4切削加工的质量分析

第四章切削加工的质量分析零件的加工质量包括加工精度和表面质量两个方面。一、加工精度加工精度是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。实际几何参数与理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。加工误差越小，加工精度越高。1．加工精度的内容(1)尺寸精度。尺寸精度是加工后零件的实际尺寸与理想尺寸的符合程度。理想尺寸是指所标注尺寸的公差带中心值。(2)形状精度。形状精度是加工后零件表面实际测得的形状和理想形状的符合程度。理想形状是指几何意义上的绝对正确的平面、圆柱面等表面。(3)位置精度。位置精度是加工后零件各表面相互之间的实际位置和理想位置的符合程度。理想位置是指几何意义上的绝对地平行、垂直、同轴和绝对准确的角度关系等。零件表面的尺寸、形状和位置精度是有联系的，一般形状精度应比位置精度高，位置精度的公差应小于其尺寸公差值。2．影响加工精度的主要因素(1)机床误差。机床几何精度的误差会影响加工精度，如主轴轴承的径向和轴向间隙太大，使主轴产生径向偏让、摆动和轴向窜动；工作台导轨的直线度不准及间隙太大，使工作台的运动几何精度有误差并产生晃动，以及工作台台面的平面度误差等，对加工精度都有很大影响。(2)工艺系统中弹性变形所引起的误差。工艺系统中的机床、刀具、夹具和工件等，在受到切削力和夹紧力时，都要产生弹性变形。在加工过程中，工艺系统弹性变形所引起的加工误差，对加工精度有着重大的、有时是决定性的影响。(3)夹具、刀具及量具的误差。此类误差是指夹具、刀具和量具在制造时本身已存在的误差，及其在使用过程中，由于磨损使精度降低而产生的误差。(4)理论误差。用近似的加工方法和形状近似的刀具加工而产生的误差，称为理论误差。如用滚齿刀滚齿时，由于刀齿间断地切削齿面，所切出的齿形，实质上是由许多短线段所组成的近似渐开线的折线，而不是一条光滑的渐开线。滚刀的齿数越少，组成折线的直线越长，精度就越差。因此，用大直径密齿的滚齿刀加工能提高加工精度。在铣床上用仿形法铣齿时，由于铣刀的规格受到限制，所以在理论上也会产生误差。(5)装夹误差。装夹误差是工件在夹具中装夹时所产生的定位误差和夹紧误差，包括基准不重合，工件的定位基准精度不够，以及工件与夹具的基准不贴合，夹具的制造安装误差等。(6)温度所引起的误差。在切削过程中，由于切削热等因素使工艺系统温度升高而产生膨胀，在加工以后，工件因温度降低而产生收缩，这样也会影响加工精度。切削过程中应减少切削热，从切削热源考虑，应减少切削力和摩擦，从切削热传出考虑，应施加充分的切削液，以降低切削热和减少摩擦。因此，在精加工时，一方面要充分使用切削液：另一方面一定要等工件冷却到接近室温时再测量，以及采用恒温装置等。否则，不可能获得准确的尺寸和形状。(7)内应力所引起的误差。所谓内应力，是指在工件外部载荷去除的情况下，仍然残存在工件内部的应力。工件产生的内应力主要来源于热加工和冷加工，如毛坯制造时的内应力，切削加工引起的内应力，冷校直、挤压、喷丸带来的内应力等。在通常情况下．具有内应力的零件往往处于一种不稳定的组织状态，并强烈倾向要恢复到一个没有内应力的稳定状态，即使在常温下，零件也在不断地进行这种变化，直到内应力消失为止，这便是“时效”过程。在这种变化过程中，零件的形状也随之变化，使零件原有的加工精度发生变化。(8)其他误差。在操作过程中，因调整不当或用力不当和视差等，也会产生误差，从而影响加工精度。二、表面质量切削加工获得的表面，其质量主要表现在表面粗糙度和表面的力学性能两个方面。1．影响表面粗糙度的因素(1)残留面积。在切削加工中，影响表面粗糙度的几何因素，主要是刀具相对于工件做进给运动时，在加工表面遗留下来的切削层残留面积。残留面积越大，·表面越粗糙。残留面积的大小，与切削速度、进给量、刀尖形状(如刀尖圆弧半径、有过渡刃和修光刃与否)及主、副偏角的大小有关。此外，还与刀刃本身的表面粗糙度有关。(2)积屑瘤。积屑瘤的长大和脱落，积屑瘤的形状不规则，在加工表面会刻划出一些深浅和宽度不同的沟纹，积屑瘤粘附在加工表面会形成鳞片状毛刺，这些均影响表面粗糙度。(3)刀具磨损。刀具磨损后，刃口钝化，后刀面靠近刃口处呈残缺状态，则加工出的表面比较粗糙。另外，钝化的刀具的后刀面与加工表面之间摩擦很严重，也会使表面粗糙度值增大。(4)其他因素。在低速或中速切削塑性材料时，容易产生鳞刺。尤其在加工韧性好、硬度低及材质差的材料时，更易产生鳞刺。另外，在切削过程中产生的振动，以及切削液使用不当等，均会使加工面的表面粗糙度增大。2．影响表面力学性能的主要因素(1)加工硬化。切削过的表面一般都会产生程度不同的冷硬现象，使加工面的表层产生加工硬化。(2)残余应力。在切削过程中，刀刃和后刀面对已加工面的挤压和摩擦会产生应力；切削热使表层和工件内部温度有很大差值，由热变形而产生应力；当切削温度较高时，表层将产生相变，使体积发生变化而产生内应力。(3)其他因素。由于表层材料产生相变而使硬度和强度发生变化。在切削温度高时，加工表面可能产生氧化层而使性能降低，以及由于内应力存在而引起表面产生细小裂纹，从而影响疲劳强度。3．表面质量对零件使用性能的影响表面粗糙度将影响零件的耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳性(与应力综合影响)以及零件的配合性能。