2.3 加工精度与表面质量

2.3.1 加工精度与误差的基本概念

1.零件的加工精度

零件的加工精度是指零件在加工后，零件的实际几何参数（尺寸、形状、方向、位置和跳动）对理想几何参数的符合程度。其主要包括两方面内容：一是尺寸精度；二是几何精度，包括形状、方向、位置和跳动。这两方面之间是相互关联和互为补偿的。

一般情况下，零件的加工精度要求越高，则零件的加工难度及成本也越高，生产率相应也越低。因此，零件的加工精度应根据零件在机体中的功用设置，不能无止境地提高精度要求，要尽量合理规定。如在冷冲压生产中，模具的制造精度，主要体现在冲模的凸、凹模等工作零件及相应的各零件间的配合精度。故在模具制作时，根据冲件的要求应相应注重模具工作零件的精度等级。

2.零件的加工误差

零件的加工误差是指零件加工后的实际几何参数对理想的几何参数的偏离程度。即在加工时，无论是单件或批量加工，其加工后会发现可能有许多零件在尺寸、形状、方向、位置和跳动方面与理想零件有所不同，它们之间的差值分别称为尺寸误差、形状误差、方向误差、位置误差和跳动误差。

在实际生产中，零件加工后产生的误差主要是由加工设备、刀具、夹具、工装模具、量具和工件所组成的工艺系统以及人为操作等造成的。故为减少零件误差，提高制造精度和质量，除必须减少工艺系统原有误差外，还应注意操作者本身的工作质量，以生产出优质、合格的零件。

2.3.2 零件的极限尺寸与配合公差

机械零件在批量生产加工过程中，为提高劳动生产率，并不是要求操作者加工制造出绝对一模一样的尺寸和形状的零件，而是在加工时将零件的尺寸限制在一个合理的范围内变动，以满足不同的使用要求及零件的互换性，由此产生了机械加工“极限与配合”制度，从而大大方便了加工。“极限与配合”所规定的变动范围，即为常用的公差。

1.尺寸的类型及定义

在机械加工的视图中，尺寸是用特定单位（mm）表示长度值的数字。其长度值主要包括零件的长度、直径、半径、宽度、高度及中心距等。视图中标注的尺寸主要有以下几种类型：

（1）公称尺寸 公称尺寸是设计给定的尺寸，它是根据零件的使用要求，通过必要的计算而确定的。图样上一般按标准尺寸在图样上标出。如图2-14a中标注的尺寸 ϕ 16，表示圆垫圈的直径，其公称尺寸为16mm。

（2）实际尺寸 实际尺寸是指零件在经冲压加工后实际测量的尺寸。如图2-14b中的尺寸 ϕ 15.9。

（3）极限尺寸 极限尺寸是指在加工中允许尺寸变化的两个界限值。其中，最大的允许尺寸称为上极限尺寸，如图2-14a中的上极限尺寸为 ϕ 16；而最小的允许尺寸称为下极限尺寸，如图2-14a中的下极限尺寸为 ϕ 15.8。

（4）尺寸偏差 偏差是指极限尺寸与公称尺寸的代数差值。偏差分上极限偏差和下极限偏差。

上极限偏差=上极限尺寸-公称尺寸

下极限偏差=下极限尺寸-公称尺寸

偏差的图样标注法如图2-14a中的 ，图中：上极限偏差=16mm-16mm=0mm，下极限偏差=15.8mm-16mm=-0.20mm。

（5）尺寸公差 公差是指上极限尺寸减去下极限尺寸或上极限偏差减去下极限偏差所得的差值。公差是允许尺寸的变动量。如图2-14中：

16mm-15.8mm=0.2mm；0mm-（-0.20mm）=0.20mm

0.2mm即为直径的公差值。

在实际生产中，公差值越大，尺寸精度越低，越容易加工，效率越高，成本就越低；而公差值越小，则表明尺寸精度越高，越难以加工。

（6）公差带及基本偏差 公差带是指把公称尺寸、上极限偏差、下极限偏差、公差之间的关系画成简图，如图2-15所示，在这个图形中代表上、下极限偏差的两条直线所限定的一个区域。而确定上、下极限偏差位置的一条基准直线称为零线。零线表示公称尺寸。

由图2-15可知：公差带包括“公差带的大小”和“公差带的位置”，而标准公差确定公差带的大小，基本偏差确定公差带的位置。

在实际运用中，为了确定公差带的相对位置，将上、下极限偏差的某一偏差规定为基本偏差，一般为靠近零线的那个偏差。当公差带位于零线上方时，基本偏差为下极限偏差；反之，则为上极限偏差。在国家标准中，对孔和轴分别规定了28种基本偏差，其代号用拉丁字母表示。其中，孔用大写字母，轴用小写字母，统一构成基本偏差系列，如图2-16所示。

从图2-16中可以看出，图中各公差带表示了其所在位置，即为基本偏差。另一端是开口，由相应的标准公差确定。孔、轴的公差带代号由基本偏差代号（孔A～H、轴a～h）和公差等级代号组成。如公差带代号h7、F8的“h”和“F”代表基本偏差，7和8则为公差等级代号。在图样标注 ϕ 50f8的字样，则表示轴直径公称尺寸为50mm，基本偏差代号为f，公差等级为8级，其大小可在国家标准中查取。

2.公差等级标准

在公差与配合相关国家标准（GB/T 1800.1—2009）中，将标准公差共分为20个等级。各级标准公差的代号由IT和公差等级组成，即IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18。从IT01至IT18，数值越大则公差值越大，其精度也就越低。在冲压加工中，常用尺寸标准公差数值见表2-13，供制造加工冲模时参考。

3.配合的类型与定义

在机械加工中，配合是指公称尺寸相同的并且相互结合的孔和轴公差带之间的关系。即孔和轴公差带相对位置不同，在配合时将有松紧不同的配合性质，在配合后即有大小不同的间隙或过盈，从而可满足不同的使用要求。

（1）配合的种类及用途 在实际应用中，配合大致有如下几种类型：

1）间隙配合。间隙配合是指在孔与轴的相互配合中，如果孔的下极限尺寸大于或等于轴的上极限尺寸，配合后孔与轴之间具有间隙的一种配合形式。间隙配合主要适用于工作中有相对运动或虽无相对运动却要求能经常拆装的零件，如冲模中导柱、导套的配合。

2）过盈配合。过盈配合是指在孔与轴配合中，孔的上极限尺寸小于或等于轴的下极限尺寸的一种配合形式。它主要适用于靠过盈保证孔轴间相对静止或传递负荷的零件，如冲模中导柱与导套在模座上固定时的配合。

3）过渡配合。过渡配合是指在孔与轴配合中可能存有间隙和过盈的配合形式。其间隙及过盈量比较小。它主要适用在配合时，既要对准中心，又要求拆装方便的孔轴零件，如在冲模中凸模、凹模与凸模、凹模固定板间的固定与配合。

（2）配合制度 按国家标准，孔、轴配合时有两种配合制度，即基孔制和基轴制。在一般情况下，优先选用基孔制。如在冲压模具加工中，一般多以基孔制为优先配合。

1）基孔制配合。基孔制配合是指，孔的基本偏差保持一定，以改变轴的基本偏差来得到各种不同的配合的一种制度，如图2-17所示。基孔制的孔称为基准孔，其下极限偏差为0，基本偏差代号为H。

从图2-16中的基本偏差系列和图2-17可以看出，在基孔制的条件下，轴的基本偏差从a到h为间隙配合，从j到n为过渡配合，从p到zc为过盈配合。其中，n、p、r可能为过渡配合也可能为过盈配合。基孔制配合常用的配合有59种，优先配合为13种，可从标准中查到。

2）基轴制配合。基轴制配合是指，在配合时，轴的基本偏差保持一定，以改变孔的基本偏差来得到各种不同配合形式的一种制度，如图2-18所示。基轴制的轴为基准轴，其上极限偏差为0，基本偏差代号为h。

从图2-16所示的基本偏差系列和图2-18可以看出，在基轴制的条件下，从A到H为间隙配合，从J到N为过渡配合，从P到ZC为过盈配合。其中，N可能为过渡配合，也可能为过盈配合。

（3）极限与配合识读方法 极限与配合在图样上的标注方法如图2-19所示。其中图2-19d所示为装配图上的标注。如 ϕ 50H7/p6以及 ϕ 40F8/h7。即在公称尺寸后面用分式表示，分子是孔的公差带代号，分母是轴的公差带代号，其数值可从标准中查取。

图2-19a、b、c所示是零件图中的标注方法。其中，图2-19a、c标注用公差带代号标注，而图2-19b直接标注出极限偏差值，识读起来比较方便。

在识读时，可以采用下述方法进行：假设图样上标注的ϕ55H8/f7，可通过查表确定孔、轴的极限偏差，再计算出孔、轴的公差，并判断配合制度与类别，画出公差带。经查得，孔的尺寸为 ，公差为0.046；轴为 ，公差为0.030，基本可判断为基孔制间隙配合形式。

2.3.3 零件表面几何公差的含义与识读

零件的形状和位置发生变化所产生的公差称为几何公差。它是指零件的实际形状、方向、位置和跳动相对于理想的设计所允许的变动量。如果零件存在严重的形状、方向、位置和跳动偏差，将影响到零件的使用和装配精度。因此，在机械加工中，对于机件不仅要求尺寸公差外，还应使几何公差达到允许值。

1.几何公差项目与符号

几何公差项目与符号见表2-14。

2.几何公差的识读

几何公差在图样上的标注形式如图2-20所示，多数以方格形式表示。其识读方法是：先找出指引线的箭头与被测要素的位置以及基本符号与基准要素的位置，然后分析与识别其所代表的意义、几何公差类别及公差的大小。几何公差的识读见表2-15。

2.3.4 零件的表面质量与表面粗糙度

在机械加工过程中，零件的表面质量主要表现在零件表面光滑程度及有无明显的裂痕及损伤。其表面光滑程度以表面粗糙度等级来评定，根据所制零件的功能应具有不同的表面粗糙度等级标准。

1.表面粗糙度的基本概念

在工业生产过程中，经过加工的零件其表面多少都存在大小不同的峰、谷组成高低不平的痕迹。这种痕迹就是表面的微观几何形状误差即称为零件表面粗糙度。表面粗糙度对零件间的配合程度、耐磨性、密封性有着很大影响，甚至会影响到使用。因此，在机械加工中，表面粗糙度的评定是制件表面的一个主要的工艺参数。

2.表面粗糙度的评定参数

国家标准规定：表面粗糙度的评定参数应从轮廓算术平均偏差 Ra 和轮廓最大高度 Rz 中选取，常用的数值（单位为μm）主要有25、12.5、6.3、3.2、1.6、0.8、…、0.025等。其中，0.025～6.3μm为 Ra 的常用参数。 Ra 数值越大，表面就越粗糙；反之， Ra 数值越小，表面就越光洁，精度也就越高。

3.表面粗糙度符号及识读

表面粗糙度以代号形式在零件图上标注，其代号由符号和参数组成。其意义及识读说明见表2-16。

4.表面粗糙度标注

表面粗糙度代号一般标注在图样可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上。其符号从材料外指向并接触表面。因此，在识读时，一定要给以注意。如图2-21所示，其中，图2-21a表示表面处于不同位置时的标注示意图；而图2-21b所示为应用示例。