机械制造质量要点

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0.05～0.15mm。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：①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（硬度增加量与原基体硬度之比）进行考量。②表面层内残余应力的大小、方向及分布情况。③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Φ40h6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、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，ΦE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Φ40h6外圆时，内孔中心线即为定位基准。加工一个表面时，往往需要数个定位基准同时使用。如图1-11（b）所示的零件，加工ΦE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Φ40h6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