而發(fā)生化學(xué)腐蝕，或在凸峰間產(chǎn)生電化學(xué)作用而引起電化學(xué)腐蝕，抗腐蝕性能差。,2020/9/8,130,4、對(duì)零件配合性質(zhì)的影響,表面質(zhì)量對(duì)零件的配合質(zhì)量、密封性能及摩擦系數(shù)都有很大的影響。表面粗糙度值越大，初期磨損量越大，對(duì)動(dòng)配合來說，使用不久就會(huì)使配合性質(zhì)發(fā)生變化 。,2020/9/8,131,三、影響表面粗糙度的工藝因素,幾何

39、因素 物理因素 工藝系統(tǒng)的振動(dòng),2020/9/8,132,1、切削加工后的表面粗糙度,幾何因素： 刀具相對(duì)工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)在加工表面上留下來的切削層殘留面積。 物理因素： 切削加工后表面的實(shí)際粗糙度與理論粗糙度有比較大的差別。這主要是與被加工材料的塑性、切削時(shí)后刀面的擠壓、切削用量、冷卻潤(rùn)滑液等物理因素的影響有關(guān)。,2020/9/8,133,2、磨削加工后的表面粗糙度,幾何因素： 砂輪結(jié)構(gòu)、砂輪上磨粒的微刃形狀和分布 。 磨削表面是由砂輪上大量的磨?？虅澇鰺o數(shù)極細(xì)的溝槽形成的。 單位面積上刻痕越多，即通過每單位面積的磨粒數(shù)越多，以及刻痕的等高性越好，粗糙度也就越低。,2020/9/8,134,

40、磨削的物理因素,大多數(shù)磨粒在滑擦作用下，被加工表面只有彈性變形，不產(chǎn)生切屑； 在耕犁作用下，磨粒在工件表面上刻劃出一條溝痕，工件材料被擠向兩邊產(chǎn)生隆起，此時(shí)產(chǎn)生塑性變形但仍不產(chǎn)生切屑。 磨削量是經(jīng)過很多后繼磨粒的多次擠壓因疲勞而斷裂、脫落； 所以加工表面的塑性變形很大，表面粗糙度值就大。,2020/9/8,135,磨削對(duì)表面粗糙度值主要影響因素：,一、砂輪的粒度 二、砂輪修整質(zhì)量的影響 三、砂輪速度與工件速度 四、磨削深度,粒度過大，磨削性能下降，零件表面粗糙。,工件速度越大，單個(gè)磨粒的磨削厚度越大，會(huì)使單位時(shí)間內(nèi)磨削工件表面的磨粒數(shù)減少，使加工表面的粗糙度增大。,為了得到較小的表面粗糙度值，

41、要避免砂輪轉(zhuǎn)速為工件轉(zhuǎn)速的整數(shù)倍，使磨粒與磨削痕跡錯(cuò)開。,砂輪修整的質(zhì)量越高，砂輪工作表面上的微刃就越多，微刃的等高性就越好，工作表面粗糙度就越小。,磨削深度大單個(gè)磨粒的磨削厚度就增加，從而增加了塑性變形的程度，使磨削表面的粗糙度增加,2020/9/8,136,3、工藝系統(tǒng)振動(dòng)的影響,金屬切削過程中，工件和刀具之間常常發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這是一種破壞正常切削過程的極其有害的現(xiàn)象 。 當(dāng)切削振動(dòng)發(fā)生時(shí)，工件表面質(zhì)量嚴(yán)重惡化，粗糙度增大，產(chǎn)生明顯的表面振痕，這時(shí)不得不降低切削用量，使生產(chǎn)率的提高受到限制。,2020/9/8,137,振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，使加工過程無法進(jìn)行下去。 振動(dòng)將加速刀具和

42、機(jī)床的磨損，從而縮短刀具和機(jī)床的使用壽命 振動(dòng)噪音造成環(huán)境污染也危害工人的健康。,3、工藝系統(tǒng)振動(dòng)的影響,2020/9/8,138,機(jī)械加工振動(dòng)類型,按其產(chǎn)生的原因分為三大類 自由振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng) 自激振動(dòng),是工藝系統(tǒng)在一個(gè)穩(wěn)定的外界周期性干擾力（激振力）作用下引起的振動(dòng)。,由振動(dòng)系統(tǒng)本身引起切削力周期性變化而產(chǎn)生的振動(dòng)又稱顫振。,2020/9/8,139,強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn),工藝系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是與外界激振力的頻率一致，不會(huì)自行衰減消失。 當(dāng)激振力的頻率與工藝系統(tǒng)固有頻率接近或相等時(shí)，就會(huì)引起共振 ，對(duì)工藝系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重危害，應(yīng)力求避免。,2020/9/8,140,強(qiáng)迫振動(dòng)產(chǎn)生的原因內(nèi)部和外部,

43、機(jī)床傳動(dòng)件的制造、裝配誤差和結(jié)構(gòu)缺陷 齒輪各項(xiàng)誤差、齒輪嚙合時(shí)的沖擊，都會(huì)引起 的振動(dòng) 液壓系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件換向都引起振動(dòng) 皮帶接頭不良產(chǎn)生的沖擊； 斷續(xù)切削和切削負(fù)荷不均時(shí)引起切削力的周期性變化的沖擊振動(dòng)：,2020/9/8,141,旋轉(zhuǎn)零件的偏心質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不平衡、機(jī)床回轉(zhuǎn)零件的不平衡、工件的不平衡而產(chǎn)生振動(dòng)。 外部振源其他機(jī)床、鍛錘、火車、卡車等通過機(jī)床地基傳給機(jī)床的振動(dòng)。,2020/9/8,142,自激振動(dòng)的特點(diǎn),切削過程中產(chǎn)生的自激振動(dòng)是頻率較高的不衰減振動(dòng)，占振動(dòng)總數(shù)的65%。它往往是影響加工表面質(zhì)量的主要因素。 自激振動(dòng)的觸發(fā)是由外界或系統(tǒng)本身某些瞬時(shí)的偶然干

44、擾力。 靠振動(dòng)系統(tǒng)本身周期性變化的切削力來加強(qiáng)和維持振動(dòng)，使振動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充了由阻尼作用消耗的能量，讓振動(dòng)維持下去。,2020/9/8,143,只有切削運(yùn)動(dòng)停止，振動(dòng)才消失。 自激振動(dòng)的頻率等于或接近于工藝系統(tǒng)的固有頻率。,2020/9/8,144,減小振動(dòng)的途徑,減小或消除振源的激振力 高速回轉(zhuǎn)件靜平衡、動(dòng)平衡；以人字齒輪代替直齒輪；降低往復(fù)件的速度；提高傳動(dòng)件的制造裝配精度。 調(diào)整振源頻率，避開共振區(qū)。 提高工藝系統(tǒng)剛性，增加阻尼。 隔振或裝消振器。,2020/9/8,145,第五節(jié) 各種加工方法所能達(dá)到的 經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度,一、經(jīng)濟(jì)精度 經(jīng)濟(jì)加工精度：在正常加工條件下所能達(dá)到的加工精度。 正常加工條件：采用標(biāo)準(zhǔn)合格的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)等級(jí)的工人，不延長(zhǎng)工作時(shí)間。 任何一種加工方法以可獲得的經(jīng)濟(jì)精度和表面粗糙度都有一個(gè)較大的范圍。,2020/9/8,146,2020/9/8,147,2020/9/8,148,2020/9/8,149,二、表面粗糙度,表面粗糙度與加工方法有密切關(guān)系。 必須正確選擇加工方法，才能保證要求的表面粗糙度。 加工方法的選擇：查表法和經(jīng)驗(yàn)法 應(yīng)結(jié)合具體條件來選擇。如切削用量、刀具角度、設(shè)備、工藝裝備、操作者水平、零件結(jié)構(gòu)和尺寸、零件材料性能等。,2020/9/8,150,2020/9/8,151,