機械零件尺寸精度控制技術及其應用

趙天成

(渭源縣職業中等專業學校,甘肅 渭源 748200)

0 引言

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

機械零件尺寸精度控制技術是指在機械零件的設計、加工、檢測等各個環節中,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]。傳統機械加工技術雖然成熟可靠,但是受到機床精度、刀具磨損等因素的限制,難以滿足現代高精度、高效率的生產要求。而數控技術和增材制造技術的出現,大大提高了機械零件的加工精度和生產效率,極大地推動了現代制造業的發展。

隨著技術的不斷進步,機械零件尺寸精度控制技術也在不斷演進。各種尺寸檢測新技術,如激光干涉儀、電子束探測儀等,能夠實現高精度的尺寸檢測,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展開探討,介紹現有技術及其優缺點,同時也關注新技術的研究與應用,以期為讀者提供參考。

1 應用特點

機械零件尺寸精度控制技術是指在機械零件的設計、加工、檢測等各個環節中,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。尺寸精度控制技術包括零件設計控制、加工工藝控制、檢測技術控制、控制技術手段等方面[7]。

機械零件尺寸精度控制技術的應用,具有精度要求高、工藝復雜、檢測技術要求高、自動化程度高等特點,是現代制造業不可或缺的一部分。

1.1 精度要求高

機械零件尺寸精度控制技術的應用,通常是在高精度機械制造領域,對于零件的精度要求較高。在一些特殊領域,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 工藝復雜

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

1.3 檢測技術要求高

機械零件尺寸精度控制技術的應用,需要配備高精度的檢測設備和技術,如激光干涉儀、電子束探測儀等,以及專業的檢測人員。這些檢測設備和技術的應用,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的應用,通常采用自動化控制、數控技術、增材制造技術等現代化生產技術,以確保零件的尺寸精度的穩定和可控。

2 傳統機械零件尺寸精度控制技術應用特點

2.1 傳統加工工藝控制

傳統加工工藝控制是機械制造領域最基本、最常用的一種尺寸精度控制技術。它是通過對機床、刀具和加工工藝等因素的人工調整和掌握,來實現零件尺寸的控制。

雖然傳統加工工藝控制技術已經被現代數字化技術所取代,但它仍然是機械加工領域中一種重要的技術手段。傳統加工工藝控制技術的主要優點是靈活性高、適應性強、成本低廉,但其缺點是效率低、穩定性差、精度有限。

2.2 傳統檢測手段控制

傳統檢測手段控制是機械制造領域中另一種基礎的尺寸精度控制技術。傳統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備,如高度規、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,來檢測零件的尺寸精度是否符合要求[8]。

雖然傳統檢測手段控制技術簡單易行,但是其精度和效率有限,難以滿足現代機械制造的高精度和大規模生產需求。傳統檢測手段的精度主要受到人為因素的影響,如測量者的技術水平、視覺疲勞、環境因素等,同時也容易受到零件表面質量、形狀等因素的影響,導致測量結果的誤差。

為了解決傳統檢測手段的局限性,現代機械制造中廣泛采用數字化檢測技術,如三坐標測量機、光學測量儀、激光測量儀等高精度、高效率的測量設備,以實現零件尺寸精度的快速、準確、自動化檢測。

2.3 傳統控制理論應用

傳統控制理論應用是機械制造中的一種重要尺寸精度控制技術。在傳統機械制造中,也會應用一些傳統的控制理論,例如反饋控制、比例控制和微積分控制等。這些技術主要應用于對工藝參數的控制,以實現零件尺寸精度的穩定性和可控性。

反饋控制是一種通過測量輸出信號,并根據輸出信號與給定值的差異,對輸入信號進行調整的控制技術(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,以實現對加工零件尺寸精度的控制。

圖1 反饋控制系統示意圖

2.4 傳統手工調試

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

在手工調試過程中,工人需要根據加工圖紙和工藝要求,通過調整加工設備和工具的位置、旋轉速度、進給速度等參數,來實現零件尺寸的控制。這種方式主要依賴于工人的經驗和技能,需要進行反復試驗和調整,才能達到所要求的尺寸精度。雖然手工調試的效率低下,但是在某些情況下,如加工工件的形狀和精度要求較高、加工設備和工具的精度不夠高等,手工調試仍然是一種必要的技術手段。

然而,傳統手工調試的缺點也很明顯,一方面,手工調試的過程需要依賴于工人的經驗和技能,因此容易受到人為因素的干擾,導致精度不夠穩定。另一方面,手工調試的效率低下,不適用于大規模生產,也無法滿足現代機械制造的高效率和高精度的要求。因此,在現代機械制造中,人們逐漸采用自動化控制和智能化技術,來代替傳統的手工調試技術。

3 機械零件尺寸精度控制新興技術

3.1 數控技術

隨著計算機技術的不斷發展和進步,數控技術已經成為了現代機械加工的主流技術之一,廣泛應用于航空、汽車、機床、模具、電子等領域。數控技術是一種基于計算機控制的機械加工技術。通過將加工參數、加工路徑等信息進行編程,并利用計算機控制系統對機床和刀具的運動進行精確控制,實現對零件加工尺寸的控制。相較于傳統加工技術,數控技術具有以下特點:

1)精度高。數控加工技術能實現更為精確的加工,顯著提高了零件的尺寸精度和加工質量。

2)生產效率高。數控加工能自動化、連續化地完成加工任務,顯著提高了生產效率和加工效率。

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

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

3.2 激光測量技術

激光測量技術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。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,并實現對零件尺寸的控制和檢測。相較于傳統測量手段,激光測量技術具有以下優點:

1)高精度。激光測量技術可以實現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。激光測量技術可以實現對零件的非接觸式測量,避免了傳統測量手段中可能出現的測量誤差和損傷。

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

4)應用范圍廣泛。激光測量技術可以應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

機器視覺技術是一種基于圖像處理和分析的測量技術,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,以實現對零件尺寸的測量和控制。相比傳統檢測手段,機器視覺技術具有精度高、快速、自動化程度高、可靠性高等優點。其應用范圍非常廣泛,涉及到自動化生產線的各個環節,如產品質量控制、工藝優化、缺陷檢測等。隨著計算機視覺技術的不斷發展,機器視覺技術在機械零件尺寸精度控制方面的應用前景也越來越廣闊。

4 結論與展望

機械零件尺寸精度控制技術是現代機械制造中的重要環節。傳統機械加工工藝控制、傳統檢測手段控制、傳統控制理論應用、傳統手工調試等傳統技術雖然依然存在,但是隨著科技的不斷發展,新興技術也在不斷涌現。數控技術、激光測量技術、機器視覺技術等新技術的出現,大大提高了機械零件尺寸精度的控制和生產效率,為現代機械制造業的發展注入了新的活力。

隨著制造業的不斷發展,機械零件尺寸精度控制技術將面臨更高的精度和更復雜的零件形狀的挑戰。同時,隨著人工智能、物聯網等技術的不斷進步,這些新技術將被廣泛應用于機械零件尺寸精度控制技術中,進一步提高機械零件尺寸精度的控制和生產效率。因此,可以預見,機械零件尺寸精度控制技術將繼續發展和創新,為機械制造業的高質量、高效率發展提供更好的支撐。