机械制造质量要点

1、教学单元3 机械制造质量一、机械制造质量概述企业生产过程中，产品质量被视作企业的生命线。产品质量无论是对企业，还是对用户，甚至对一个国家都有着重要的影响。用现代的质量观念来看，产品的高质量是指产品在性能、可靠性、安全性、适应性、经济性、实时性等方面全面满足顾客需求，而要想实现产品的高质量，就应有相应的设计质量、制造质量及服务质量。其中，产品制造质量是非常关键的重要的一环。1、产品制造质量内涵产品制造质量一般是指产品达到设计者理解的功能，符合产品设计标准的程度。它往往取决于两个方面的因素：零件制造质量及产品装配质量。零件制造质量直接影响产品质量，同时亦影响着产品装配质量，因此，零件制造质量既是产品质量的核心又是基础。零件制造质量包含加工精度和表面质量两个方面，装配质量主要指装配精度。（1）加工精度 指零件加工后的尺寸、形状及各表面相互位置等参数的实际值与理想值相符合的程度，它们之间的偏离程度称为加工误差。加工精度的高低通过加工误差数值的大小表达，精度高、误差小；相反，误差越大，则精度越低。由于生产中各种因素的影响，即使是同一生产条件下的同一批零件，其加工结果不可能绝对准确和完全一致，即加

2、工误差不可避免。而从满足产品工作要求和使用性能的角度出发，零件也并不要求加工绝对准确，而是控制在零件设计和使用性能允许范围之内，这便是零件的“合格”。零件的加工精度包括尺寸精度（限制加工表面与其基准间尺寸误差不超过一定范围），几何形状精度（限制加工表面宏观几何形状误差，如圆度、圆柱度、平面度、直线度等），相互位置精度（限制加工表面与其基准间的相互位置误差，如平行度、垂直度、同轴度、位置度等）三方面。（2）表面质量 指零件经加工后表面层的几何结构和影响所及的与基体金属性能发生变异的状态。该表面层厚度一般只有0.050.15mm。表面质量包含表面的几何形状，表面层物理机械性能的变化以及表面层的其他物理机械性能的变化几方面。表面的几何形状特征由表面粗糙度和波度组成，见图1-9。零件表层的起伏与理想光滑平面的微观偏差为表面粗造度；介于宏观偏差（以加工精度表达）与微观偏差之间的为波度，波度一般由工艺系统的振动造成。图1-9 表面粗糙度和波度表面物理机械性能的变化主要由三个方面：表面层的冷作硬化，指加工后的表面层金属经塑性变形硬度提高的现象。生产中一般对其硬度、深化层的深度及表层硬化的程度（硬度增

3、加量与原基体硬度之比）进行考量。表面层内残余应力的大小、方向及分布情况。表面层金相组织的改变。表面层其他物理机械性能的变化主要指极限强度、导热性和导磁性等变化。2、基准的概念产品质量与产品的设计、制造质量密切相关，而从产品的设计到产品制造的多个环节都涉及到基准问题，所以，基准是机械制造中应用广泛且不可忽略的一个重要概念。基准指用来确定生产对象上几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线或面。根据性质的不同，基准有尺寸基准和位置基准两种，分别用于尺寸的标注和表面间相互位置的要求，根据作用的差异，基准又分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准指在设计图纸上用以确定零件间位置关系及自身结构所采用尺寸（或表面位置）的起始位置，它们可以是点，也可以是线或面。如图1-10（a）所示的钻套轴线O-O是各外圆表面及内孔的设计基准，端面A是端面B和端面C的设计基准，内孔表面D的轴心线是40h6外圆表面的径向跳动和端面B的端面跳动的设计基准。同样，图1-10（b）中的F面是C面和E面的设计基准，也是两孔垂直度和C面平行度的设计基准；A面为B面的距离尺寸及平行度设计基准。图1-10 基准分析示例作为设计基准的点

4、、线、面在工件上不一定具体存在，例如表面的几何中心、对称线、对称面等，而常常由某些具体表面来体现，这些具体表面称为基面。工艺基准指零件在工艺过程中所采用的基准。根据环节和作用的不同，工艺基准又有工序基准、定位基准、测量基准及装配基准之分。（1）工序基准 指在零件加工图（工序图）上用来确定本工序加工表面位置的基准。如图1-11（a）所示A为加工表面，母线至A面的距离h为工序尺寸，位置要求为A面对B面的平行度（没有标出则包括在h的尺寸公差内）。所以母线为本工序的工序基准。有时确定一个表面需要几个工序基准。如图1-11（b）所示，E孔为加工表面，要求其中心线与A面垂直，并与B面及C面保择距离L1，L2，因此表面A、表面B和表面C均为本工序的工序基准。图1-11 工序基准和工序尺寸（2）定位基准 指在加工用作工件定位的基准，是获得零件尺寸的直接基准，在加工中占有很重要的地位。加工中若采用未经机械加工的面作工件定位面，则该定位基准称粗基准；已加工过的表面作定位基准称精基准。例如，图1-10（a）所示的零件的内孔套在心轴上加工40h6外圆时，内孔中心线即为定位基准。加工一个表面时，往往需要数个定位

5、基准同时使用。如图1-11（b）所示的零件，加工E孔时，为保证对A面的垂直度，要用A面作为定位基准；为保证L1，L2的距离尺寸，用B、C面作为定位基准。作为定位基准的点线面在工件上不一定存在，但必须由相应的实际表面来体现。这些实际存在的表面称为定位基面。为定位的方便，专门设计（还有可能不在零件本体上）的定位基准称附加基准。如轴类零件上专为定位而设计的顶尖孔，航空发动机蜗轮叶片前端的“毛头”（叶片加工后被切除，见图1-12）便是典型的附加基准。图1-12 涡轮叶片（3）测量基准 指在加工中或加工后用来测量工件形状、位置和尺寸所用的基准。如图1-10（a）所示，以内孔套在心轴上去检验40h6外圆的径向跳动和端面B的端面跳动，内孔中心线为测量基准。（4）装配基准 指在装配时用来确定零件或部件在产品中相对位置的基准。如图1-11（b）所示的支撑块，底面F为装配基准。二、获得规定质量的方法获得零件的规定质量，可选择的加工方法很多，事实上，任何一种加工方法能获得的零件制造质量都有一个相当大的范围。高精度的获得往往会以高成本作代价，不适当的高精度要求及加工方法确定都会导致加工成本急剧上升。因此，对不

6、同加工方法达到的质量要求应在特定的基础上充分考虑加工的经济性。1、经济精度与经济粗糙度由大量的资料统计结果看，任何一种特定的加工方法，其加工误差与加工成本之间有着如图1-13所示的关系。即：若想获得较高的加工精度（小的加工误差）则加工成本则要加大；反之，若使加工成本降低，必然会带来误差的加大、精度的降低。并且，任何一种加工方法都存在一个不可再小的误差极限和成本极限。曲线的AB段明显表达了加工误差与加工成本间的对应关系。因此，该范围内精度范围便是该加工方法的经济精度范围。图1-13 加工误差与加工成本之间的关系所以，经济加工精度是在正常生产条件下（采用符合质量标准的设备、工装，标准的工人技术等级，合理的加工时间），某种加工方法所能达到的加工精度。同样，经济表面粗糙度亦是在正常生产条件下，某种加工方法所能保证的表面粗糙度范围。书中所提到的加工精度、表面粗糙度均指经济精度和经济粗糙度。生产中，各种典型表面的加工方法所能达到的经济精度和经济粗糙度等级，在相关机械加工工艺手册中均能查阅。2、获得规定尺寸精度的方法（1）试切法操作工人在每一次走刀前先对刀，然后通过试切测量调整再试切的循环反复过程，

7、直到被加工尺寸达到规定要求为止的加工方法称试切法。试切法不需要复杂的装置，但生产率较低，加工精度取决于操作者的技术水平，不稳定，通常只适用于单件小批生产。（2）调整法按规定的尺寸预先调整好刀具和工件在机床上的相对位置及进给行程，并在一批零件的加工过程中保持这个相对位置不变，从而自动获得所需尺寸精度。调整法又可分为静调整法和动调整法两类。静调整法指在不切削的情况下用对刀块、样件、行程挡块或凸轮来调整刀具位置。图1-14为在车床上用行程挡块来调整加工的情况。图1-14 在车床上用行程挡块来调整加工动调整法指按试切法加工一个或一组零件，试切合格，调整完毕。这种调整与静调整相比，考虑了加工中的影响因素，其精度会高于静调整法。调整法加工只对一批零件进行抽样检查，以助质量控制，生产率大大提高，但加工精度取决于调整过程中的测量、调整操作等因素，对工人技术水平要求较高。一般适用于大批大量生产。（3）定尺寸刀具法用具有一定尺寸精度的刀具来保证工件被加工部位尺寸。如钻孔、铰孔、拉孔和攻丝等。这种方法，通常应用于零件的内表面加工和批量生产。（4）主动测量法加工中，边加工边测量加工尺寸，达到加工要求时，立即停

8、止机床工作，这种方法称为主动测量法。图1-15为在外圆磨床上进行主动测量的情况。图1-15 主动测量法目前，主动测量法已采用在线检测及数字显示技术而实现适时控制，具有加工精度高、废品率低、质量稳定、生产率高的优点，主要用于大批量生产。（5）自动控制法利用测量装置、进给装置和控制系统，使工件在加工过程中，自动测量、进给、补偿，当工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。具体方法有自动测量和数字控制。这种方法在自动加工机床和生产自动线上广泛应用，生产率高工件的尺寸精度易于保证。3、获得形状精度的方法（1）轨迹法利用切削运动中刀具刀尖的运动轨迹形成工件被加工表面的形状，如工件外圆车削加工中，工件作旋转主运动，刀具作轴向进给运动，刀尖相对于工件的运动轨迹即形成了工件的外圆柱面。（2）成形法利用成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状，这种加工方法中，工件的形状精度与刀刃的形状精度和刀具的安装精度有关。（3）展成法利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成工件的加工表面。这种加工方法，工件的形状精度与机床展成运动中的传动链精度有关。（4）相切法指利用刀具旋转的轨迹切出工件形状的方法。

9、加工中，刀具与工件表面相切，切削刃运动轨迹的包络形成工件形状。此时，刀具尺寸及运动精度均影响工件形状精度。4、获得位置精度的方法机械加工中，零件表面的相互位置精度主要取决于在装夹中工件的定位方式按生产批量、加工精度的要求和工件大小，工件的安装方式主要有两种。（1）直接找正安装用划针、百分表等直接在机床上找正工件的位置。这种方法工件定位的精度高，但操作比较麻烦，生产的效率低，因此一般只适用于：形状比较简单的零件，采用直接找正安装，定位方便；生产批量较小，采用夹具不经济时，如单件小批生产的加工车间，修理、试制、工具车间等；工件定位精度要求较高，采用夹具不能保证精度时。（2）划线找正安装按用零件图的设计要求，采用划针、划规等划线工具，在毛坯上先画出中心线，对称线及各待加工表面的加工线，并打上样冲眼，然后按划好的线找正工件在机床上的正确位置。划线找正安装精度低又费时，而且对划线工的技术水平要求很高，因此一般只适用于：生产批量较小时；形状复杂，尺寸、重量都很大的工件，如机床的床身加工，通常都是先在加工位置划好线，然后按划线找正、加工；毛坯尺寸公差很大，表面很粗糙，一般无法使用夹具时。（3）夹具安装指通过夹具确定工件在机床上的位置。采用夹具安装工件，可获得稳定的位置精度（一般为0.01mm），操作方便，生产率高。但专用夹具设计、制造费用高，周期长，主要适用于批量生产。5、获得表面质量的方法零件的表面通过加工而得，采用得加工方法不同，所达到的表面质量不同。各种加工方法均有不同特点，因此，欲获得规定的表面质量，应在分析零件工艺要求、了解生产中加工方法特点的基础上，合理选择零件表面终加工方法及预加工方法。为提高零件表面质量，还可采用表面强化工艺。

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