赵天成

(渭源县职业中等专业学校,甘肃 渭源 748200)

0 引言

机械零件是现代制造业中不可或缺的一部分,其应用广泛,从汽车、机床到飞机、卫星等各行各业。而机械零件的尺寸精度直接关系到机械产品的使用性能和可靠性[1-2]。尺寸偏差过大会导致零件在使用中出现噪音、磨损、寿命缩短等问题[3],甚至导致整个机械系统失效。因此,确保机械零件的尺寸精度是现代制造业中至关重要的一项任务。

机械零件尺寸精度控制技术是指在机械零件的设计、加工、检测等各个环节中,通过一系列控制方法和手段来确保零件尺寸精度达到要求[4-6]。传统机械加工技术虽然成熟可靠,但是受到机床精度、刀具磨损等因素的限制,难以满足现代高精度、高效率的生产要求。而数控技术和增材制造技术的出现,大大提高了机械零件的加工精度和生产效率,极大地推动了现代制造业的发展。

随着技术的不断进步,机械零件尺寸精度控制技术也在不断演进。各种尺寸检测新技术,如激光干涉仪、电子束探测仪等,能够实现高精度的尺寸检测,从而保证零件尺寸精度的有效控制。因此,本文围绕机械零件尺寸精度控制技术展开探讨,介绍现有技术及其优缺点,同时也关注新技术的研究与应用,以期为读者提供参考。

1 应用特点

机械零件尺寸精度控制技术是指在机械零件的设计、加工、检测等各个环节中,通过一系列控制方法和手段来确保零件尺寸精度达到要求。尺寸精度控制技术包括零件设计控制、加工工艺控制、检测技术控制、控制技术手段等方面[7]。

机械零件尺寸精度控制技术的应用,具有精度要求高、工艺复杂、检测技术要求高、自动化程度高等特点,是现代制造业不可或缺的一部分。

1.1 精度要求高

机械零件尺寸精度控制技术的应用,通常是在高精度机械制造领域,对于零件的精度要求较高。在一些特殊领域,如航空航天、国防等,零件的精度要求甚至可以达到亚微米级别。

1.2 工艺复杂

机械零件尺寸精度控制技术的应用,往往需要掌握复杂的加工工艺,包括材料选择、加工参数控制、加工工具选择等。在加工过程中还需要注意工艺的稳定性,以确保零件的尺寸精度。

1.3 检测技术要求高

机械零件尺寸精度控制技术的应用,需要配备高精度的检测设备和技术,如激光干涉仪、电子束探测仪等,以及专业的检测人员。这些检测设备和技术的应用,可以保证对零件尺寸精度的准确测量。

1.4 自动化程度高

机械零件尺寸精度控制技术的应用,通常采用自动化控制、数控技术、增材制造技术等现代化生产技术,以确保零件的尺寸精度的稳定和可控。

2 传统机械零件尺寸精度控制技术应用特点

2.1 传统加工工艺控制

传统加工工艺控制是机械制造领域最基本、最常用的一种尺寸精度控制技术。它是通过对机床、刀具和加工工艺等因素的人工调整和掌握,来实现零件尺寸的控制。

虽然传统加工工艺控制技术已经被现代数字化技术所取代,但它仍然是机械加工领域中一种重要的技术手段。传统加工工艺控制技术的主要优点是灵活性高、适应性强、成本低廉,但其缺点是效率低、稳定性差、精度有限。

2.2 传统检测手段控制

传统检测手段控制是机械制造领域中另一种基础的尺寸精度控制技术。传统检测手段主要包括卡尺、游标卡尺、千分尺、外径千分尺等测量工具,以及一些较为简单的检测设备,如高度规、平行仪等。这些检测手段通过手动测量零件的尺寸、直径、深度、平行度、垂直度等参数,来检测零件的尺寸精度是否符合要求[8]。

虽然传统检测手段控制技术简单易行,但是其精度和效率有限,难以满足现代机械制造的高精度和大规模生产需求。传统检测手段的精度主要受到人为因素的影响,如测量者的技术水平、视觉疲劳、环境因素等,同时也容易受到零件表面质量、形状等因素的影响,导致测量结果的误差。

为了解决传统检测手段的局限性,现代机械制造中广泛采用数字化检测技术,如三坐标测量机、光学测量仪、激光测量仪等高精度、高效率的测量设备,以实现零件尺寸精度的快速、准确、自动化检测。

2.3 传统控制理论应用

传统控制理论应用是机械制造中的一种重要尺寸精度控制技术。在传统机械制造中,也会应用一些传统的控制理论,例如反馈控制、比例控制和微积分控制等。这些技术主要应用于对工艺参数的控制,以实现零件尺寸精度的稳定性和可控性。

反馈控制是一种通过测量输出信号,并根据输出信号与给定值的差异,对输入信号进行调整的控制技术(图1)。在机械制造中,反馈控制可用于控制机床的位置、速度和力等参数,以实现对加工零件尺寸精度的控制。

图1 反馈控制系统示意图

2.4 传统手工调试

在传统机械加工过程中,由于加工设备和工具的精度有限,往往需要进行一些微调,才能达到所要求的尺寸精度。这种技术虽然效率低下,但是对于一些复杂的零件,仍然是一种必要的技术手段。

在手工调试过程中,工人需要根据加工图纸和工艺要求,通过调整加工设备和工具的位置、旋转速度、进给速度等参数,来实现零件尺寸的控制。这种方式主要依赖于工人的经验和技能,需要进行反复试验和调整,才能达到所要求的尺寸精度。虽然手工调试的效率低下,但是在某些情况下,如加工工件的形状和精度要求较高、加工设备和工具的精度不够高等,手工调试仍然是一种必要的技术手段。

然而,传统手工调试的缺点也很明显,一方面,手工调试的过程需要依赖于工人的经验和技能,因此容易受到人为因素的干扰,导致精度不够稳定。另一方面,手工调试的效率低下,不适用于大规模生产,也无法满足现代机械制造的高效率和高精度的要求。因此,在现代机械制造中,人们逐渐采用自动化控制和智能化技术,来代替传统的手工调试技术。

3 机械零件尺寸精度控制新兴技术

3.1 数控技术

随着计算机技术的不断发展和进步,数控技术已经成为了现代机械加工的主流技术之一,广泛应用于航空、汽车、机床、模具、电子等领域。数控技术是一种基于计算机控制的机械加工技术。通过将加工参数、加工路径等信息进行编程,并利用计算机控制系统对机床和刀具的运动进行精确控制,实现对零件加工尺寸的控制。相较于传统加工技术,数控技术具有以下特点:

1)精度高。数控加工技术能实现更为精确的加工,显著提高了零件的尺寸精度和加工质量。

2)生产效率高。数控加工能自动化、连续化地完成加工任务,显著提高了生产效率和加工效率。

3)灵活性强。数控加工可以根据不同零件的加工要求,随时更改加工参数和加工路径,具有很高的灵活性。

4)自动化程度高。数控加工能自动完成加工任务,减少了人工干预和错误率,提高了生产效率和加工一致性。

3.2 激光测量技术

激光测量技术是一种利用激光束对零件进行非接触式测量的高精度技术。通过激光束对零件表面进行扫描,然后利用计算机处理激光反射信号,可以得到零件的尺寸信息,并实现对零件尺寸的控制和检测。相较于传统测量手段,激光测量技术具有以下优点:

1)高精度。激光测量技术可以实现亚微米级别的测量精度,能够满足高精度零件制造的要求。

2)非接触式。激光测量技术可以实现对零件的非接触式测量,避免了传统测量手段中可能出现的测量误差和损伤。

3)自动化。激光测量技术可以与计算机集成,实现对测量数据的自动采集、处理和分析,提高了测量效率和准确性。

4)应用范围广泛。激光测量技术可以应用于各种材料和形状的零件测量,包括平面、曲面、孔径、轮廓等。

3.3 机器视觉技术

机器视觉技术是一种基于图像处理和分析的测量技术,其核心是通过摄像机采集零件图像,再利用计算机对图像进行处理和分析,以实现对零件尺寸的测量和控制。相比传统检测手段,机器视觉技术具有精度高、快速、自动化程度高、可靠性高等优点。其应用范围非常广泛,涉及到自动化生产线的各个环节,如产品质量控制、工艺优化、缺陷检测等。随着计算机视觉技术的不断发展,机器视觉技术在机械零件尺寸精度控制方面的应用前景也越来越广阔。

4 结论与展望

机械零件尺寸精度控制技术是现代机械制造中的重要环节。传统机械加工工艺控制、传统检测手段控制、传统控制理论应用、传统手工调试等传统技术虽然依然存在,但是随着科技的不断发展,新兴技术也在不断涌现。数控技术、激光测量技术、机器视觉技术等新技术的出现,大大提高了机械零件尺寸精度的控制和生产效率,为现代机械制造业的发展注入了新的活力。

随着制造业的不断发展,机械零件尺寸精度控制技术将面临更高的精度和更复杂的零件形状的挑战。同时,随着人工智能、物联网等技术的不断进步,这些新技术将被广泛应用于机械零件尺寸精度控制技术中,进一步提高机械零件尺寸精度的控制和生产效率。因此,可以预见,机械零件尺寸精度控制技术将继续发展和创新,为机械制造业的高质量、高效率发展提供更好的支撑。