機械零件尺寸精度控制技術(shù)及其應(yīng)用

趙天成

(渭源縣職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校,甘肅 渭源 748200)

0 引言

機械零件是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一部分,其應(yīng)用廣泛,從汽車、機床到飛機、衛(wèi)星等各行各業(yè)。而機械零件的尺寸精度直接關(guān)系到機械產(chǎn)品的使用性能和可靠性[1-2]。尺寸偏差過大會導(dǎo)致零件在使用中出現(xiàn)噪音、磨損、壽命縮短等問題[3],甚至導(dǎo)致整個機械系統(tǒng)失效。因此,確保機械零件的尺寸精度是現(xiàn)代制造業(yè)中至關(guān)重要的一項任務(wù)。

機械零件尺寸精度控制技術(shù)是指在機械零件的設(shè)計、加工、檢測等各個環(huán)節(jié)中,通過一系列控制方法和手段來確保零件尺寸精度達到要求[4-6]。傳統(tǒng)機械加工技術(shù)雖然成熟可靠,但是受到機床精度、刀具磨損等因素的限制,難以滿足現(xiàn)代高精度、高效率的生產(chǎn)要求。而數(shù)控技術(shù)和增材制造技術(shù)的出現(xiàn),大大提高了機械零件的加工精度和生產(chǎn)效率,極大地推動了現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。

隨著技術(shù)的不斷進步,機械零件尺寸精度控制技術(shù)也在不斷演進。各種尺寸檢測新技術(shù),如激光干涉儀、電子束探測儀等,能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的尺寸檢測,從而保證零件尺寸精度的有效控制。因此,本文圍繞機械零件尺寸精度控制技術(shù)展開探討,介紹現(xiàn)有技術(shù)及其優(yōu)缺點,同時也關(guān)注新技術(shù)的研究與應(yīng)用,以期為讀者提供參考。

1 應(yīng)用特點

機械零件尺寸精度控制技術(shù)是指在機械零件的設(shè)計、加工、檢測等各個環(huán)節(jié)中,通過一系列控制方法和手段來確保零件尺寸精度達到要求。尺寸精度控制技術(shù)包括零件設(shè)計控制、加工工藝控制、檢測技術(shù)控制、控制技術(shù)手段等方面[7]。

機械零件尺寸精度控制技術(shù)的應(yīng)用,具有精度要求高、工藝復(fù)雜、檢測技術(shù)要求高、自動化程度高等特點,是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的一部分。

1.1 精度要求高

機械零件尺寸精度控制技術(shù)的應(yīng)用,通常是在高精度機械制造領(lǐng)域,對于零件的精度要求較高。在一些特殊領(lǐng)域,如航空航天、國防等,零件的精度要求甚至可以達到亞微米級別。

1.2 工藝復(fù)雜

機械零件尺寸精度控制技術(shù)的應(yīng)用,往往需要掌握復(fù)雜的加工工藝,包括材料選擇、加工參數(shù)控制、加工工具選擇等。在加工過程中還需要注意工藝的穩(wěn)定性,以確保零件的尺寸精度。

1.3 檢測技術(shù)要求高

機械零件尺寸精度控制技術(shù)的應(yīng)用,需要配備高精度的檢測設(shè)備和技術(shù),如激光干涉儀、電子束探測儀等,以及專業(yè)的檢測人員。這些檢測設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用,可以保證對零件尺寸精度的準確測量。

1.4 自動化程度高

機械零件尺寸精度控制技術(shù)的應(yīng)用,通常采用自動化控制、數(shù)控技術(shù)、增材制造技術(shù)等現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù),以確保零件的尺寸精度的穩(wěn)定和可控。

2 傳統(tǒng)機械零件尺寸精度控制技術(shù)應(yīng)用特點

2.1 傳統(tǒng)加工工藝控制

傳統(tǒng)加工工藝控制是機械制造領(lǐng)域最基本、最常用的一種尺寸精度控制技術(shù)。它是通過對機床、刀具和加工工藝等因素的人工調(diào)整和掌握,來實現(xiàn)零件尺寸的控制。

雖然傳統(tǒng)加工工藝控制技術(shù)已經(jīng)被現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)所取代,但它仍然是機械加工領(lǐng)域中一種重要的技術(shù)手段。傳統(tǒng)加工工藝控制技術(shù)的主要優(yōu)點是靈活性高、適應(yīng)性強、成本低廉,但其缺點是效率低、穩(wěn)定性差、精度有限。

2.2 傳統(tǒng)檢測手段控制

傳統(tǒng)檢測手段控制是機械制造領(lǐng)域中另一種基礎(chǔ)的尺寸精度控制技術(shù)。傳統(tǒng)檢測手段主要包括卡尺、游標卡尺、千分尺、外徑千分尺等測量工具,以及一些較為簡單的檢測設(shè)備,如高度規(guī)、平行儀等。這些檢測手段通過手動測量零件的尺寸、直徑、深度、平行度、垂直度等參數(shù),來檢測零件的尺寸精度是否符合要求[8]。

雖然傳統(tǒng)檢測手段控制技術(shù)簡單易行,但是其精度和效率有限,難以滿足現(xiàn)代機械制造的高精度和大規(guī)模生產(chǎn)需求。傳統(tǒng)檢測手段的精度主要受到人為因素的影響,如測量者的技術(shù)水平、視覺疲勞、環(huán)境因素等,同時也容易受到零件表面質(zhì)量、形狀等因素的影響,導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差。

為了解決傳統(tǒng)檢測手段的局限性,現(xiàn)代機械制造中廣泛采用數(shù)字化檢測技術(shù),如三坐標測量機、光學(xué)測量儀、激光測量儀等高精度、高效率的測量設(shè)備,以實現(xiàn)零件尺寸精度的快速、準確、自動化檢測。

2.3 傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用

傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用是機械制造中的一種重要尺寸精度控制技術(shù)。在傳統(tǒng)機械制造中,也會應(yīng)用一些傳統(tǒng)的控制理論,例如反饋控制、比例控制和微積分控制等。這些技術(shù)主要應(yīng)用于對工藝參數(shù)的控制,以實現(xiàn)零件尺寸精度的穩(wěn)定性和可控性。

反饋控制是一種通過測量輸出信號,并根據(jù)輸出信號與給定值的差異,對輸入信號進行調(diào)整的控制技術(shù)(圖1)。在機械制造中,反饋控制可用于控制機床的位置、速度和力等參數(shù),以實現(xiàn)對加工零件尺寸精度的控制。

圖1 反饋控制系統(tǒng)示意圖

2.4 傳統(tǒng)手工調(diào)試

在傳統(tǒng)機械加工過程中,由于加工設(shè)備和工具的精度有限,往往需要進行一些微調(diào),才能達到所要求的尺寸精度。這種技術(shù)雖然效率低下,但是對于一些復(fù)雜的零件,仍然是一種必要的技術(shù)手段。

在手工調(diào)試過程中,工人需要根據(jù)加工圖紙和工藝要求,通過調(diào)整加工設(shè)備和工具的位置、旋轉(zhuǎn)速度、進給速度等參數(shù),來實現(xiàn)零件尺寸的控制。這種方式主要依賴于工人的經(jīng)驗和技能,需要進行反復(fù)試驗和調(diào)整,才能達到所要求的尺寸精度。雖然手工調(diào)試的效率低下,但是在某些情況下,如加工工件的形狀和精度要求較高、加工設(shè)備和工具的精度不夠高等,手工調(diào)試仍然是一種必要的技術(shù)手段。

然而,傳統(tǒng)手工調(diào)試的缺點也很明顯,一方面,手工調(diào)試的過程需要依賴于工人的經(jīng)驗和技能,因此容易受到人為因素的干擾,導(dǎo)致精度不夠穩(wěn)定。另一方面,手工調(diào)試的效率低下,不適用于大規(guī)模生產(chǎn),也無法滿足現(xiàn)代機械制造的高效率和高精度的要求。因此,在現(xiàn)代機械制造中,人們逐漸采用自動化控制和智能化技術(shù),來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工調(diào)試技術(shù)。

3 機械零件尺寸精度控制新興技術(shù)

3.1 數(shù)控技術(shù)

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展和進步,數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為了現(xiàn)代機械加工的主流技術(shù)之一,廣泛應(yīng)用于航空、汽車、機床、模具、電子等領(lǐng)域。數(shù)控技術(shù)是一種基于計算機控制的機械加工技術(shù)。通過將加工參數(shù)、加工路徑等信息進行編程,并利用計算機控制系統(tǒng)對機床和刀具的運動進行精確控制,實現(xiàn)對零件加工尺寸的控制。相較于傳統(tǒng)加工技術(shù),數(shù)控技術(shù)具有以下特點:

1)精度高。數(shù)控加工技術(shù)能實現(xiàn)更為精確的加工,顯著提高了零件的尺寸精度和加工質(zhì)量。

2)生產(chǎn)效率高。數(shù)控加工能自動化、連續(xù)化地完成加工任務(wù),顯著提高了生產(chǎn)效率和加工效率。

3)靈活性強。數(shù)控加工可以根據(jù)不同零件的加工要求,隨時更改加工參數(shù)和加工路徑,具有很高的靈活性。

4)自動化程度高。數(shù)控加工能自動完成加工任務(wù),減少了人工干預(yù)和錯誤率,提高了生產(chǎn)效率和加工一致性。

3.2 激光測量技術(shù)

激光測量技術(shù)是一種利用激光束對零件進行非接觸式測量的高精度技術(shù)。通過激光束對零件表面進行掃描,然后利用計算機處理激光反射信號,可以得到零件的尺寸信息,并實現(xiàn)對零件尺寸的控制和檢測。相較于傳統(tǒng)測量手段,激光測量技術(shù)具有以下優(yōu)點:

1)高精度。激光測量技術(shù)可以實現(xiàn)亞微米級別的測量精度,能夠滿足高精度零件制造的要求。

2)非接觸式。激光測量技術(shù)可以實現(xiàn)對零件的非接觸式測量,避免了傳統(tǒng)測量手段中可能出現(xiàn)的測量誤差和損傷。

3)自動化。激光測量技術(shù)可以與計算機集成,實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的自動采集、處理和分析,提高了測量效率和準確性。

4)應(yīng)用范圍廣泛。激光測量技術(shù)可以應(yīng)用于各種材料和形狀的零件測量,包括平面、曲面、孔徑、輪廓等。

3.3 機器視覺技術(shù)

機器視覺技術(shù)是一種基于圖像處理和分析的測量技術(shù),其核心是通過攝像機采集零件圖像,再利用計算機對圖像進行處理和分析,以實現(xiàn)對零件尺寸的測量和控制。相比傳統(tǒng)檢測手段,機器視覺技術(shù)具有精度高、快速、自動化程度高、可靠性高等優(yōu)點。其應(yīng)用范圍非常廣泛,涉及到自動化生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié),如產(chǎn)品質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化、缺陷檢測等。隨著計算機視覺技術(shù)的不斷發(fā)展,機器視覺技術(shù)在機械零件尺寸精度控制方面的應(yīng)用前景也越來越廣闊。

4 結(jié)論與展望

機械零件尺寸精度控制技術(shù)是現(xiàn)代機械制造中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)機械加工工藝控制、傳統(tǒng)檢測手段控制、傳統(tǒng)控制理論應(yīng)用、傳統(tǒng)手工調(diào)試等傳統(tǒng)技術(shù)雖然依然存在,但是隨著科技的不斷發(fā)展,新興技術(shù)也在不斷涌現(xiàn)。數(shù)控技術(shù)、激光測量技術(shù)、機器視覺技術(shù)等新技術(shù)的出現(xiàn),大大提高了機械零件尺寸精度的控制和生產(chǎn)效率,為現(xiàn)代機械制造業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展,機械零件尺寸精度控制技術(shù)將面臨更高的精度和更復(fù)雜的零件形狀的挑戰(zhàn)。同時,隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷進步,這些新技術(shù)將被廣泛應(yīng)用于機械零件尺寸精度控制技術(shù)中,進一步提高機械零件尺寸精度的控制和生產(chǎn)效率。因此,可以預(yù)見,機械零件尺寸精度控制技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新,為機械制造業(yè)的高質(zhì)量、高效率發(fā)展提供更好的支撐。