机械设计中数据精度的影响

相对于人类社会发展需求而言，机械工业是国民经济发展的重要基础，作为现代化工业产品的重要生产环节，机械设计是利用机械手段针对相关工件进行设计制造的过程。随着高尖科技的不断创新与发展，对于机械元件设计的精度要求愈来愈高，针对影响机械设计精度的误差成因，如何在机械设计过程中避免或减小机械部件的精度误差，提高和优化机械产品的设计质量及其性能，成为现代机械设计制造领域广为关注的技术问题，本文简述了机械数据精度的存在的问题及解决方法。

一、机械数据精度的概述

机械设计精度是指相关工件在设计完成后所具有的包括尺寸大小、几何形状以及各表面相互位置等参数的实际值，与其预先设计应具备的理想几何参数需求比对的相符程度。设计精度通常包括尺寸精度、形状精度和位置精度等方面的内容，尺寸精度用来限制设计表面与其基准间尺寸误差的范围，形状精度用来限制设计表面宏观几何形状误差，位置精度用来限制设计表面与其基准间的平行度、垂直度、同轴度等相互位置误差。由于设计机械的性能、技术方法、生产条件等因素的不同影响，机械设计出来的相关零件在其尺寸、形状和表面相互位置参数与理想参数总是存在一定的偏离误差，在数值上通常采用设计误差的大小来表示设計精度。机械元件的设计精度和表面质量等设计质量、是保证相关机械产品装配质量的基础，设计误差的大小反映了设计精度的高低。

二、机械设计数据误差及产生原因

任何零件在设计过程都会存在设计误差，工艺系统误差是“因”，设计误差是“果”。原始误差与设计误差是一个因果关系，就是说因为有原始误差的存在，所以零件一定存在着设计误差。因此，有多方面因素对此系统产生影响，引起设计误差，归纳起来有以下下面几点：

①工艺系统几何误差：包括机床、夹具、刀具的制造和磨损。尺寸链误差，机床传动链的静态和动态调整误差及工件、夹具、刀具的安装误差。

②定位基准与设计基准不重合时所产生的基准不重合误差：只有在采用调整法设计时才会产生，在试切法设计中不会产生。

③工艺系统热变形产生的误差：包括机床、刀具和工件热变形以及环境温度变化所产生误差。在设计过程中，由于受切削热、摩擦热及工作场地周围热源影响，工艺系统温度会产生复杂变化，工艺系统通常会发生变形，改变了系统中各组成部分的正确相对位置，导致了设计误差产生。

④由于人为情绪、技术水平不稳定所引起的设计误差。

三、机械设计工艺系统误差

1.机床的几何误差。在零件的实际实践设计过程中，刀具相对于工件的成形作用主要都是通过机床完成的，因此，工件的设计精度在很大程度上取决于机床的精度。我们了解到，而机床制造误差对工件设计精度影响较大的有，主轴回转误差、导轨误差和传动链误差。且不难发现，机床的磨损将使机床工作精度下降。

2.刀具的几何误差。任何刀具在切削过程中，都不可避免地要产生磨损，并由此引起所设计零件件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨地刀具材料，正确地采用冷却液、合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地刃磨刀具等，都可以有效减少刀具地尺寸磨损，因此从而提高所设计零件精准度。而必要时候还可以采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。

3.工艺系统受热变形引起误差。我们知道，工艺系统热变形对设计精度的影响比较大，特别是在精密设计和大件设计中，由热变形所引起的设计误差有时可占工件总误差的百分之40到百分之70。机床、刀具和工件受到各种热源的作用，温度会逐渐升高，与此同时，它们也会通过各种传热方式向周围的物质和空间散发热量。在此过程中，单位时间传入的热量与其散出的热量相等时，工艺系统就达到了热平衡状态。

四、提高机械精度的误差控制措施

相对而言，机械设计过程中的精度误差具有不可避免的客观性，但应该在最大可能的基础上将影响机械设计精度的误差因素控制在允许范围内，从而提高工件设计质量和精度，具体措施如下：

①减少原始精度误差。高零件设计所使用机床的几何精度，提高夹具、量具及工具本身精度，控制工艺系统受力、受热变形、刀具磨损、内应力引起的变形、测量误差等均属于直接减少原始误差。它是生产应用较广的一种基本方法。为了提高机械设计精度，需对产生设计误差的各项原始误差进行分析，根据不同情况对造成设计误差的主要原始误差采取不同的措施解决。对于精密零件的设计应尽可能提高所使用精密机床的几何精度、刚度和控制设计热变形；对具有成形表面的零件设计，则主要是如何减少成形刀具形状误差和刀具的安装误差。

②对传动精度实行实时补偿控制。在电子信息技术广泛使用以前，例如补偿控制技术主要应用在传动精度要求很高的机床中，其补偿控制装置由校正尺、杠杆、及接收附加运动的螺母等组成。机械补偿控制装置简单可靠，但补偿精度依赖于校正尺的制作精度，另外校正尺的调整也比较复杂。在现代数控机床上，一般都采用的软件补偿，事先测量好误差数据放在数据表中，数控系统在完成每一次精插补后，根据当前坐标位置从数据表中查找误差补偿值，并据此控制坐标轴一个附加的运动。

③加强精度误差预防。误差预防是指减少误差源、改变误差源至设计误差之间的数量转变关系。常用的方法有：直接减少原始误差法、误差转移法、采用先进工艺和设备法、误差分组法、就地设计法和误差平均法等等之类。实践与分析表明，精度要求高于某一程度后，利用误差预防技术来提高设计精度所花费成本等成指数增长。

④转移精度误差。实质就是将原始误差从误差敏感方向转移到误差非敏感方向上去。

五、结语

机械设计是当前机械工业产品的生产重要环节，随着国家科技的迅猛发展，对于机械工件的设计精度和质量要求程度较为严格，采取合理措施减少或消除相关影响机械设计精度的误差因素，是保障机械设计的产品质量的必要阶段。

参考文献：

[1]严桂英.改革与战略，2008

[2]张国丽.基于CAXA数控仿真系统的数学实训平台的研究.华北电力大学（保定），20012

作者简介：刘凯（1992-1），男，汉族，湖北黄冈人，江汉大学文理学院机电与建筑工程工程学部2011级机械设计制造及其自动化专业本科生。