機械制造質量要點

1、教學單元3 機械制造質量一、機械制造質量概述企業(yè)生產過程中，產品質量被視作企業(yè)的生命線。產品質量無論是對企業(yè)，還是對用戶，甚至對一個國家都有著重要的影響。用現(xiàn)代的質量觀念來看，產品的高質量是指產品在性能、可靠性、安全性、適應性、經濟性、實時性等方面全面滿足顧客需求，而要想實現(xiàn)產品的高質量，就應有相應的設計質量、制造質量及服務質量。其中，產品制造質量是非常關鍵的重要的一環(huán)。1、產品制造質量內涵產品制造質量一般是指產品達到設計者理解的功能，符合產品設計標準的程度。它往往取決于兩個方面的因素：零件制造質量及產品裝配質量。零件制造質量直接影響產品質量，同時亦影響著產品裝配質量，因此，零件制造質量既是產

2、品質量的核心又是基礎。零件制造質量包含加工精度和表面質量兩個方面，裝配質量主要指裝配精度。（1）加工精度 指零件加工后的尺寸、形狀及各表面相互位置等參數(shù)的實際值與理想值相符合的程度，它們之間的偏離程度稱為加工誤差。加工精度的高低通過加工誤差數(shù)值的大小表達，精度高、誤差??；相反，誤差越大，則精度越低。由于生產中各種因素的影響，即使是同一生產條件下的同一批零件，其加工結果不可能絕對準確和完全一致，即加工誤差不可避免。而從滿足產品工作要求和使用性能的角度出發(fā)，零件也并不要求加工絕對準確，而是控制在零件設計和使用性能允許范圍之內，這便是零件的“合格”。零件的加工精度包括尺寸精度（限制加工表面與其基準間

3、尺寸誤差不超過一定范圍），幾何形狀精度（限制加工表面宏觀幾何形狀誤差，如圓度、圓柱度、平面度、直線度等），相互位置精度（限制加工表面與其基準間的相互位置誤差，如平行度、垂直度、同軸度、位置度等）三方面。（2）表面質量 指零件經加工后表面層的幾何結構和影響所及的與基體金屬性能發(fā)生變異的狀態(tài)。該表面層厚度一般只有0.050.15mm。表面質量包含表面的幾何形狀，表面層物理機械性能的變化以及表面層的其他物理機械性能的變化幾方面。表面的幾何形狀特征由表面粗糙度和波度組成，見圖1-9。零件表層的起伏與理想光滑平面的微觀偏差為表面粗造度；介于宏觀偏差（以加工精度表達）與微觀偏差之間的為波度，波度一般由工藝

4、系統(tǒng)的振動造成。圖1-9 表面粗糙度和波度表面物理機械性能的變化主要由三個方面：表面層的冷作硬化，指加工后的表面層金屬經塑性變形硬度提高的現(xiàn)象。生產中一般對其硬度、深化層的深度及表層硬化的程度（硬度增加量與原基體硬度之比）進行考量。表面層內殘余應力的大小、方向及分布情況。表面層金相組織的改變。表面層其他物理機械性能的變化主要指極限強度、導熱性和導磁性等變化。2、基準的概念產品質量與產品的設計、制造質量密切相關，而從產品的設計到產品制造的多個環(huán)節(jié)都涉及到基準問題，所以，基準是機械制造中應用廣泛且不可忽略的一個重要概念?；鶞手赣脕泶_定生產對象上幾何要素之間的幾何關系所依據的那些點、線或面。根據性質

5、的不同，基準有尺寸基準和位置基準兩種，分別用于尺寸的標注和表面間相互位置的要求，根據作用的差異，基準又分為設計基準和工藝基準兩大類。設計基準指在設計圖紙上用以確定零件間位置關系及自身結構所采用尺寸（或表面位置）的起始位置，它們可以是點，也可以是線或面。如圖1-10（a）所示的鉆套軸線O-O是各外圓表面及內孔的設計基準，端面A是端面B和端面C的設計基準，內孔表面D的軸心線是40h6外圓表面的徑向跳動和端面B的端面跳動的設計基準。同樣，圖1-10（b）中的F面是C面和E面的設計基準，也是兩孔垂直度和C面平行度的設計基準；A面為B面的距離尺寸及平行度設計基準。圖1-10 基準分析示例作為設計基準的點

6、、線、面在工件上不一定具體存在，例如表面的幾何中心、對稱線、對稱面等，而常常由某些具體表面來體現(xiàn)，這些具體表面稱為基面。工藝基準指零件在工藝過程中所采用的基準。根據環(huán)節(jié)和作用的不同，工藝基準又有工序基準、定位基準、測量基準及裝配基準之分。（1）工序基準 指在零件加工圖（工序圖）上用來確定本工序加工表面位置的基準。如圖1-11（a）所示A為加工表面，母線至A面的距離h為工序尺寸，位置要求為A面對B面的平行度（沒有標出則包括在h的尺寸公差內）。所以母線為本工序的工序基準。有時確定一個表面需要幾個工序基準。如圖1-11（b）所示，E孔為加工表面，要求其中心線與A面垂直，并與B面及C面保擇距離L1，L

7、2，因此表面A、表面B和表面C均為本工序的工序基準。圖1-11 工序基準和工序尺寸（2）定位基準 指在加工用作工件定位的基準，是獲得零件尺寸的直接基準，在加工中占有很重要的地位。加工中若采用未經機械加工的面作工件定位面，則該定位基準稱粗基準；已加工過的表面作定位基準稱精基準。例如，圖1-10（a）所示的零件的內孔套在心軸上加工40h6外圓時，內孔中心線即為定位基準。加工一個表面時，往往需要數(shù)個定位基準同時使用。如圖1-11（b）所示的零件，加工E孔時，為保證對A面的垂直度，要用A面作為定位基準；為保證L1，L2的距離尺寸，用B、C面作為定位基準。作為定位基準的點線面在工件上不一定存在，但必須由

8、相應的實際表面來體現(xiàn)。這些實際存在的表面稱為定位基面。為定位的方便，專門設計（還有可能不在零件本體上）的定位基準稱附加基準。如軸類零件上專為定位而設計的頂尖孔，航空發(fā)動機蝸輪葉片前端的“毛頭”（葉片加工后被切除，見圖1-12）便是典型的附加基準。圖1-12 渦輪葉片（3）測量基準 指在加工中或加工后用來測量工件形狀、位置和尺寸所用的基準。如圖1-10（a）所示，以內孔套在心軸上去檢驗40h6外圓的徑向跳動和端面B的端面跳動，內孔中心線為測量基準。（4）裝配基準 指在裝配時用來確定零件或部件在產品中相對位置的基準。如圖1-11（b）所示的支撐塊，底面F為裝配基準。二、獲得規(guī)定質量的方法獲得零件的

9、規(guī)定質量，可選擇的加工方法很多，事實上，任何一種加工方法能獲得的零件制造質量都有一個相當大的范圍。高精度的獲得往往會以高成本作代價，不適當?shù)母呔纫蠹凹庸し椒ù_定都會導致加工成本急劇上升。因此，對不同加工方法達到的質量要求應在特定的基礎上充分考慮加工的經濟性。1、經濟精度與經濟粗糙度由大量的資料統(tǒng)計結果看，任何一種特定的加工方法，其加工誤差與加工成本之間有著如圖1-13所示的關系。即：若想獲得較高的加工精度（小的加工誤差）則加工成本則要加大；反之，若使加工成本降低，必然會帶來誤差的加大、精度的降低。并且，任何一種加工方法都存在一個不可再小的誤差極限和成本極限。曲線的AB段明顯表達了加工誤差與

10、加工成本間的對應關系。因此，該范圍內精度范圍便是該加工方法的經濟精度范圍。圖1-13 加工誤差與加工成本之間的關系所以，經濟加工精度是在正常生產條件下（采用符合質量標準的設備、工裝，標準的工人技術等級，合理的加工時間），某種加工方法所能達到的加工精度。同樣，經濟表面粗糙度亦是在正常生產條件下，某種加工方法所能保證的表面粗糙度范圍。書中所提到的加工精度、表面粗糙度均指經濟精度和經濟粗糙度。生產中，各種典型表面的加工方法所能達到的經濟精度和經濟粗糙度等級，在相關機械加工工藝手冊中均能查閱。2、獲得規(guī)定尺寸精度的方法（1）試切法操作工人在每一次走刀前先對刀，然后通過試切測量調整再試切的循環(huán)反復過程，

11、直到被加工尺寸達到規(guī)定要求為止的加工方法稱試切法。試切法不需要復雜的裝置，但生產率較低，加工精度取決于操作者的技術水平，不穩(wěn)定，通常只適用于單件小批生產。（2）調整法按規(guī)定的尺寸預先調整好刀具和工件在機床上的相對位置及進給行程，并在一批零件的加工過程中保持這個相對位置不變，從而自動獲得所需尺寸精度。調整法又可分為靜調整法和動調整法兩類。靜調整法指在不切削的情況下用對刀塊、樣件、行程擋塊或凸輪來調整刀具位置。圖1-14為在車床上用行程擋塊來調整加工的情況。圖1-14 在車床上用行程擋塊來調整加工動調整法指按試切法加工一個或一組零件，試切合格，調整完畢。這種調整與靜調整相比，考慮了加工中的影響因素

12、，其精度會高于靜調整法。調整法加工只對一批零件進行抽樣檢查，以助質量控制，生產率大大提高，但加工精度取決于調整過程中的測量、調整操作等因素，對工人技術水平要求較高。一般適用于大批大量生產。（3）定尺寸刀具法用具有一定尺寸精度的刀具來保證工件被加工部位尺寸。如鉆孔、鉸孔、拉孔和攻絲等。這種方法，通常應用于零件的內表面加工和批量生產。（4）主動測量法加工中，邊加工邊測量加工尺寸，達到加工要求時，立即停止機床工作，這種方法稱為主動測量法。圖1-15為在外圓磨床上進行主動測量的情況。圖1-15 主動測量法目前，主動測量法已采用在線檢測及數(shù)字顯示技術而實現(xiàn)適時控制，具有加工精度高、廢品率低、質量穩(wěn)定、生

13、產率高的優(yōu)點，主要用于大批量生產。（5）自動控制法利用測量裝置、進給裝置和控制系統(tǒng)，使工件在加工過程中，自動測量、進給、補償，當工件達到要求的尺寸時，自動停止加工。具體方法有自動測量和數(shù)字控制。這種方法在自動加工機床和生產自動線上廣泛應用，生產率高工件的尺寸精度易于保證。3、獲得形狀精度的方法（1）軌跡法利用切削運動中刀具刀尖的運動軌跡形成工件被加工表面的形狀，如工件外圓車削加工中，工件作旋轉主運動，刀具作軸向進給運動，刀尖相對于工件的運動軌跡即形成了工件的外圓柱面。（2）成形法利用成形刀具刀刃的幾何形狀切削出工件的形狀，這種加工方法中，工件的形狀精度與刀刃的形狀精度和刀具的安裝精度有關。（3

14、）展成法利用刀具和工件作展成切削運動時，刀刃在被加工表面上的包絡面形成工件的加工表面。這種加工方法，工件的形狀精度與機床展成運動中的傳動鏈精度有關。（4）相切法指利用刀具旋轉的軌跡切出工件形狀的方法。加工中，刀具與工件表面相切，切削刃運動軌跡的包絡形成工件形狀。此時，刀具尺寸及運動精度均影響工件形狀精度。4、獲得位置精度的方法機械加工中，零件表面的相互位置精度主要取決于在裝夾中工件的定位方式按生產批量、加工精度的要求和工件大小，工件的安裝方式主要有兩種。（1）直接找正安裝用劃針、百分表等直接在機床上找正工件的位置。這種方法工件定位的精度高，但操作比較麻煩，生產的效率低，因此一般只適用于：形狀比較簡單的零件，采用直接找正安裝，定位方便；生產批量較小，采用夾具不經濟時，如單件小批生產的加工車間，修理、試制、工具車間等；工件定位精度要求較高，采用夾具不能保證精度時。（2）劃線找正安裝按用零件圖的設計要求，采用劃針、劃規(guī)等劃線工具，在毛坯上先畫出中心線，對稱線及各待加工表面的加工線，并打上樣沖眼，然后按劃好的線找正工件在機床上的正確位置。劃線找正安裝精度低又費時，而且對劃線工的技術水平要求很高，因此一般只適用于：生產批量較小時；形狀復雜，尺寸、重量都很大的工件，如機床的床身加工，通常都是先在加工位置劃好線，然后按劃線找正、加工；毛坯尺寸公差很大，表面很粗糙，一般無法使用