机械加工精度优化方案

机械加工精度（简称加工精度）是指零件在加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）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。零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度称为加工误差。加工误差的大小表示了加工精度的高低，加工误差是加工精度的度量。“加工精度”和“加工误差”是评定零件几何参数准确程度的两种不同概念。生产实际中通常用控制加工误差的方法或现代主动适应加工方法来保证加工精度。由于在加工过程中有很多因素会影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。某种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差，工艺系统的受力变形引起的加工误差，工艺系统的受热变形引起的加工误差，工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。经加工后的零件实际几何参数与理想几何参数总有所不同，它们的偏离程度称为加工误差。在生产实践中都是用加工误差的大小来反映与控制加工精度的，也就是说加工精度的高低是通过加工误差的大小来衡量的，误差大则精度低，反之则高。

机器零件均由几何形体组成，并具有各种不同的尺寸、形状和表面状态。为了保证机器的性能和使用寿命，设计时应根据零件的不同作用对制造质量提出要求，包括表面粗糙度、尺寸精度、形状精度、位置精度以及零件的材料、热处理和表面处理（如电镀、发黑）等。尺寸精度、形状精度和位置精度统称为加工精度。工件的机械加工表面质量常用表面粗糙度衡量。

1.尺寸精度

国家标准将尺寸精度的标准公差等级分为20级，分别用IT01，IT0，IT1，IT2，IT3，…，IT18表示，IT01公差值最小、尺寸精度最高。

2.形状和位置精度

图纸上画出的零件都是没有误差的理想几何体，但是由于在加工中机床、夹具、刀具和工件所组成的工艺系统本身存在着各种误差，而且在加工过程中出现受力变形、振动、磨损等各种干扰，致使加工后零件的实际形状和相互位置与理想几何体的规定形状和相互位置存在差异。这种形状上的差异就是形状误差，相互位置间的差异就是位置误差，两者统称为形位误差。

图5-1（a）所示为某阶梯轴图样，要求d1表面为理想圆柱面，d1轴线应与d2左端面相垂直。图5-1（b）所示为完工后的实际零件，d1表面的圆柱度不好，d1轴线与d2端面也不垂直，前者称为形状误差，后者称为位置误差。

图5-1　零件形位误差示意图

（a）阶梯轴图样；（b）实际零件

零件的形位误差会对零件使用性能产生重大影响，它是衡量机器、仪器产品质量的重要指标。零件点、线、面等实际形状要素与设计理想形状的符合程度，称为形状精度，以形状公差来控制。国家标准规定了6项形状公差，其项目名称及符号见表5-1。

表5-1　形状公差项目名称及符号(www.xing528.com)

零件点、线、面的实际位置与设计位置的符合程度称为位置精度，用位置公差来控制。根据国家标准，位置公差共有8项，其名称与符号见表5-2。

表5-2　位置公差项目名称及符号

3.表面粗糙度

在切削加工的过程中，由于挤压、摩擦、振动等，会使已加工的表面质量受到不同的影响，看似非常光滑的表面，通过放大，会发现它们高低不平，有微小的峰谷。微小峰谷的高低程度和间距组成的微观几何形状表面特征称为表面粗糙度。表面粗糙度评定参数常用轮廓算术平均偏差Ra表示，其单位为μm。机械加工中常用表面粗糙度Ra值为50，25，12.5，6.3，3.2，1.6，0.8，0.4，0.2，0.1，0.05，0.025，0.012，0.008，单位为μm。表面粗糙度标注举例如图5-2所示。

图5-2　榔头柄表面粗糙度标注举例

不同加工方法的加工精度和表面粗糙度不同，一般情况下，零件的加工精度越高，其加工成本也越高。但是零件的加工精度越高不代表质量越好，在进行产品设计时，应根据实际需要选择合适的零件加工精度和表面粗糙度。