浅谈机械设计与机械加工的误差

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[摘要]机械设计以及机械加工是机械产品生产过程中最重要的两个阶段。而误差的控制与分析将直接影响这两个阶段成败的关键因素。本文将主要从机械设计以及机械加工过程中产生的误差原因进行分析，然后提出具体的误差控制措施。

[关键词]机械设计；机械加工；误差分析；控制

随着经济的发展，制造业尤其是机械制造业发展进入一个新的发展方向。而机械产品的质量和机械设计以及机械加工有关。机械化以及自动化趋势不断地向前推进，如何不断地提高机械产品的性能成为当前企业面临的突出问题，而机械产品的性能又由机械设计与机械加工中误差的控制有关，机械加工中的误差是和产品的质量效率直接相联系。因此本文将主要对误差产生的原因进行分析，重点从影响机械产品加工质量的机械设计以及机械加工两个方面来具体地阐述，然后在不同的阶段如何控制好误差提高整体的加工质量效率，为机械行业其他的产品加工的误差控制提出宝贵经验。

1机械设计阶段误差因素分析以及控制

机械产品整个的加工工艺流程依据零件结构以及特性的影响各不相同，但是主要有三种：机械产品的设计、加工以及质量检查。俗话说万事开头难，因此在这个过程中要尽量地控制机械设计阶段产生的误差，并且要在合理的要求范围内来控制误差，不能过分的减少误差，对于某一些粗糙度要求较高的零件，如果过分的减少误差将会起到反面的效果，因此对于机械设计阶段误差的控制需要根据实际产品的性能以及产品在使用过程中所遵循的要求等来综合的考量误差，因此在这个过程中首先要分析在机械设计阶段产生误差的原因。1.1材料的选择问题。对于材料的选择来说，材料的选择属于机械设计阶段，尤其是在对产品的整体结构进行分析的过程中，对于这个结构需要选择什么样的材料，比如比较常见的材料有45号钢，碳素结构钢以及Q460C等材料，这些对于在机械设计阶段提高产品的整体强度性能十分的有必要，比如在应用到汽车马达上的一个小小的同步器锥环，由于起到了变速控制的作用，因此需要高强度以及受到冲击的过程中可以将冲击力尽量地减少，因此在这个设计初级阶段就需要一个是考虑同步器锥环的结构特点，另一个就是要选择耐受性较强的材料，可以抵抗冲击产生的能量，这样就可以极大地减少设计过程中的误差。1.2加工工艺的选择。加工工艺是机械设计完整流程的综合体现，在这个过程中产品是从毛坯件到成品整个的工艺流程设计阶段。比如对于最常见的工程机械挖掘机的动臂零件。由于挖掘机的动臂并不是单纯的某一个规则的形状而是有一定折弯度以及有一些坡口，在这些地方很容易发生应力集中等多种质量问题，并且在设计过程中这个地方如果不好好地进行设计就会产生一些潜在的误差最终影响产品的加工质量。因此需要在最初的下料阶段就需要完整的注意这些特殊的结构，尽可能地将尖角换成圆角这样可以极大地减少应力集中出现的问题，或者是压型以及焊接工艺确定的过程中是选择阻焊还是选择点焊，是通过机器焊接还是通过人工点焊的方式，焊接的方式选择什么样的，是带有一定的坡口的二氧化碳焊接还是焊丝焊接，这些都是在机械设计阶段对工艺的选择确定，如果不能合理有效地选择就会产生误差问题。1.3零件的可加工性问题。材料的选择问题是影响机械设计的关键因素。而材料的选择和加工工艺的确定是密不可分的，需要考虑零件的可加工性，也就是编写作业指导书，这个也是在机械设计阶段来完成的。而还有在机械设计阶段最不能忽视的问题就是产品的可加工性。这个是机械设计阶段重点要进行研究分析的，如果这个阶段不能有效分析，那么将会在后续的加工制造产生较多的质量问题，产生很多的误差问题，因此在机械设计阶段需要重点进行分析。尤其是在机械设计的过程中要根据所加工零件的形状，受力分析以及易发生质量问题的地方，并且在设计的过程中要依据可加工性中不断更改作业指导书，修改加工过程中的工艺，在这个过程中是十分的复杂的，需要依据实际情况来综合的进行考量。

2机械加工环节的误差分析

对于在新形势下，机械加工误差主要关系到加工精度的控制问题，尤其是一些公差以及误差的范围的确定，我们都知道对于误差来说有尺寸位置误差也叫尺寸公差，还有形位公差是产品在形状和位置上可能产生的一系列误差，那么如何在机械加工环节进行误差的控制呢，需要根据特定的机械类零件来综合的进行考虑。本文将主要通过对于齿轮状的机械类零件在机械加工中误差的控制进行重点分析，因为齿轮在加工过程中对精度的要求是十分高的，并且在机械产品中应用广泛。因此在这个过程中需要重点的考虑。2.1机械加工中误差种类分析，以齿轮类为例。2.1.1径向跳动误差。径向跳动在机械齿轮加工中主要反映的是齿轮的几何偏心，或者是在齿坯在安装过程中产生的偏心情况。也是最难控制的误差之一，需要考虑到齿轮的几何偏心，对于其他的槽轮或者其他的一些需要控制径向跳动公差的机械加工零件需要考虑到各个因素产生的径向跳动误差的各个因素，通过分析各个因素哪一个因素产生的影响最大，从而最终确定影响径向跳动误差的因素，从而在加工过程中进行重点的分析，尽可能地控制，并且实现一定性能的优化。2.1.2滚齿端面跳动误差。端面跳动误差主要和公法线的长度有关，主要反映的是轴齿轮滚齿的运动偏心。它和径向跳动误差是成对出现的，在控制径向跳动误差的过程中还需要考虑端面跳动误差，需要将两者保持在一定的精度范围内，这样加工出来的轴齿轮滚齿才能更加的符合要求，目前对于滚齿的端面跳动误差的测量主要是讲被测量的滚齿放在V型块中，如图1所示。端面上的基准线由V型块来进行确定，并且在这个过程中需要综合考虑齿轮加工的滚齿变化情况，需要不断的调节测量的位置，从而可以更好地提高整体的加工效率。2.1.3粗糙度误差。在前文中初步提到了粗糙度的控制问题，粗糙度并不是越小越好也不是越大越好，对于每一种机械类的产品都不同的粗糙度使用的范围。对于哪些要求加工以及工作环境比较恶劣的情况下，如果粗糙度较小将会给产品的性能的实用性带来一定的挑战。而对于要求比较光滑的使用条件就需要尽可能地减少粗糙度，在粗糙度较小的情况下来进行实际的加工生产，并且粗糙度的控制在机械加工中也是比较难以应对的环节，需要考虑多种因素来调节以及控制粗糙度。2.1.4齿轮机械加工中齿形与齿向误差。前文中提到了对于齿轮类产品的加工精度是十分严格的，严格在对于齿轮类型的零件需要考虑齿形以及齿向误差，这是其他零件所不用考虑的，由于齿轮传动的效率很高，齿轮传动最主要的部位就是齿，依靠齿轮之间的啮合来实现完整的传动过程。因此在机械加工过程中要考虑齿轮机械加工中的齿形以及齿向误差。比如渐开线型的齿轮，渐开线齿形有着良好的传动效率。另外还有齿向误差，齿向误差主要是和齿轮宽度的选择有关系，对于处在一定范围内的齿宽，也就相对应产生一定范围的齿向误差，这一误差是不可能消除的，需要根据具体的条件下，将齿向误差控制在一定的范围内，从而可以有效控制齿向误差。2.2机械加工过程中误差的控制分析。前文中重点分析了机械加工中存在的误差种类，重点是以一种比较特殊的机械零件，齿轮类型的零件作为根本的出发点，在这个过程中如何进行误差的控制呢。依然是以齿轮类型的零件加工中误差的控制来进行实际的研究。2.2.1径向跳动与端面跳动误差的控。轴齿轮滚齿加工过程中产生几何偏心的原因是两个孔与径向跳台之间不能进行安装上的重合。因此采用全新的径向检测装置，通过传感器的实时的控制误差达到两个孔与径向跳台之间进行安装上的重合，如图2所示。具体的原理是：当齿轮的滚齿被送到测量工位的基座上的时候，由传感器固定架来实时的将零件与测量台以及下方的定位孔之间的垂直方向监测是否在一条线上，通过自动调节基座的位置，将三者固定在一条线上，从而保证精度，另外回转台的回转精度也会通过传感器来进行实时的传递信息，从而保证回转精度控制在要求的范围内。从而控制径向跳动误差。2.2.2粗糙度公差的控制。对于粗糙度公差的控制主要依靠磨削来进行控制，对于要求比较高的，粗糙度要求比较大的就需要依靠砂轮进行研磨，在这个过程中要用粗糙度测量仪进行实时的检测，在满足粗糙度要求的一定范围内，要综合考虑粗糙度对于零件使用寿命的影响，并且在这个过程中需要综合的进行考虑，直到完整地将粗糙度控制在合理的要求范围内。2.2.3齿形与齿向误差的控制。对于齿形以及齿向误差的控制主要是在加工滚齿的过程中采用合适的方法来控制齿形以及齿向误差。轴齿轮滚齿的齿形主要是工作部分的齿形，进行齿形确定的方法主要是轮廓线方法，在机械原理中应用理想的齿形轮廓线方法可以描绘出应用轴齿轮滚齿齿形的具体形状，通过轮廓线方法来最终加工出所需要的齿形，从而最终可以将齿形以及齿向误差控制在一个合理的范围内。

3结语

综上所述，本文主要从在机械设计阶段以及机械加工两个大的方面的误差因素以及误差控制上来综合的叙述，重点分析了机械加工中误差的种类以及各个种类产生的原因，然后重点对齿轮型零件的误差控制进行研究分析，从而也为其他机械零件在机械设计到机械加工过程中误差的控制提供新的方法。

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作者:崔颖 刘华 李蒙军 王彪 单位:东方汽轮机有限公司