第二节 机械加工精度-“1+X证书”制度下的数控加工理论与实践

夹次数及周转时间也大大减少了，从而使零件的加工精度和生产效率有了较大的提高。 （五）需计量的尺寸和精度要求增多 在传统加工工艺下，工件的许多位置尺寸精度是靠专用夹具、钻模等保证的，而夹具和钻 模是通过定期检测来反复确认它们是否能满足工艺要求的，因此，加工过程中，工件的这些位 置尺寸和精度是不需计量检测的。 但在数控加工工艺中，绝大多数位置尺寸和精度要求都是 靠机床的功能和定位精度来保证的，需通过检测计量来确认，以决定加工程序乃至工艺方案 的修改。 所以，数控加工工艺规程中增加了较多需计量、检测的尺寸和形位公差。 （六）采用多坐标联动自动控制加工复杂表面 对于一般简单表面的加工方法，数控加工与普通机床加工无太大的差别。 但是对于一些 复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工与普通机床加工有着根本不同的加工方 法。 例如对于曲线和曲面的加工，普通加工是用划线、样板、靠模、钳工、成型加工等方法进行 的，不仅生产效率低，而且还难以保证加工质量，而数控加工则采用多坐标联动自动控制加工 的方法，其加工质量和生产效率是普通机床加工方法无法比拟的。 （七）数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产 由于数控加工的自动化程度高，安全和质量是至关重要的。 数控加工工艺必须经过验证 才能用于指导生产。 在普通机械加工中，工艺员编写的工艺文件可以直接下到生产线用于指 导生产，一般不需要上述复杂过程。 第二节　 机械加工精度 一、机械加工精度的含义 机械加工精度是指零件加工完成后的实际几何参数（尺寸、几何形状和相互位置）与理想 几何参数相符合的程度。 理想的几何参数，对尺寸而言，就是平均尺寸；对表面几何形状而 言，就是绝对的圆、圆柱、平面、锥面和直线等；对表面之间的相互位置而言，就是绝对的平行、 垂直、同轴、对称等。 零件加工完成后的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 的大小反映了加工精度的高低。 加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的术语。 加工精度的高低用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大， 其误差越大。 加工精度主要包括尺寸精度、形状精度和位置精度。 （一）尺寸精度 尺寸精度是指加工表面本身尺寸（如圆柱面的直径）和表面间尺寸（如孔间距等）的精确 程度，如长度、宽度、高度及直径等。 尺寸精度的高低用尺寸公差的大小来表示。 国家标准 （ＧＢ ／ Ｔ １８００．１—２０２０）中规定，标准公差分 ２０ 个等级，即 ＩＴ０１、ＩＴ０、ＩＴ１、ＩＴ２、…、ＩＴ１８。 ＩＴ 后面 的数字代表公差等级，数字越大，公差值越大，公差等级越低，尺寸精度越低。 （二）形状精度 形状精度是指加工完成后的零件表面的实际几何形状与理想的几何形状相符合的程度， ９１ 第二章　 数控加工工艺基础 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 如圆度、圆柱度、平面度及锥度等。 （三）位置精度 位置精度是指加工完成后，零件有关表面之间的实际位置与理想位置相符合的程度，如 平行度、垂直度及同轴度等。 二、影响加工精度的因素及提高精度的措施 在机械加工中，由机床、夹具、工件和刀具组成的统一体，称为工艺系统，其产生的误差有 两个组成部分。 一部分是静态误差（称为系统误差），是指工艺系统各种原始误差的存在使刀 具和工件之间的相对位置关系发生偏移而产生加工误差。 这些与工艺系统本身的初始状态 有关，例如，机床、夹具、刀具的制造误差，工件因定位和夹紧而产生的装夹误差，采用近似成 型方法加工而产生的加工原理误差等。 另一部分是动态误差（称为随机误差），与切削过程有 关，例如，在加工过程中产生的切削力、切削热和摩擦，它们将引起工艺系统的受力变形、受热 变形和磨损，使刀具或工件偏离正确的位置。 提高和保证加工精度的方法，大致可概括为以下几种：直接减少误差法、误差补偿法、误 差转移法、误差均分法、误差均化法、就地加工法等。 （一）直接减少误差法 直接减少误差法在生产中应用较广。 它是指在查明产生加工误差的主要因素之后，设法 消除或减少这些因素。 例如，细长轴的车削，由于受热和力的影响而使工件产生弯曲变形，现 在采用了大走刀反向车削法，基本消除了轴向切削力引起的弯曲变形。 再辅之以弹簧后顶 尖，则可进一步消除热变形引起的热伸长的影响。 （二）误差补偿法 误差补偿法是指人为地制造出一种新的误差，去抵消原来工艺系统中的原始误差。 当原 始误差是负值时，人为的误差就取正值，反之则取负值，并尽量使两者数量大小相等；或者利 用一种原始误差去抵消另一种原始误差，也是尽量使两者大小相等、方向相反，从而达到减少 加工误差、提高加工精度的目的。 （三）误差转移法 误差转移法实质上是将工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等，转移到不影响加工 精度的方向上去。 例如，当机床精度达不到零件加工要求时，常常不是一味地提高机床精度， 而是从工艺上或夹具上想办法，创造条件使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面。 例如，磨削主轴锥孔时，保证主轴和轴颈的同轴度，不是靠机床主轴的回转精度来保证，而是 靠夹具保证的。 当机床主轴与工件之间用浮动连接以后，机床主轴的原始误差就被转移 掉了。 （四）误差均分法 加工中，由于毛坯或上道工序加工的半成品精度太低，或者由于工件材料性能改变，或上 道工序的工艺改变（如毛坯精化后，把原来的切削加工工序取消），引起定位误差和误差复映 过大，因而不能保证加工精度，这时可采用误差均分法。 这种办法的实质就是把原始误差按 其大小均分为 ｎ 组。 例如，可把毛坯（或上道工序的工件）按尺寸误差大小分为 ｎ 组，每组毛 坯的误差范围就缩小为原来的 １ ／ ｎ，然后按各组分别调整刀具与工件的相对位置或调整定位 元件进行加工，就可大大缩小整批工件的尺寸分散范围。 ０２ “１＋Ｘ 证书”制度下的数控加工理论与实践 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍 （五）误差均化法 误差不断减少的过程就是误差均化法。 它的实质就是利用有密切联系的表面相互比较、 相互检查，从对比中找出差异，然后进行相互修正或互为基准加工，使工件被加工表面的误差 不断缩小和均化。 在生产中，许多精密基准件（如平板、直尺、角度规、端齿分度盘等）都是利 用误差均化法加工出来的。 （六）就地加工法 在加工和装配中有些精度问题牵涉零件或部件间的相互关系，如果一味地提高零部件本 身精度，不仅困难，有时甚至不可能。 此时宜采用就地加工法（也称自身加工修配法），可方便 解决看起来非常困难的精度问题。 第三节　 机械加工表面质量 一、机械加工表面质量的含义 机械加工表面质量是指零件在机械加工后表面层的微观几何形状误差和物理、化学及力 学性能。 主要零件的表面质量直接影响机械产品的工作性能、可靠性和寿命。 任何机械加工方法所获得的加工表面都不可能是绝对理想的表面，总存在着表面粗糙 度、表面波纹度等微观几何形状误差。 表面层的材料在加工时还会发生物理、力学性能变化， 甚至在某些情况下发生化学性质的变化。 机械加工的表面质量有以下两方面的含义。 （一）表面的几何特性 加工表面的几何形状，总是以“峰” “谷”交替的形式出现的，其偏差又有宏观、微观的 差别。 ①表面粗糙度。 它是指加工表面的微观几何形状误差，主要取决于切削残留面积的高 度，并与表面塑性变形、振动和积屑瘤的产生有关。 车削和刨削时残留面积的高度如图 ２⁃１ 所 示。 表面粗糙度一般用 Ｒａ 表示，Ｒａ 值越大，粗糙度越差。 图 ２⁃１　 车削和刨削时残留面积的高度 ②表面波纹度。 它是介于微观几何形状误差与宏观几何形状误差之间的周期性几何形 状误差，由工艺系统的低频振动引起。 １２ 第二章　 数控加工工艺基础 􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍􀪍