機械零件加工精度測量技術及相關問題闡述

劉潔 謝立秋 米剛 孫大銘

山東勞動職業(yè)技術學院，中國·山東 濟南 250300

機械零件；加工精度測量技術；測量問題；現(xiàn)代測量手段

1 引言

在機械生產(chǎn)加工過程中，嚴格控制加工精度可以保證零件的生產(chǎn)質(zhì)量，有助于推動現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展。在生產(chǎn)中，技術人員往往會通過對零件加工精度進行測量來控制零件的加工質(zhì)量。在實際測量工作中，為了保證加工精度，技術人員需要正確認識當前的幾種測量技術，明確其測量上的精確度和使用中存在的誤差問題，這樣才能有效的提高精度測量的準確性，提高零件的生產(chǎn)質(zhì)量。

2 機械零件加工精度影響因素

在當前的機械加工行業(yè)中，機械零件的加工精度一般是指零件在加工完成之后，其自身的尺寸參數(shù)、形態(tài)以及各個結構的相互關系與理想的設計方案之間存在的差異，加工精度越高，則零件自身的尺寸等參數(shù)與設計方案的符合程度越高，更能滿足生產(chǎn)和使用過程的需求。而在生產(chǎn)加工過程中，機械零件的加工精度會受到多種因素的影響，造成零件生產(chǎn)質(zhì)量的下降。

第一，加工系統(tǒng)的幾何精度會影響零件的加工精度。當前的大規(guī)模生產(chǎn)中，企業(yè)一般借助機械加工系統(tǒng)來完成對零件的加工處理，常見的幾種加工系統(tǒng)包括機床、刀具以及夾具等。工藝系統(tǒng)的機械精度會從加工原理、調(diào)整誤差、機床誤差、夾具誤差以及刀具誤差等幾方面對零件的加工精度產(chǎn)生負面影響，造成零件精度數(shù)據(jù)的誤差問題。

第二，受力變形因素的影響。一般在生產(chǎn)中，零件會受到夾緊以及切削等力的影響，這完成了對零件結構的加工，但是，加工中的夾緊力以及切削力等會造成加工系統(tǒng)的變形，引起加工誤差，影響機械零件的加工精度。為了避免這一問題的存在，當前的機械零件加工過程對于加工系統(tǒng)的彈性變形抵抗能力有著一定的要求，抵抗能力越高，則工藝系統(tǒng)出現(xiàn)變形的可能性越低，有助于保證零件的加工精度。

第三，熱變形因素的影響，在機械零件的加工中，加工系統(tǒng)會產(chǎn)生發(fā)熱，進而出現(xiàn)變形情況。加工系統(tǒng)的熱變形會導致刀具和夾具出現(xiàn)結構變形問題，直接影響了零件的高精度加工。在加工系統(tǒng)的運行過程中，其熱源包括內(nèi)部熱源和外部熱源兩種，在實際生產(chǎn)中要注意對系統(tǒng)運行壓力進行控制，避免出現(xiàn)嚴重的熱變形問題[1]。

3 機械零件加工精度測量技術和存在的問題

在傳統(tǒng)的機械零件加工精度測量中，常見的幾種測量技術包括鋼直尺和卡鉗測量、游標卡尺測量以及百分表測量等幾種，不同的測量技術在測量精度上存在一定的差異，使用中也有著不同的需求。隨著當前零件加工精度的進一步提高，傳統(tǒng)的人工測量技術難以滿足生產(chǎn)需求，出現(xiàn)了一些精度上的問題。下表對不同類型的測量技術的精度進行了比較，并對各項測量技術使用需求和測量問題進行了分析。

表1 不同測量技術的測量精度

3.1 鋼直尺以及卡鉗測量

鋼直尺在傳統(tǒng)加工精度測量中用于對零件的長度數(shù)據(jù)進行測量，其測量精度為毫米級，因此在實際的使用中要注意測量范圍。為了提升測量精度，技術人員一般會將鋼直尺和卡鉗進行配合使用，卡鉗屬于簡潔性測量工具，內(nèi)卡鉗可以對一些圓形零件內(nèi)徑和凹槽尺寸參數(shù)進行測量，外卡鉗則可以對零件外徑以及平面長度等數(shù)據(jù)進行測量，卡鉗需要配合鋼直尺來讀取數(shù)據(jù)。在實際測量中，這兩種測量手段一般不會針對一些精度較高零件進行測量。由于一些測量人員對數(shù)據(jù)讀取和測量規(guī)則的認識不足，這兩種測量工具都可能出現(xiàn)較大的測量誤差，在測量工作中要多加注意[2]。

3.2 游標卡尺和千分尺測量

在機械零件加工精度的測量中，游標卡尺和千分尺是使用較多的兩種測量設備。游標卡尺的使用便利，且測量精度高于傳統(tǒng)的鋼直尺測量方式。游標卡尺的主要測量對象是零件的外徑、內(nèi)徑、長度等幾何參數(shù)。與游標卡尺相比，千分尺的測量精度更高，測量更為靈敏，一般對一些測量精度要求更高的零件進行測量。這兩種測量手段均要求人工進行操作，在當前的大規(guī)模生產(chǎn)中，人工的精度測量嚴重影響了生產(chǎn)效率，同時，人工測量往往難以避免產(chǎn)生誤差，為了降低誤差，測量人員需要進行多次的測量，對于生產(chǎn)效率有著極大的影響，已經(jīng)難以適應現(xiàn)代機械生產(chǎn)工作的需求。在游標卡尺的測量過程之中，其示值誤差的分析應當根據(jù)國家對于誤差的標準來進行。在測量之中為了保證準確性應當使用三級或是五等以上的測量塊進行檢定過程。實驗的進行過程之中為了測量效率一般會選擇多個檢定點來進行測量，在檢定點的選定上，實驗人員可以根據(jù)游標卡尺的實際測量范圍來進行檢定點的確定。

3.3 百分表測量

機械零件加工精度的測量中，百分表的使用較為特殊，其測量數(shù)據(jù)為相對數(shù)據(jù)，一般針對機械零件的誤差數(shù)據(jù)進行測量，常見的測量對象包括零件的平面度、圓度以及跳動頻率等，可以直接反映零件加工精度情況。百分表的刻度分為100 個等分格，指針前進一小格說明測量數(shù)據(jù)移動一毫米，在實際使用中，技術人員需要對小指針和大指針的數(shù)據(jù)進行分別的記錄，兩者相加獲得零件的最終測量數(shù)據(jù)。

4 現(xiàn)代虛擬精度測量技術的介紹

傳統(tǒng)的幾種精度測量技術依賴人力完成，測量效率低、數(shù)據(jù)分析難度高，難以滿足現(xiàn)代機械加工行業(yè)的生產(chǎn)需求。因此，在現(xiàn)代科學背景之下，技術人員應當結合現(xiàn)代信息技術，創(chuàng)新零件精度測量手段，提升測量的精確度。在當前的研究過程中，技術人員使用分布曲線法來對一批零件的加工尺寸進行展示，依照尺寸曲線的變化情況來對加工精度進行分析。現(xiàn)代虛擬測量技術應當包含尺寸信息的獲取、數(shù)據(jù)的處理、信息的顯示表達、精度數(shù)據(jù)的存儲傳遞等功能，系統(tǒng)的基本硬件模塊如下圖所示。

圖1 測量系統(tǒng)硬件組成

在現(xiàn)代測量系統(tǒng)之中，系統(tǒng)的信息獲取有傳感器來完成，之后上傳數(shù)據(jù)進行分析處理，最后計算機系統(tǒng)來完成信號的分析和處理，以此來提升精度數(shù)據(jù)獲取的準確性和數(shù)據(jù)處理效率，有效的提高了測量工作的進行準確性。

硬件系統(tǒng)完成對測量數(shù)據(jù)的獲取以及信息的傳遞過程，其包含信號處理電路、數(shù)據(jù)采集電路以及計算機計算分析系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)分析過程，并通過計算機來完成圖形界面的顯示，方便了工作人員對零件精度信息的直觀分析。傳感器完成對零件精度數(shù)據(jù)的獲取，因此一般位于測量系統(tǒng)的輸入端，將測量數(shù)據(jù)轉化為電信號進行存儲和傳輸。傳感器裝置完成信息的直接獲取，因此其運行效率質(zhì)量直接影響整體系統(tǒng)的功能。高質(zhì)量的傳感器可以將各類測量數(shù)據(jù)轉化為電平數(shù)據(jù)，且受到的干擾極少，具備極高的數(shù)據(jù)準確性。測量獲得的電信號需要進行再次的處理，這是信號處理電路的基本功能。信號處理器會對電信號進行放大，并將電信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集電路來進行存儲，轉化為數(shù)字信號，方便后續(xù)計算機設備來完成對測量精度的分析。在精度分析上，計算機設備會借助分布曲線來對零件精度進行分析，系統(tǒng)會結合測量數(shù)據(jù)來繪制分布曲線圖，以此來明確各個零件的加工質(zhì)量，并完成對其中不合格工件的記錄，有效的提高了生產(chǎn)精度管理工作的進行質(zhì)量。

5 結語

在當前的機械零件加工中，加工精度的測量是重要的工作內(nèi)容，其保證了整體生產(chǎn)質(zhì)量。在精度測量中，傳統(tǒng)的幾種測量技術存在測量準確性和測量效率上的問題，在未來的發(fā)展中，生產(chǎn)企業(yè)應當積極引入現(xiàn)代信息設備，提升精度測量效果，優(yōu)化零件的生產(chǎn)質(zhì)量，推動中國機械制造業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。