軍工產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)精度要求控制的研究

梁永安 鐘夫壽

摘 要：本文對(duì)軍工機(jī)械設(shè)計(jì)精度的影響因素進(jìn)行分析，并提出設(shè)計(jì)精度的控制措施。力求通過(guò)明確精度可靠度與度量方法、科學(xué)處理誤差、做好機(jī)械設(shè)計(jì)精度評(píng)價(jià)等方式，使機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、功效與性能充分滿(mǎn)足軍工產(chǎn)品要求，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與加工目標(biāo)，綜合考慮各項(xiàng)影響因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)與加工工序，有效控制機(jī)械精度，延長(zhǎng)軍工產(chǎn)品的使用壽命。

關(guān)鍵詞：軍工產(chǎn)品;機(jī)械設(shè)計(jì);精度控制

引言：要想確保軍工產(chǎn)品功效最大限度發(fā)揮，使機(jī)械系統(tǒng)中各零部件功能得到充分發(fā)揮，并全方位協(xié)調(diào)配合，這對(duì)系統(tǒng)精度提出嚴(yán)格要求，特別是各子系統(tǒng)的相應(yīng)精度。對(duì)此，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)加工方法，準(zhǔn)確定位誤差分布位置，并采取科學(xué)高效的誤差處理方式，在確保機(jī)械精度的同時(shí)降低后續(xù)加工難度，節(jié)約貴重金屬資源使用量，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的綜合成本。

1軍工機(jī)械設(shè)計(jì)精度的特殊要求與影響因素

近年來(lái)，我國(guó)各行業(yè)在精準(zhǔn)度上的關(guān)注度逐漸提升，特別是航天、軍工等行業(yè)不斷完善。以軍工機(jī)械產(chǎn)品為例，對(duì)此類(lèi)產(chǎn)品精度提出更加嚴(yán)格要求，以氣缸體孔精度為例，要求達(dá)到H6級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，HRC50-60重載齒輪精度要求達(dá)到0.001false等等。軍工產(chǎn)品精度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、功能具有較大影響，還會(huì)關(guān)系到產(chǎn)品能否滿(mǎn)足軍事行業(yè)需求。但在生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備精度受影響的因素較多，主要影響因素包括系統(tǒng)幾何誤差、工件裝夾誤差、受力或受熱變形導(dǎo)致的誤差等等。其中，部件加工期間系統(tǒng)受切削力、熱量等作用發(fā)生變形，使工件與刀具相對(duì)位置發(fā)生改變，對(duì)最終形狀與尺寸精度造成不良影響。此外，設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行狀態(tài)下勢(shì)必會(huì)提高溫度和磨損度，如若未能有效控制溫度，這將直接影響機(jī)械精度，進(jìn)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)此，為保障產(chǎn)品質(zhì)量滿(mǎn)足軍工機(jī)械設(shè)計(jì)要求，企業(yè)應(yīng)注重機(jī)械設(shè)備的研發(fā)，可盡可能的提升加工精度，使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)盡量得到滿(mǎn)足，將精度控制在合理范圍內(nèi)，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量質(zhì)量提升[1]。

2軍工機(jī)械設(shè)計(jì)精度控制有效措施

2.1明確精度可靠度與度量方法

軍工產(chǎn)品對(duì)精度可靠度要求極為嚴(yán)格，該項(xiàng)指標(biāo)是指部件在特定加工裝配條件下，實(shí)際精度對(duì)設(shè)計(jì)精度的滿(mǎn)足概率。假設(shè)實(shí)際精度為c，則設(shè)計(jì)精度為[c]，因設(shè)計(jì)過(guò)程較為繁雜，受多種因素影響，要想使精度[c]的實(shí)際精度得到滿(mǎn)足需要設(shè)定一個(gè)要求，該要求為隨機(jī)事件，假設(shè)該事件為A，則產(chǎn)品相應(yīng)精度的普通可靠度可用公式表示為：

在精度測(cè)量方面，主要涉及兩個(gè)概念，即公差與誤差。二者均為數(shù)量值，但前者代表的是零件質(zhì)量指標(biāo)，單純?yōu)閿?shù)量值，誤差是在特定加工條件下，在諸多不確定因素共同影響下產(chǎn)生，誤差大小與分布情況與生產(chǎn)條件相關(guān)。通常情況下，誤差分析方式有兩種，一種是忽視誤差分布形式，只注重誤差實(shí)際上下限;另一種是綜合分析誤差現(xiàn)實(shí)分布規(guī)律。站在技術(shù)層面來(lái)看，可采用概率法進(jìn)行全面探究，不但要綜合判斷誤差范圍，還應(yīng)對(duì)公差實(shí)際變化情況下涉及的統(tǒng)計(jì)規(guī)律進(jìn)行分析。在精度可靠度測(cè)量后，還應(yīng)確定誤差位置，具體措施為：一是偏心分布。此種為單向分布方式，且非負(fù)值具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，如同射擊中靶心與槍彈間誤差一般;二是正態(tài)分布，也被稱(chēng)為是高斯分布，許多變量均滿(mǎn)足這一分布要求。例如，將機(jī)床調(diào)整好后進(jìn)行零件加工，在常規(guī)狀態(tài)下，零件尺寸誤差與正態(tài)分布較為相似。在等精度反復(fù)測(cè)量后，被測(cè)量誤差也與正態(tài)分布相符;三是等概率分布，該模式下誤差范圍為等概率，如末尾數(shù)四舍五入。在齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，受齒側(cè)間隙影響產(chǎn)生的回程誤差;軍工儀器中回轉(zhuǎn)部件偏心方向均近似360°范圍內(nèi)等概率分布[2]。

2.2科學(xué)處理誤差

在軍工機(jī)械設(shè)計(jì)期間，一旦產(chǎn)生誤差應(yīng)采取科學(xué)措施進(jìn)行處理，對(duì)每級(jí)誤差有效分配，使誤差能夠控制在特定范圍內(nèi)，且系統(tǒng)相關(guān)要求得到滿(mǎn)足，并在此基礎(chǔ)上明確不同零部件的精度要求，制定裝配工藝。如若機(jī)械系統(tǒng)精度確定，便會(huì)降低系統(tǒng)少環(huán)概率，采用極值法分配精度，利用多環(huán)高精度機(jī)械系統(tǒng)合理分配精度。在精度分配方面，可利用統(tǒng)計(jì)算法來(lái)完成，公式如下：

根據(jù)設(shè)計(jì)精度確定相應(yīng)的公差值，可將上述公式轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式中，TN代表的是組成環(huán)公差;ai代表的是公差等級(jí);ii代表的是公差單位;Ti代表的是系統(tǒng)精度;σi代表的是公差精度。經(jīng)過(guò)上述演變后，公差值、公差等級(jí)、尺寸間的聯(lián)系更加密切，與封閉系統(tǒng)相比，系統(tǒng)精度被更加明顯的表現(xiàn)出來(lái)，且精度與公差之間存在反比關(guān)系，可直觀展現(xiàn)系統(tǒng)質(zhì)量水平。

2.3采取標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)加工方法

為了提高軍工機(jī)械設(shè)計(jì)精度，應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工，并要選擇優(yōu)質(zhì)的設(shè)計(jì)加工材料，才可滿(mǎn)足軍事需求。在零部件設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)嚴(yán)格設(shè)定部件的各項(xiàng)參數(shù)，并由加工者依照指定的材料大小對(duì)零件批量生產(chǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)下確保產(chǎn)品質(zhì)量符合軍工產(chǎn)品相關(guān)規(guī)定，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本投入。在加工材料挑選時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)設(shè)備用途，選擇不易變形的優(yōu)質(zhì)材料，使設(shè)備的整體性能得到切實(shí)保障。此外，設(shè)備生產(chǎn)流程受到機(jī)械設(shè)計(jì)、加工的直接影響，這就要求設(shè)計(jì)者采取措施縮短零部件生產(chǎn)周期，如若加工時(shí)間較長(zhǎng)，可能導(dǎo)致零件受到周?chē)鷾囟取⒃O(shè)備磨損等因素影響，使精度無(wú)法滿(mǎn)足要求。對(duì)此，設(shè)計(jì)者應(yīng)制定最佳生產(chǎn)流程，避免因生產(chǎn)流程過(guò)長(zhǎng)使產(chǎn)品精度與品質(zhì)受損，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化精度設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品自身競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)軍工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3]。

2.4機(jī)械設(shè)計(jì)精度評(píng)價(jià)

軍工產(chǎn)品對(duì)機(jī)械精度要求十分嚴(yán)格，這就要求對(duì)產(chǎn)品精度與誤差分布情況綜合分析后，對(duì)產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)精度進(jìn)行對(duì)比和評(píng)價(jià)，從中選出最為準(zhǔn)確合理、與精度設(shè)計(jì)要求相符的方案。機(jī)械精度涉及到諸多變量，屬于n維空間向量，且不同向量值一旦確定，便要獲得系統(tǒng)精度評(píng)級(jí)結(jié)果。在設(shè)計(jì)期間，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變量M（x）、人機(jī)變量M（X）、工藝變量M2（X）與測(cè)量變量M3（X）等綜合分析。其中，M（x）代表的是機(jī)床設(shè)計(jì)特性相關(guān)變量;M2（X）代表的是與加工方式相關(guān)的變量;M（X）代表的是與機(jī)器操作相關(guān)的變量;M3（X）代表的是與數(shù)據(jù)測(cè)量相關(guān)變量。在上述幾種變量的共同影響下，可對(duì)相同類(lèi)別機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)創(chuàng)建精度評(píng)價(jià)目標(biāo)函數(shù)，并對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)變量函數(shù)進(jìn)行列舉。當(dāng)X范圍為[X0，X2，……，Xn]T時(shí)，目標(biāo)函數(shù)可表示為Mj（X）=Mj（x1，x2，……，xn）。

結(jié)論：綜上所述，為了提高我國(guó)軍事實(shí)力，對(duì)軍工產(chǎn)品的設(shè)計(jì)精度要求更加嚴(yán)格，這就要求設(shè)計(jì)者應(yīng)嚴(yán)格遵循產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定，選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，并通過(guò)明確精度可靠度與度量方法、科學(xué)處理誤差、做好機(jī)械設(shè)計(jì)精度評(píng)價(jià)等方式等方式，優(yōu)化設(shè)計(jì)與加工工序，使機(jī)械精度得到良好掌控，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本，促進(jìn)其使用效率提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫曉東，郭宇.軍工產(chǎn)品外包外協(xié)管理系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2019，041（021）：6-10，15.

[2]楊旸.機(jī)械設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)精度的影響[J].中國(guó)科技投資，2020，000（012）：218.

[3]姜天一.軍工產(chǎn)品機(jī)械設(shè)計(jì)精度要求控制[J].工程技術(shù)（全文版），2019（11）：00223-00223.

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