机械制造质量分析与控制

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1、第七章 机械制造质量分析与控制 Analysis and Control of Machining Quality,内容提要,机械制造质量相关概念 机械加工精度 加工误差的统计分析 机械加工表面质量 机械加工过程中的振动,7.1 概述 Introduction to Machining Quality,7.1 概述,质量是企业的灵魂 质量的三层含义：设计质量、制造质量、服务质量,7.1 概述,尺寸精度 宏观几何形状精度：圆度、圆柱度、平面度等 位置精度：同轴度、平行度、圆跳动等,加工精度,表面质量,物理机械性能,制造质量,微观几何形状误差：表面粗糙度,波度,波度（介于宏观与微观之间）：,微观几

2、何形状误差：表面粗糙度Ra/m：,宏观几何形精度：,7.1 概述,几何形状误差示意图,7.2 机械加工精度 Machining Precision,7.2 机械加工精度 机械加工精度概述,加工精度与加工误差 加工精度：指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。 加工误差：指零件加工后的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的偏离程度。 关系：同一问题两种不同的说法：加工精度在数值上通过加工误差的大小来表示，加工精度越高，误差越小，反之加工精度越低，误差就越大。,7.2 机械加工精度 机械加工精度概述,尺寸精度、形状精度和位置精度 尺寸精度：加工后，零件的实

3、际尺寸与零件尺寸公差带中心的符合程度。 形状精度：加工后，零件表面的实际几何形状与理想的几何形状的相符合程度。 位置精度：加工后，零件有关表面之间的实际位置与理想位置的符合程度。 关系： 三者之间是既有区别又有联系的。通常，形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差又要限制在尺寸公差之内。,7.2 机械加工精度 机械加工精度概述,获得加工精度的方法,试切法：适用于单件、小批生产 调整法：适用于成批、大量生产 定尺寸刀具法：常用于孔、螺纹和成形表面的加工 自动控制法：,尺寸精度,位置精度,划线找正法,获得加工精度的方法,轨迹法：刀具与工件相对运动轨迹,直接找正法,形状精度,夹具定位法,成形刀具法：

4、成形刀具,展成法：刀具与工件作展成运动,7.2 机械加工精度 机械加工精度概述,影响加工精度的因素 工艺系统：机床、夹具、刀具和工件等组成的系统。 原始误差：工艺系统中直接引起加工误差的因素。,7.2 机械加工精度 工艺系统的几何误差,机械加工工艺系统的几何误差包括机床、夹具、刀具的误差，是由制造误差、安装误差以及使用中的磨损引起的误差等组成。,7.2 机械加工精度 工艺系统的几何误差,机床误差是由机床的制造误差、安装误差和使用中的磨损引起的. 对加工精度影响较大的有:,机床误差,（1）主轴回转误差 （2）导轨误差 （3）传动链误差,7.2 机械加工精度 主轴回转误差,（1）机床主轴是决定工件

5、(或刀具)位置的重要部件； 主轴回转误差直接影响被加工零件的形状、位置精度和表面粗糙度. （2）主轴回转误差：主轴的实际回转轴线对其理想回转轴线（各瞬时回转轴线的平均位置）的变动量。 即要求主轴回转时能保持轴线的位置稳定不变. （3）主轴回转误差主要包括： 端面圆跳动、径向圆跳动、角度摆动,7.2 机械加工精度 主轴回转误差,端面圆跳动：影响车端面时工件端面的垂直度、平面度和工件的轴向尺寸；影响车螺纹时的螺距。 径向圆跳动：影响工件圆柱面的圆度和圆柱度。 角度摆动 ：影响工件圆柱面的圆柱度和端面的形状。 主轴回转误差实际上是上述三种误差形式的合成。,7.2 机械加工精度 主轴回转误差,影响主轴

6、回转误差的因素：主轴支撑轴颈的误差、轴承的误差、轴承的间隙、箱体支撑孔的误差、与轴承相配合零件的误差及主轴刚度和热变形等。对于不同类型的机床，其影响因素也是不相同的。,分析主轴采用滑动轴承时主轴的径向圆跳动：分两种情况：,工件回转型（车床）,刀具回转型（镗床）,提高主轴回转精度的措施：提高轴承精度，提高主轴轴颈、箱体支撑孔及与轴承相配合零件有关表面的加工精度和装配精度，对高速主轴部件进行动平衡，对滚动轴承进行预紧等。,7.2 机械加工精度 导轨误差,机床导轨副是机床中确定各主要部件位置关系的基准，是实现直线运动的主要部件。 机床导轨的精度要求主要有以下三个方面： 导轨在水平面内的直线度误差1

7、导轨在垂直面内的直线度误差2 前后导轨的平行度误差（扭曲度）3,7.2 机械加工精度 导轨误差,导轨在水平面内的直线度误差1,此项误差使刀尖在水平面内产生移y , 造成工件在半径方向的误差Ry (这时Ry=y), 使工件表面产生圆柱度误差.,7.2 机械加工精度 导轨误差,导轨在垂直面内的直线度误差2,Rzz2(2R0), 定义工件加工表面法线方向叫做误差的敏感方向. 设y= z=0.1mm, R=20mm, 那么Ry= y=0.1mm, Rz=0.00025mm, Ry400Rz.,7.2 机械加工精度 导轨误差,前后导轨的平行度误差（扭曲度）3,由于导轨发生了扭曲, 使刀尖相对于工件在水平

8、和垂直两个方向上产生偏移. 设车床中心高为H, 导轨宽度为B, 则导轨扭曲量引起工件半径的变化量Ry为:,通常, 车床H/B2/3；外圆磨床H/B1, 可见此项误差对加工精度影响很大, 会导致工件产生圆柱度误差.,7.2 机械加工精度 导轨误差,影响导轨误差的其它因素：导轨导向精度, 除受导轨制造误差的影响外, 还受机床安装是否正确, 地基是否坚固, 导轨的润滑状况, 磨损的均匀性, 导轨的热变形以及运动部件的重心移动和过大切削力引起的导轨弹性变形等因素的影响. 提高机床导轨精度的措施：提高机床导轨、溜板的制造精度及安装精度，采用耐磨合金铸铁、镶钢导轨、贴塑导轨、滚动导轨、静压导轨、导轨表面淬

9、火等措施提高导轨的耐磨性，正确安装机床和定期检修 等。,7.2 机械加工精度 机床传动链误差,传运链的传动误差: 指内联系的传动链中首、末两端传动元件之间相对运动的误差. 传动链传动误差, 一般不影响圆柱面和平面的加工精度， 但在加工工件运动和刀具运动有严格内联系的表面, 如车削、磨削螺纹和滚齿、插齿、磨齿时, 则是影响加工精度的重要因素.,7.2 机械加工精度 机床传动链误差,减小传动链误差的措施： 减少传动环节，缩短传动链，以减少误差来源。 提高传动元件，特别是末端传动元件的制造精度和装配精度。 传动链中按降速比递增的原则分配各传动副的传动比。 采用误差校正机构。,7.2 机械加工精度 工

10、艺系统的几何误差,夹具误差：主要是指夹具的定位元件、导向元件及夹具体等零件的加工与装配误差。 它将直接影响到工件加工表面的位置精度或尺寸精度，对被加工工件的位置精度影响最大。 在设计夹具时，凡影响工件精度的有关技术要求必须给出严格的公差。粗加工用夹具一般取工件相应尺寸公差的1/51/10。精加工用夹具一般取工件相应尺寸公差的1/21/3。 夹具磨损将使夹具的误差增大，从而使工件的加工误差也相应增大。为了保证工件的加工精度，除了严格保证夹具的制造精度外，还必须注意提高夹具易磨损件的耐磨性，当磨损到一定限度以后，必须及时予以更换。,夹具误差与装夹误差,7.2 机械加工精度 工艺系统的几何误差,刀具

11、误差：是由于刀具制造误差和刀具磨损所引起的。 机械加工中常用的刀具有：一般刀具、定尺寸刀具和成形刀具。 一般刀具的制造误差，对加工精度没有直接影响；定尺寸刀具的尺寸误差直接影响被加工工件的尺寸精度；成形刀具和展成刀具的制造误差，直接影响被加工工件表面的形状精度。 刀具的磨损，除了对切削性能、加工表面质量有不良影响外，也直接影响加工精度。,刀具误差,7.2 机械加工精度 定位误差,定位误差： 是指一批工件采用调整法加工时因定位不准确而引起的尺寸或位置的最大变化量，定位误差主要有两种： 基准不重合误差 定位副制造不准确误差,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,工艺系统刚度： 加工表面

12、法向切削力与工艺系统的法向变形的比值,工艺系统的总变形量：,工艺系统的刚度计算：,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,工艺系统刚度的计算 工件、刀具的刚度可按材料力学进行计算；夹具一般总是固定在机床上使用，可视为机床的一部分； 机床有许多零部件组成，其刚度迄今尚无合适的计算方法，目前主要通过实验方法来测量机床部件刚度。静测定法是一种最简单的测定方法。,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,机床部件静刚度的测定,主轴箱刚度：,尾座刚度：,刀架刚度：,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,工艺系统刚度对加工精度的影响： （1）由于工艺系统刚度变化引起的误差,考

13、虑工件刚度情况：,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,工艺系统刚度对加工精度的影响： （2）由于切削力变化引起的误差,原始误差 毛 工件的圆度误差工 毛越大，工也越大。这种现象称为加工过程中的毛坯误差复映现象。 毛与工之比值，称为误差复映系数，它是误差复映的度量。,7.2 机械加工精度 工艺系统受力变形引起的误差,减少工艺系统受力变形的措施： 提高工艺系统刚度 提高接触刚度 提高零件的刚度 提高机床部件的刚度 合理的装夹方式和加工方法 减小切削力及其变化 改善毛坯制造工艺、合理选择刀具的几何参数、增大前角和主偏角、合理选择刀具材料、对工件材料进行适当的热处理以改善材料的加工性能,

14、7.2 机械加工精度 工艺系统受热变形引起的误差,工艺系统热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工和大件加工中，热变形所引起的加工误差有时可占总误差的40%70% 工艺系统的热源 内部热源 切削热 磨擦热和能量损耗 派生热源 外部热源 环境温度 辐射热,7.2 机械加工精度 工艺系统受热变形引起的误差,切削热是切削加工中最主要的热源， 它对工件加工精度的影响最为直接,切削热,7.2 机械加工精度 工艺系统受热变形引起的误差,工件热变形对加工精度的影响 工件热变形的热源主要是切削热，对于精密件，环境温度也有很大的影响。传入工件的热量越多、工件的质量越小测热变形越大。,如果工件受热不均匀，则

15、工件的热变形计算公式为：,如果工件均匀受热，则工件的热变形计算公式为：,7.2 机械加工精度 工艺系统受热变形引起的误差,刀具热变形对加工精度的影响： 主要热源是切削热。刀头体积小,热容量小，温度高, 局部温度可达1000摄氏度以上. 粗加工时, 刀具热变形量可达0.030.05mm, 对加工精度影响一般可以不考虑. 间断切削时, 刀具有短暂的冷却时间, 热变形量还要小一些. 但在车削长轴时, 刀具的热伸长, 会使工件产生锥度误差.,7.2 机械加工精度 工艺系统受热变形引起的误差,减小工艺系统热变形的途径 减少发热和隔热 改善散热条件 均衡温度场 改进机床结构 控制环境温度,7.2 机械加工

16、精度 工艺系统受热变形引起的误差,隔热罩,均衡前后壁温度,7.2 机械加工精度 内应力重新分布引起的误差,内应力（或残余应力）概念 是在外部载荷去除以后，仍残存在工件内部的应力。它是因为工件在冷、热加工中，金属内部相邻的宏观或微观组织发生了不均匀的体积变化而产生的。 内应力的变化会使零件产生相应的变形，原有的加工精度受到破坏。用这些零件装配成机器，在机器使用中也会逐渐产生变形，从而影响整台机器的质量。因此，必须采取措施消除内应力对零件加工精度的影响,7.2 机械加工精度 内应力的产生,毛坯制造中产生的内应力,铸件因残余应力引起的变形,7.2 机械加工精度 内应力的产生,冷校直带来的内应力,7.

17、2 机械加工精度 内应力的产生,切削加工中产生的内应力,工件在进行切削加工时，在切削力和摩擦力的作用下，使表层金属产生塑性变形引起体积改变，从而产生残余应力。这种残余应力的分布情况由加工时的工艺因素决定。内部有残余应力的工件在切去表面的一层金属后，残余应力要重新分布，从而引起工件的变形。为此，在拟定工艺规程时，要将加工划分为粗、精等不同阶段进行，以便把粗加工后残余应力重新分布所产生的变形在精加工阶段去除。 在大多数情况下，切削热的作用大于切削力的作用。特别是高速切削、强力切削、磨削时，切削热的作用占主要地位。在磨削加工中，表层拉力严重时会产生裂纹。,7.2 机械加工精度 减少或消除内应力的措施

18、,合理设计零件的结构 合理安排时效处理 合理安排工艺过程. 尽量不采用冷校直工艺, 对精密零件应严禁使用冷校直,7.2 机械加工精度 保证和提高机械加工精度的主要途径,直接减少或消除误差法 误差转移法 误差分组法 就地加工法 误差平均法 误差补偿法,7.3 加工误差的统计分析 Statistic Analysis of Machining Errors,7.3 加工误差的统计分析,在实际生产中，影响加工精度的因素错综复杂，加工误差往往是多种因素综合影响的结果，而且其中的不少因素对加工影响是带有随机性的。因此，在很多情况下单靠单因素分析方法来分析加工误差是不够的。 运用数理统计的方法对加工误差数

19、据进行处理和分析，从中发现误差形成规律，找出影响加工误差的主要因素，这就是加工误差的统计分析法。,7.3 加工误差的统计分析 加工误差的性质,7.3 加工误差的统计分析 加工误差的分布规律,正态分布,平顶分布,双峰分布,偏态分布,7.3 加工误差的统计分析 正态分布,机械加工中，工件的尺寸误差是由很多相互独立的随机误差综合作用的结果，如果其中没有一个随机误差是起决定作用的，则加工后工件的尺寸将呈正态分布,均方根偏差,算术平均值,7.3 加工误差的统计分析 正态分布,对正态分布曲线的影响,7.3 加工误差的统计分析 标准正态分布,标准正态分布: 当 =0，=1时的正态分布称为标准正态分布，其概率

20、密度为： 在实际生产中，经常需要把非标准正态分布进行转化，以便于查表计算。 令 ，可得,7.3 加工误差的统计分析 标准正态分布,为标准正态分布的积分，可通过查表求得。,工件尺寸在某区间（范围）内的频率: 生产上感兴趣的往往是工件为某一尺寸的概率是多大，而是加工工件尺寸落在某一区间（x1xx2）的概率是多大。,7.3 加工误差的统计分析 标准正态分布,6原则: 曲线与轴之间所包含的面积为1，即包括了全部工件数。其中x=3范围内的面积约占99.73%，即工件尺寸约有99.73%在x= 3之内，只有0.27%在x= 3之外。故正态分布曲线的分散范围一般取3（或6）。 6的大小代表了某种加工方法在一

21、定条件下能达到的加工精度。因此一般情况下，应使公差带的宽度6。但考虑到变值系统误差（如刀具磨损）以及其他因素的影响，必须使6。,7.3 加工误差的统计分析 应用举例1,在车床上车削一批轴。图纸要求为,已知轴径尺寸误差按正态分布，,mm，,问这批加工工件的合格品率是多少？不合格品率是多少？废品率是多少？,mm，,7.3 加工误差的统计分析 分布图分析,步骤: (1)取样本测量计算分布范围 (2)分组定组距计算组中值 (3)计算频率分布表 (4)画直方图 (5)分析结果,7.3 加工误差的统计分析 应用举例2,现测100件汽车活塞孔, 图纸要求 实测范围27.99228.004 (1)计算得分布范

22、围: Rxmax-xmin =28.004-27.992=0.012； (2)分组, 分6组, 组距 h0.012/6=0.002；计算组中值； (3)频率分布表,7.3 加工误差的统计分析 应用举例2,组序 组间距 组中值 频数 频率 1 0.002 27.993 3 3% 2 0.002 27.995 17 17% 3 0.002 27.997 34 34% 4 0.002 27.999 25 25% 5 0.002 28.001 20 20% 6 0.002 28.003 1 1%,7.3 加工误差的统计分析 应用举例2,分析: (1)阴影部分为废品； (2)存在常值系统误差；,7.3

23、加工误差的统计分析 工序能力系数,工序能力满足加工要求的程度，称为工序能力系数。 当工序处于稳定状态时，工序能力系数Cp按下式计算： CpT6 T公差范围； 均方根偏差。 根据Cp值的大小，可将工序能力分为五个等级,7.3 加工误差的统计分析 分布图分析的特点,采用的是大样本，因而能比较接近实际地反映工艺过程总体的尺寸分布情况； 能把工艺过程中存在的常值系统性误差从误差中区分开来，但不能把变值系统性误差从误差中区分开来； 只有等到一批工件加工完毕后才能绘制分布图，因此不能在工艺过程进行中及时提供控制工艺过程精度的信息； 计算较复杂； 只适用于工艺过程稳定的场合。,7.3 加工误差的统计分析 点

24、图分析法,应用分布图分析工艺过程的前提是工艺过程必须是稳定的，如果工艺过程不稳定，继续用分布图分析讨论工艺过程就失去意义。 由于点图分析法能够反映质量指标随时间变化的情况，因此，它是进行统计质量控制的有效方法。这种方法既能用于稳定的工艺过程，也可用于不稳定的工艺过程。,7.3 加工误差的统计分析 点图分析法,点图分析法所采用的样本是顺序小样本，即每隔一定时间抽取样本容量n510的一个小样本，计算出各小样本的算数平均值 和极差R,以样组序号为横坐标, 以 、R 为纵坐标, 分别作出 、R点图,画出 均值线 公差带的上下限 上下控制线,7.3 加工误差的统计分析 点图分析法,7.3 加工误差的统计

25、分析 点图分析法,点图法能明显表示出系统误差和随机误差的大小和变化规律；从而指明改进加工过程的方向； 及时防止废品的发生；能够判断加工过程的稳定性. 特点： 以加工顺序为采样方法； 能及时发现加工过程中存在的问题； 计算简单。 适用于稳定的工艺过程，也适用于不稳定的工艺过程。,7.4 机械加工表面质量 Surface Quality of Machining,7.4 机械加工表面质量,机器零件的破坏，一般都是从表面层开始的，这说明零件的表面质量至关重要，它对产品质量有很大影响。 研究表面质量的目的，就是要掌握机械加工中各种工艺因素对表面质量影响的规律，以便应用这些规律控制加工过程，最终达到提高

26、表面质量、提高产品使用性能的目的。,7.4 机械加工表面质量 表面质量对产品使用性能的影响,表面粗糙度对耐磨性的影响,一般情况下，表面粗糙度值越小，表面耐磨性越好。但是表面粗糙度值太小，接触表面分子亲和力大，且润滑液不易储存，磨损反而加剧。 表面粗糙度的最佳值与零件的工况有关，工作载荷加大时，初期磨损量增大，表面粗糙度的最佳值也增大。,7.4 机械加工表面质量 表面质量对产品使用性能的影响,表面纹理对耐磨性的影响 表面纹理的形状及刀纹方向对耐磨性也有一定影响。原因在于纹理形状及刀纹方向影响有效接触面积和润滑液的存留。圆弧状、凹状表面纹理的耐磨性好。尖峰状接触面压强大，耐磨性差。 运动方向与刀纹

27、方向相同时，耐磨性好，垂直时，耐磨性最差。,7.4 机械加工表面质量 表面质量对产品使用性能的影响,表面冷作硬化对耐磨性的影响 冷作硬化使金属表层变硬, 分子间的亲和力减小, 可以降低磨损；但是硬度过高, 表面易脱落, 脱落的小硬质点充当磨料, 反而加剧磨损。,7.4 机械加工表面质量 表面质量对零件配合性质的影响,表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合，粗极度值大会使磨损加大，间隙增大，破坏了要求的配合性质。对于过盈配合，装配过程中一部分表面凸峰被挤平，易使工件发生变形, 影响配合质量.实际过盈量减小，降低了配合件间的连接强度。 表面物理力学性能的变化易使工件发生变形, 影

28、响配合质量.,7.4 机械加工表面质量 表面质量对零件疲劳性能的影响,表面粗糙度对疲劳强度的影响 表面的凹谷部位容易产生应力集中，出现疲劳裂纹，加速疲劳破坏。工件表面粗糙度越小、缺陷越少, 抗疲劳性越好； 表面粗糙度对耐疲劳性的影响与材料对应力集中的敏感程度和强度极限有关，钢材的强度极限越高，对应力集中越敏感，铸铁和有色金属对应力集中的敏感性较弱。 表面纹理为圆弧的优于尖峰、凹坑状的；受力方向与纹理方向垂直的耐疲劳性降低；,7.4 机械加工表面质量 表面质量对零件疲劳性能的影响,物理力学性能疲劳强度的影响 残余拉应力将使疲劳裂纹扩大，残余压应力能阻止裂纹扩展，延缓疲劳破坏； 冷作硬化一般伴有残

29、余压应力的产生，可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展，有利于提高零件抗疲劳强度； 表面渗碳、淬火等使金属表面产生压应力，对疲劳强度有利； 镀铬、镍等使金属表面产生拉应力，对疲劳强度不利。,7.4 机械加工表面质量 表面质量对零件抗腐蚀性能的影响,零件表面粗糙度值越大，潮湿空气和腐蚀介质越容易堆积在零件表面四处而发生化学腐蚀，或在凸峰间产生电化学作用而引起电化学腐蚀，故抗腐蚀性能越差。 表面冷硬和金相组织变化都会产生内应力。零件在应力状态下工作时，会产生应力腐蚀，若有裂纹，则更增加了应力腐蚀的敏感性。因此表面内应力会降低零件的抗腐蚀性能。 表面层的残余压应力能防止腐蚀开裂，残余拉应力降低耐腐蚀性

30、,7.4 机械加工表面质量 影响表面粗糙度的因素,刀具几何形状,工件材料的性质,影响表面粗糙度的因素,切削用量,其他因素,7.4 机械加工表面质量 影响表面粗糙度的因素,刀具角度对表面粗糙度的影响,7.4 机械加工表面质量 影响表面粗糙度的因素,工件材料对表面粗糙度的影响,切削加工后表面粗糙度的实际轮廓之所以与纯几何因素所形成的理论轮廓有较大的差异，主要是由于切削过程塑性变形的影响。,加工塑性材料时，由刀具对金屑的挤压产生塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面租糙度值加大。 工件材料韧性愈好金屑的塑性变形愈大，加工表而就愈租糙。 中碳钢和低碳钢材料的工件，在加工或精加工前常安排

31、作调质或正火处理，就是为了改善切削性能，减小表面租糙度。,7.4 机械加工表面质量 影响表面粗糙度的因素,切削用量对表面粗糙度的影响,切削速度：在2050m/min时，表面粗糙度最大。因为此时容易出现积屑瘤和鳞刺 实际加工中，选择低速宽刀精切或高速精切，可使表面粗糙度明显减小。,进给量：较小进给量f，可降低表面粗糙度 背吃刀量：过小的背吃刀量将使刀具被加上表面上挤压和打滑。形成附加的塑性变形，会增大表面粗糙度值。,7.4 机械加工表面质量 影响表面粗糙度的因素,磨削加工中影响表面粗糙度的因素,磨削用量,砂轮,影响表面粗糙度的因素,工件材料,切削液和其他,7.4 机械加工表面质量 影响表面层物理

32、机械性能的因素,影响加工表面冷作硬化的因素,冷作硬化的概念： 切削过程中产生的塑性变形，会使表层金属的晶格发生扭曲、畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长，甚至破碎，这些都会使表层金属的硬度和强度提高，这种现象称作冷作硬化，亦称强化。,7.4 机械加工表面质量 影响表面层物理机械性能的因素,影响加工表面冷作硬化的因素,切削用量的影响：,7.4 机械加工表面质量 影响表面层物理机械性能的因素,影响加工表面冷作硬化的因素,刀具的影响 切削刀钝圆半径增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧，导致冷硬增强。 刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工表面的摩擦加剧，塑性变形增大，导致冷硬增强。,工件材料的影

33、响 被加工材料硬度愈低、塑性愈大，切削后的冷硬现象愈严重。有色金属的再结晶温度低，容易弱化，因此，切削有色合金工件时的冷硬倾向程度要比切削钢件时小。,7.4 机械加工表面质量 影响表面层金相组织的因素,表面层的金相组织变化： 加工表面温度超过相变温度时，表层金属的金相组织将会发生相变。 切削加工时，切削热大部分被切屑带走，因此影响较小，多数情况下，表层金属的金相组织没有质的变化。 磨削加工时，切除单位体积材料所需消耗的能量远大于切削加工，磨削加工所消耗的能量绝大部分要转化为热，磨削热传给工件，使加工表面层金属金相组织发生变化。,7.4 机械加工表面质量 影响表面层金相组织的因素,磨削烧伤： 当

34、被磨工件表面层温度达到相变温度以上时，表层金属发生金相组织的变化，使表层金属强度、硬度降低，并仆随有残余应力产生，甚至出现微观裂纹，称为磨削烧伤。 回火烧伤： 磨削区温度超过马氏体转变温度而未超过相变温度，则工件表面原来的马氏作组织将产生回火现象，转化成硬度降低的回火组织索氏体或托氏体。 淬火烧伤： 如果磨削区温度超过了相变温度，在切削液急冷作用下，使表层金属发生二次淬火，硬度高于原来的回火马氏体，里层金属则由于冷却速度慢，出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织 退火烧伤： 若工件表层温度超过相变温度，而磨削区又没有冷却液进入，表层金属产生退火组织，硬度急剧下降,7.4 机械加工表面质量 影

35、响表面层金相组织的因素,控制磨削烧伤有两个途径： 尽可能减少磨削热的产生； 改善冷却条件，尽量减少传人工件的热量。 具体措施： 正确选择砂轮 合理选择切削用量 改善冷却条件,7.4 机械加工表面质量 影响加工表面残余应力的因素,引起加工表面残余应力的原因： 表面层金属的冷态塑性变形 表面层金属的热态塑性变形 表面层金属金相组织的变化,7.5 机械加工过程中的振动 Vibrations in machining Process,7.5 机械加工过程中的振动,机械加工过程中产生的振动，是一种十分有害的现象： 刀具相对于工件振动会使加工表面产生波度，这将严重影响零件的使用性能。 刀具相对于工件振动，

36、使切削截面、切削角度等将随之发生周期性变化，工艺系统将承受动态载荷的作用，刀具易于磨损（有时甚至崩刃），机床的连接特性会受到破坏，严重时甚至使切削加工无法进行。 为了避免发生振动或减小振动，有时不得不降低切削用量，致使机床、刀具的工作性能得不到充分发挥，限制了生产效率的提高。 振动过程产生的噪声，造成环境污染，危害操作者的身心健康,7.5 机械加工过程中的振动 振动的分类,(1) 自由振动: 受一个初始干扰后, 工艺系统产生的振动 (2) 强迫振动: 受一个外激振力作用而产生的振动 (3) 自激振动: 能量来源于自身产生的一种振动,按振动性质不同来分,按自由度来分,(1) 单自由度系统振动 (

37、2) 多自由度系统振动,7.5 机械加工过程中的振动 强迫振动,强迫振动的概念 机械加工过程中的强迫振动是指在外界周期性干扰力的持续作用下，振动系统受迫产生的振动。 强迫振动的频率与干扰力的频率相同或是其整数倍；当干扰力的频率接近或等于工艺系统某一薄弱环节固有频率时，系统将产生共振。,7.5 机械加工过程中的振动 强迫振动,强迫振动的振源 机内振源： （1）机床高速旋转件的离心惯性力； （2）机床传动机构缺陷； （3）切削运动的间歇性； （4）往复运动部件的惯性力； 机外震源： 机床外部的震源，通过地基传给机床。,7.5 机械加工过程中的振动 查找振源的方法,诊断依据： 从强迫振动的产生原因和

38、特征可知, 强迫振动的频率与外界干扰力的频率相同(或它的整数倍). 强迫振动与外界干扰力在频率方面的对应关系是诊断机械加工振动是否属于强迫振动的主要依据. 可以采用频率分析方法, 对实际加工中的振动频率成分, 逐一进行诊断与判别.,7.5 机械加工过程中的振动 查找振源的方法,诊断步骤： (1)现场拾振 (2)频谱分析处理 (3)做环境试验、查找机外振源 (4)做空转试验、查找机内振源,7.5 机械加工过程中的振动 防止强迫振动的措施,减小及内外干扰力的幅值 整振源频率，使激振力的频率原理机床加工薄弱环节的固有频率 隔振，将振源隔离, 减轻振源对振动的影响 提高工艺系统的刚度和阻尼 采用减振装置: a.阻尼器 b.减振器,7.5 机械加工过程中的振动 自激振动,在机械加工过程中，在没有周期性外力（相对于切削过程而言）作用下，由系统内部激发反馈的周期性振动，称为自激振动，简称颤振。 自激振动具有以下特征： 机械加工中的自激振动是指在没有周期性外力干扰下产生的振动运动 自激振动是切削力的周期性变化反过来加强和维持这种振动的持续 维持自激振动的能量来自机床电动机 自激振动的频率接近于系统某一薄弱振型的固有频率 自激振动不因阻尼的存在而衰减,7.5 机械加工过程中的振动 控制振动的途径,减小或消除振源的激振力 提高工艺系统的刚度及阻尼 隔离振源 调节振源频率,