机械加工质量的控制

魔神

    

1. 加工精度 
    零件的加工质量是保证机械产品质量的基础。听见的加工质量包括零件的机械加工精度和加工表面质量是两大方面。 
    所谓机械加工精度是指零件加工后实际几何参数（尺寸、形状和表面间的相互位置）与理想几何参数的符合程度。符合程度越高，加工精度就越高。 
    加工误差是指加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状个表面间的相互位置）对理想几何参数的偏离程度。 
    加工精度和加工误差是从两个不同的角度来平定加工零件的集合参数的，加工精度的低和高就是通过加工误差的大和小来表示的。 
    零件的加工精度包含三方面的内容；尺寸精度、形状精度和位置精度，这三者之间是有联系的，通常形状公差应限制在位置公差之内，而位置误差也应限制在尺寸公差之内。当尺寸精度要求高时，相应的位置精度、形状精度也要求高。但形状精度要求高时，相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高，这要根据零件的功能要求来决定。 
    一般情况下，零件的加工精度越高则加工成本相对地越高，生产率则相对地越低。因此，设计人员应根据零件的使用要求，合理地规定零件的加工精度。工艺人员则应根据设计要求、生产条件等采取适当的工艺方法，以保证加工误差不超过容许范围，并在此前提下尽量提高生产率和降低成本。 
2.原始误差 
    机械加工时，机床、夹具、刀具和工件所构成的一个完整系统，称为工艺系统。加工误差的产生是由于在加工前和加工过程中，工艺系统存在许多误差因素，统称为原始误差。工艺系统的原始误差主要包括： 
    （1）原理误差：由于采用了近似的成形运动或近似的刀刃轮敦而产生的误差。 
    （2）调整误差：调整的作用主要是使刀具与工件之间达到正确的相对位置，由于调整不可能绝对准确，因而产生调整误差。工艺系统的调整有两种基本方式，即试切法和调整法。 
    但件小批生产中普遍采用试法加工，试切法加工时的调整误差、机床进给机构的位移误差和工艺系统的受力变形。在大批大量生产中，广泛采用调整法加工、调整法加工时的调整误差，除上述因素外，还与调整方法有关：当采用定程机构调整时，调整误差与定程机构（如行程挡块、靠模凸轮等）的制造误差、安装误差、磨损以及与它们配合的点、液、气动控制元件的灵敏度有关；当采用样件、样板、对刀块、导套等调整时，则与这些元件的制造、安装误差、磨损以及调整时的测量误差有关。   
    （3）装夹误差：为定位误差和夹紧误差之和。 
    （4）测量误差：与量具、量仪的测量原理、制造精度、测量条件（温度、湿度、清洁度、振动、测量力等）以及测量技术水平等有关的误差。 
    （5）夹具的制造误差与摩擦：系指夹具上定位元件、导向元件、对刀元件、分度机构、夹具体等的加工误差，夹具装配后以上各种元件工作面间的相对尺寸、位置误差、以及夹具在使用过程中工作表面的磨损。  |||
    （6）刀具的制造误差与摩擦：刀具对加工精度的影响，随刀具的种类不同而不同；采用定尺寸刀具（如钻头、铰刀、键槽铣刀、镗刀块及圆拉刀等）加工时，刀具的尺寸精度直接影响工件的尺寸精度；采用成形刀具（如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等）加工时，刀具的形状误差、安装误差将直接影响工件的形状精度；采用齿轮滚刀、花键滚刀、插齿刀等刀具展成加工时，刀具切削刃的几何形状及有关尺寸，也会直接影响加工精度；对于车刀、铣刀、镗刀等一般刀具，其制造精度对加工精度无直接影响、但刀具磨损后，也会影响工件的尺寸精度及形状精度。 
    （7）机床的制造：安装误差及磨损  机床误差是造成加工误差的主要原始误差因素。机床误差主要包括机床主轴回转误差、导轨导向误差、内联系转动链的传动误差以及主轴、导轨间的位置关系误差几个方面。 
    主轴回转误差是指主轴实际回转轴线对其理想回转轴线的漂移。主轴回转误差会造成零件加工表面的形位误差及表面的波纹度和粗糙度。 
    导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想方向的差值。对直线导轨而言，导轨导向误差是指机床导轨副的运动件实际运动方向与理想方向的差值。对直线导轨而言，导轨导向误差包括导轨在水面内和垂直面内的直线度误差，以及前后导轨的平行度误差。导轨导向误差会造成工件加工表面的尺寸、形状与位置误差，导轨副的不均匀磨损、机床安装不正确或地基不良，都会增加导向误差。 
    传动链的传动误差是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。它是螺纹、齿轮、蜗轮以及其他按展成原理加工时，影响加工精度的主要误差来源。 
    机床主轴、导轨间的文职关系误差（如平行度、垂直度），将使加工表面产生形状与位置误差。 
    （8）工艺系统受力变形，切削加工时、由机床、刀具、夹具个工件组成的工艺系统，在切削力、加紧力以及重力等的作用下，将产生相应的变形，使刀具和工件在静态下调整好的相互位置，以及切削成形所需要的正确集合关系发生变化、面造成加工误差。工艺系统抵抗变形的能力，可用刚度K来描述。所谓工艺系统的刚度，是指切削加工时，作用在工件加工表面上的法向分力Fy与刀具相对工件在该方向上位移y的比值。即：

    工艺系统刚度对加工精度的影响可以归结两个方面：  
    ①切削过程中，工艺系统的刚度会随切削力作用点位置的变化而变化，因此，使工艺系统受力变形亦随之变化，引起工件形状误差。  
    ②当毛坯形状误差较大或材料硬度很不均匀，工件加工时切削力的大小就会有较大变化，工艺系统的变形也就会随切削大小的变化面变化，因而引起工件加工误差，由于此时在工件上造成的加工误差的类型完全同于毛坯原有的形状位置误差类型，故称之为“误差复映”； 
    （9）工艺系统受热变形，机械加工中，工艺系统受到切削热、摩擦热、环境温度和辐射热的影响将产生变形，使工件和刀具间的正确相对位置遭到破坏，造成加工误差。热变形对加工精度的影响比较大，特别是在精密加工。大型零件加工和自动化加工中，热变形所引起的加工误差通常会占到工件加工总误差的40%~70%。 
    （10）残余应力重新分布引起的变形，残余应力也称内应力，是指在没有外力作用下或去除外力后工件内存留的应力，具有残余应力的零件处于一种不稳定的状态，它内部的组织有强烈的倾向要恢复到一个稳定的没有应力的状态，即使在常温下，零件也会不断地缓慢地进行这种变化，直到残余应力完全松弛为止。在这一过程中，零件将会翘曲变形，原有的加工精度会逐渐丧失。