汽车制造工艺学7.ppt

1、第第7章机械加工质量分析章机械加工质量分析123 37.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念7.2工艺系统几何误差与控制工艺系统几何误差与控制7.3工艺系统受力变形误差及其控制工艺系统受力变形误差及其控制返回3 47.4工艺系统热变形误差与控制工艺系统热变形误差与控制3 57.5影响表面质量的因素及其控制影响表面质量的因素及其控制7.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 汽车产品制造质量包括零件制造质量和装配质量两方面内容，零件机汽车产品制造质量包括零件制造质量和装配质量两方面内容，零件机械加工质量是保证产品质量的基础。机械加工质量包括加工几何精度与械加工质量是保证产品质量

2、的基础。机械加工质量包括加工几何精度与表面加工质量。加工几何精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。表表面加工质量。加工几何精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。表面质量包括表面几何形状精度和缺陷层等，如面质量包括表面几何形状精度和缺陷层等，如图图7一一1所示所示 零件加工精度是指零件实际几何参数与设计几何参数的接近程度。加零件加工精度是指零件实际几何参数与设计几何参数的接近程度。加工误差是指零件实际几何参数与偏离设计几何参数的数值大小。加工精工误差是指零件实际几何参数与偏离设计几何参数的数值大小。加工精度用公差等级衡量，其等级数越低则精度越高。加工误差用数值表示，度用公差等级衡量，其等级数越低

3、则精度越高。加工误差用数值表示，误差值越大则精度越低。误差值越大则精度越低。一般情况下，零件加工精度越高时，加工成本相对越高，生产效率则一般情况下，零件加工精度越高时，加工成本相对越高，生产效率则越低。越低。加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。三者关系如下加工精度包括尺寸精度、形状精度和相互位置精度。三者关系如下:表面形状误差二尺寸公差伊表面形状误差二尺寸公差伊(30%50%),表面位置误差表面位置误差“尺寸公差尺寸公差x(65%一一85%)。由此可知，形状公差应该限制在位置公差之内。由此可知，形状公差应该限制在位置公差之内;位置公差位置公差应限制在尺寸公差之内。尺寸精度越高时，形状

4、和位置精度越高。应限制在尺寸公差之内。尺寸精度越高时，形状和位置精度越高。下一页返回7.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 表面质量指零件表面的几何特征和表面层的物理、力学性能。表面的表面质量指零件表面的几何特征和表面层的物理、力学性能。表面的几何特征包括表面粗糙度和波度。物理力学性能包括塑性变形、组织变几何特征包括表面粗糙度和波度。物理力学性能包括塑性变形、组织变化和表层金属中的残余内应力。化和表层金属中的残余内应力。1.加工表面几何形状加工表面几何形状 机械加工后的表面几何形状总是以机械加工后的表面几何形状总是以“峰峰”“谷谷”交替形式出现。交替形式出现。表面粗糙度是指加工表面

5、的微观几何形状误差。国家标准规定表面粗糙度是指加工表面的微观几何形状误差。国家标准规定:表面表面粗糙度用在一定长度内粗糙度用在一定长度内(称为基本长度称为基本长度)轮廓的算术平均偏差值轮廓的算术平均偏差值Ra或轮廓或轮廓最大高度最大高度R:作为评定指标。作为评定指标。表面波度是介于宏观几何形状与微观几何形状误差之间的周期性几何表面波度是介于宏观几何形状与微观几何形状误差之间的周期性几何形状误差。形状误差。LlH=50-1 000，则称为表面波度。表面波度通常是由加工过，则称为表面波度。表面波度通常是由加工过程中工艺系统的低频振动所引起的。程中工艺系统的低频振动所引起的。上一页 下一页返回7.1

6、机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 2.加工表面层物理力学性能变化加工表面层物理力学性能变化 材料的表面层在加工时会产生物理、力学和化学性质的变化，常常在材料的表面层在加工时会产生物理、力学和化学性质的变化，常常在最外层生成氧化膜或其他化合物并吸收、渗进气体粒子，此称之为吸附最外层生成氧化膜或其他化合物并吸收、渗进气体粒子，此称之为吸附层。层。在加工过程中由切削力造成的材料表面为压缩区，将形成塑性变形区在加工过程中由切削力造成的材料表面为压缩区，将形成塑性变形区域，厚度约在几十至几百微米之内，并随加工方法的不同而改变。压缩域，厚度约在几十至几百微米之内，并随加工方法的不同而改变。压缩

7、区上部为纤维层，由被加工材料与刀具间的摩擦所造成。另外，切削热区上部为纤维层，由被加工材料与刀具间的摩擦所造成。另外，切削热也会使材料表层产生如同淬火、回火一样的相变以及晶粒大小的改变等。也会使材料表层产生如同淬火、回火一样的相变以及晶粒大小的改变等。上一页 下一页返回7.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念表面层的物理力学性能不同于基体，其主要表现为以下三方面表面层的物理力学性能不同于基体，其主要表现为以下三方面:(1)表层发生冷作硬化表层发生冷作硬化 其表层产生冷作硬化的原因在于工件在机械加工过程中，表层受力产其表层产生冷作硬化的原因在于工件在机械加工过程中，表层受力产生塑性变形

8、，使其内部晶体发生剪切滑移，晶格扭曲、晶粒拉长或破碎生塑性变形，使其内部晶体发生剪切滑移，晶格扭曲、晶粒拉长或破碎甚至纤维化，使表层材料的强度和硬度提高，这种现象称为表面冷作硬甚至纤维化，使表层材料的强度和硬度提高，这种现象称为表面冷作硬化。化。(2)表层形成残余应力表层形成残余应力 在切削特别是在磨削加工中，由于切削变形和切削热的影响，导致材在切削特别是在磨削加工中，由于切削变形和切削热的影响，导致材料表层与内部基体材料间因热胀冷缩不同而处于相互牵制、平衡的弹性料表层与内部基体材料间因热胀冷缩不同而处于相互牵制、平衡的弹性应力状态，从而形成残余应力。应力状态，从而形成残余应力。(3)表层金相

9、组织的可能变化表层金相组织的可能变化 在机械加工特别是磨削加工中，由于切削热的集中，使得材料表面产在机械加工特别是磨削加工中，由于切削热的集中，使得材料表面产生高温，促使其发生不同程度的金相组织和性能改变。生高温，促使其发生不同程度的金相组织和性能改变。上一页 下一页返回7.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 工件、刀具、机床和夹具四要素组成了机械加工工艺系统。机械加工工件、刀具、机床和夹具四要素组成了机械加工工艺系统。机械加工工艺系统中产生的误差称为原始误差。工艺系统误差来源于机械制造系工艺系统中产生的误差称为原始误差。工艺系统误差来源于机械制造系统。机械制造系统的组成包括施行方

10、法、机械实体和切削过程三大部分。统。机械制造系统的组成包括施行方法、机械实体和切削过程三大部分。1.按时间顺序产生的原始误差按时间顺序产生的原始误差 (1)加工前误差加工前误差 加工前误差包括原理误差、加工误差加工前误差包括原理误差、加工误差(装夹误差、调整误差装夹误差、调整误差)、机床误、机床误差、工装误差和毛坯误差。差、工装误差和毛坯误差。上一页 下一页返回7.1机械加工质量的基本概念机械加工质量的基本概念 (2)加工过程误差加工过程误差 加工过程误差包括工艺系统受力变形误差、工艺系统热变形误差和刀加工过程误差包括工艺系统受力变形误差、工艺系统热变形误差和刀具磨损误差。具磨损误差。(3)加

11、工后误差加工后误差 加工后误差包括内应力变形和测量误差。加工后误差包括内应力变形和测量误差。2.按影响因素分类的工艺系统误差按影响因素分类的工艺系统误差 工艺系统几何误差。工艺系统几何误差。工艺系统受力变形误差。工艺系统受力变形误差。工艺系统热变形误差。工艺系统热变形误差。下节按以上三个方面，逐一展开分析讨论工艺系统的误差以及应该采下节按以上三个方面，逐一展开分析讨论工艺系统的误差以及应该采取的对应措施取的对应措施上一页返回7.2工艺系统几何误差与控制工艺系统几何误差与控制加工原理误差是指采用近似成形运动或近似刀刃轮廓进行加工而产生的加工原理误差是指采用近似成形运动或近似刀刃轮廓进行加工而产生

12、的误差。实际上绝大多数加工均采用近似成形运动与近似刀刃轮廓。如误差。实际上绝大多数加工均采用近似成形运动与近似刀刃轮廓。如图图7-2所示，滚刀滚切渐开线齿面时的齿形误差就是加工原理误差，这是所示，滚刀滚切渐开线齿面时的齿形误差就是加工原理误差，这是因为滚刀是由有限个非光滑渐开线切削刃所包络而形成的近似刀刃轮廓。因为滚刀是由有限个非光滑渐开线切削刃所包络而形成的近似刀刃轮廓。用三坐标数控铣床加工复杂曲面时，采用的也是近似刀具轮廓，其所形用三坐标数控铣床加工复杂曲面时，采用的也是近似刀具轮廓，其所形成的误差亦属于加工原理误差。成的误差亦属于加工原理误差。采用近似成形运动或近似刀刃轮廓的好处是能够简

13、化机床结构或刀具采用近似成形运动或近似刀刃轮廓的好处是能够简化机床结构或刀具形状，提高生产效率。当加工误差不超过形状，提高生产效率。当加工误差不超过10%一一15%公差值时，一般可公差值时，一般可满足生产要求。有时因机床结构或刀具形状的简化可使近似加工的精度满足生产要求。有时因机床结构或刀具形状的简化可使近似加工的精度比使用准确切削刃轮廓及准确成形运动进行加工所得到的精度还要高。比使用准确切削刃轮廓及准确成形运动进行加工所得到的精度还要高。因此，在生产中，存在一定加工原理误差的加工方法仍在广泛使用。因此，在生产中，存在一定加工原理误差的加工方法仍在广泛使用。下一页返回7.2工艺系统几何误差与控

14、制工艺系统几何误差与控制 在零件加工的每一道工序中对机床、夹具和刀具进行调整，在零件加工的每一道工序中对机床、夹具和刀具进行调整，1.试切调整法试切调整法 试切调整法的工作顺序是试切调整法的工作顺序是:寸一比较，按差值重复上述过程寸一比较，按差值重复上述过程切削整个表面，如切削整个表面，如图图7一一3所示。所示。2.按定程机构调整，为了获得被加工表面的合格形状、尺寸和位置精按定程机构调整，为了获得被加工表面的合格形状、尺寸和位置精度，必须但采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来一些原始度，必须但采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来一些原始误差，这就是调整误差。误差，这就是调整误差

15、。初调刀具位置一试切一测量尺，当达到所要求的尺寸后，再定程机构包初调刀具位置一试切一测量尺，当达到所要求的尺寸后，再定程机构包括行程挡块、靠模和凸轮等括行程挡块、靠模和凸轮等;调整块备有限位块、对刀块限位块可保证工调整块备有限位块、对刀块限位块可保证工件定位准确和刀具位移准确件定位准确和刀具位移准确;用对刀块对刀调整，将使刀具与工件处于相用对刀块对刀调整，将使刀具与工件处于相对理想位置，如对理想位置，如图图7-4所示。钻套也属于一种限位块，钻套可确定钻头所示。钻套也属于一种限位块，钻套可确定钻头的位置，如的位置，如图图7一一5所示所示上一页 下一页返回7.2工艺系统几何误差与控制工艺系统几何误

16、差与控制 3.按样件或样板调整按样件或样板调整 在大批大量生产中常采用多刀加工，往往通过样件来调整切削刃间的在大批大量生产中常采用多刀加工，往往通过样件来调整切削刃间的相对位置。相对位置。4.在线调整在线调整 在线调整实际上包括在线测量工件尺寸并及时调整刀具进给量。这种在线调整实际上包括在线测量工件尺寸并及时调整刀具进给量。这种方法适用于高精度零件加工。测量、调整和切削等机构可以综合为相互方法适用于高精度零件加工。测量、调整和切削等机构可以综合为相互联系、协调的自动化系统，如联系、协调的自动化系统，如图图7-6所所示。示。必须指出，采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来一些原始必须指出，采用任何调整方法及使用任何调整工具都难免带来一些原始误差。比如，用试切法调整会存在测量误差、进给机构的位移误差以及误差。比如，用试切法调整会存在测量误差、进给机构的位移误差以及受到最小极限切削厚度的影响受到最小极限切削厚度的影响;用调整法调整将必然存在定程机构误差，用调整法调整将必然存在定程机构误差，样板或样件调整时的样板或样件的误差等。样板或样件调整时的样板或样件的误差等。表表7一一1集中了调整