浅析机械设计与机械加工的误差

齐闯

【摘 要】随着社会经济的快速发展，机械工程成为人们关注的重点，人们对各种机械零件的精度要求也不断的增高，一个不合格的零件可能会带来不可挽回的损失。因此，机械加工的精度控制也越来越重要。机械加工的误差分析是一个复杂而漫长的过程，不同的原因会造成不同形式的误差，而相同的误差也可能是由几个不同的原因造成的。基于此，本文就机械设计与机械加工的误差进行分析与研究，促进其快速发展。

【关键词】机械设计；机械加工；误差

引言

随着社会经济的快速发展，我国的现代化工业也获得了前所未有的发展，对于工业生产来说，机械设计和机械加工具有非常重要的地位，而在机械设计环节和机械加工过程中所产生的误差，更是与生产的质量和效率息息相关。为了提高机械设计和机械加工的质量，就必须减少误差。导致误差出现的因素有很多，设计因素以及不规范的加工操作，都会影响到精度，不利于工业生产的稳定运行。

一、机械设计与加工中的误差分析及降低措施

对于机械产品来说，一般要经历产品的最初设计、产品的加工成型、产品的质量检测这三个阶段。产品的设计阶段是非常重要的阶段，后期生产出来的产品质量如何，与产品的设计水平有着很大的关系。因此，在选择材料时，必须考虑到产品的用途，并设计和选择合理的加工工艺，兼顾产品的先进性和实用性，对于可能会影响到产品质量的因素，进行充分的考虑，事先做好防范的措施。好的设计理念需要科学严谨的加工工艺来实现，而加工阶段则是产品成型的重要阶段，必须严格按照设计图纸的工艺流程执行操作，确保加工设备具有稳定可靠的性能。需要注意的是，加工过程中，需要对产品进行测量，而测量精度准确与否则直接影响到产品的精度。产品加工完成后，即进入产品检测阶段，这同样是一个不容忽视的环节，如果处理不当，很可能把合格的产品误检测为不合格產品，而不合格的产品则被当作合格产品来使用，进而影响到生产的稳定运行。机械产品所经历的这三个阶段，是一个有机的整体，而产品精度的问题也是贯穿于这三个阶段，因此，在每一阶段都必须严格按照规范进行操作，只有这样，才能提高产品的精度、减少误差，从而确保产品的质量。

二、机械设计的误差分析

为降低产品的误差，就必须提高设计阶段的技术水平，产品的设计会对接下来的产品加工和产品检测造成很大影响，而设计图纸则是整个生产过程的重要依据，为此，提高设计人员的设计水平和专业素质，尤其是要对加工工艺的熟练掌握非常重要，否则就很可能设计出根本无法生产出来的产品或者无法保证产品所需的精度，为了提高设计效率、节省设计时间、缩短设计周期，必须在设计之初就综合考虑好各种因素，提前防范，减少和尽量避免出现误差。

（一）加工工艺

不同的加工工艺，对材料的物理性能会产生不同的影响，进而影响到零件的误差。因此，在选择加工工艺时，要对材料的性能有充分的了解和认识，并结合产品成型需要，分析在加工过程中材料可能发生的应力变化，从而提高零件精度、降低误差。

（二）可加工性

零件的可加工性是设计中比较容易忽视的问题，实际上，如果在零件的可加工性方面进行充分的考虑，进行优化设计，简化零件的形状，使之便于加工成型，并根据精度要求的不同进行位置的区分，则可以在很大程度上提高零件的精度，使误差得以减少。

（三）材料问题

机械材料的选择是机械设计中最先要考虑的问题，在选择机械材料时，需要根据零件的用途进行科学合理的设计，在确保所需的性能指标的情况下，还要兼顾材料的经济性要求，避免不必要的浪费。

三、机械加工的误差分析

（一）传动系统的误差

机床内部的传动系统是整个机床的运动核心。机床在加工工件时，工件从形状规则的毛坯变成形状各异的产品的过程正是通过该系统内部一系列的传动元件，比如齿轮、蜗杆与丝杆等的紧密配合实现的。

在机床加工车螺纹、滚齿等对工件与刀具之间的传动比有严格要求的工件时，如果传动系统的精度较低，则工件的表面精度就难以达到要求。具体表现为齿间距不均匀、齿高不均匀或齿顶不在同一直线上，这会严重影响工件的使用性能。如果发现传动系统的精度较低，则一定要及时修理、调整。

（二）刀具、夹具和量具误差

1.刀具误差

刀具是加工时机床上与工件直接接触的部件，直接影响着加工工件的精度。一般而言，在加工不同材质的工件时，选择对应的刀具即可满足加工的要求，但刀具在装夹时可能会出现一定误差，比如刀具的刀刃顶尖与主轴回转中心线不重合（主要在车端面时产生影响，端面中心可能会存在一段盲区）。此外，刀具具有一定的使用寿命，长时间使用后会出现磨损。因此，当发现加工后工件表面不光滑时，应及时更换刀具。

2.夹具误差

夹具是机床的重要组成部分之一，工件在机床中的定位和夹紧是靠夹具实现的。夹具的主要作用是夹紧工件并确定其在机床中的位置，进而可减少机床的加工误差。夹具误差主要表现为定位误差，指在进行某一道工序时，加工的工序基准与工件的定位基准不重合，比如钻孔中心相比于设计中心存在偏移现象。

3.量具误差

量具是用来确定工件尺寸的工具，但有时采用量具测得的工件尺寸与实际尺寸不符，这是因为量具在长期使用后会出现磨损的现象。因此，在使用前，应查看所使用量具的零点是否可读零。

（三）加工工艺造成的误差

加工工艺造成的误差主要体现在加工过程中，主要指在整个工艺系统中，各个部位因机床运转产生的热量而出现了热变形。热变形在机床加工中是一种较为常见的现象，热变形对精度要求较低的加工工件的影响并不大，但在精密加工中，热变形会引起较大的误差，进而对工件产生巨大的影响。热变形主要包括机床热变形、刀具热变形和工件热变形。在机床加工中，刀具受热后会伸长，导致加工所得尺寸变小；工件热变形是指工件热膨胀导致加工时尺寸相比于变形前较大，进而导致加工所得尺寸变小。热变形的情况一般是因工艺方案不合理、主轴转速不合理或没有选择合适的冷却方案而引起的。

四、提高机械加工精度的具体方法

（一）减少原始误差

原始误差是机床加工过程中所普遍存在的，这种误差也是不可避免的，但是可以通过提高机床的物力效果、提高夹具精确度以及增强刀具的强度等措施降低因为物理因素而导致的原始误差的发生，具体到机械加工的流程中，应该根据不同的情况采取不同的措施提高机床加工的精度，比如对于表面成型的零件，要在降低工具误差和刀具安装上着手，降低误差的发生，而对于属于精密零件的则要从机床的几何精度、刀具形状以及工具热量变形等方面入手，想方设法消除或者减少这些因素的存在。

（二）转移原始误差

转移原始误差说白了就是将原始误差从误差敏感方向转移到非敏感方向，原始误差在零件的敏感程度上与其方向有直接的关系，如果误差出现在零件的敏感部位，比如在精密零件的表面中出现磨槽感，就会影响零件的使用性能，因此转移原始误差的方法就是在加工中将这些误差通过其它工艺转移到不影响机械产品性能方面上，比如在机床加工零件的精度达不到要求时，可以在工艺或者夹具等着手，创造条件，使机床的几何误差转移到不影响零件精度上。

（三）对误差进行分化和均化

为了进一步降低机械加工误差，提高精度，可以采取均化原始误差的方法，分化法就是根据误差的规律，进而将毛坯工序进行分类，然后在误差范围内进行定位，从而将机械加工零件的尺寸误差在整体上缩小。均化法就是通过加工是零件的表面误差不断地平均化和缩小化，这种方法就是通过对比相似工件，查找问题，然后在进行相互的修改与加工，例如对配合精度要求很高的轴和孔，常采用研磨工艺。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相对运动过程中对工件进行微量切削，高点逐渐被磨掉最终使工件达到很高的精度。

结束语

现代工业化社会中，机械设计与加工对工业生产的高效运行具有重要的作用，机械设计与加工的精度直接关系到生产的质量和效率，所以要提高机械设计与加工的质量，减少误差。在设计与加工的过程中，因为设计因素或者加工生产过程中的操作不规范，都会影响到精度而出现误差，进而影响到工业生产的稳定运行。文章对于机械设计与加工过程中影响误差的因素进行了分析，然后提出了降低的措施，对于提高机械设计与加工的精度具有重要的意义。

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