淺談機械精度設(shè)計

在加工零部件的過程中，不可避免地會產(chǎn)生不同程度的尺寸偏差、表面形狀偏差、位置偏差以及微觀不平度，這些偏差過大，將影響零件間的配合性質(zhì)，降低工件質(zhì)量，并且不利于零件的互換與維修。因此在設(shè)計機械時，除了進行運動分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度和剛度計算外，還必須進行精度設(shè)計一一合理地選擇公差。所謂精度設(shè)計，即公差設(shè)計，就是按照機械使用性能的要求，兼顧制造成本的限制，合理地確定零部件的公差，并用監(jiān)測手段保證其貫徹執(zhí)行。

機械精度設(shè)計是機械設(shè)計的重要內(nèi)容（領(lǐng)域）之一。隨著社會的進步和科技水平的提高，機器被賦予越來越高的功能要求、可靠性要求、經(jīng)濟性要求、環(huán)境要求及壽命要求。因此，人們意識到了一個超越于機械原理與設(shè)計、質(zhì)量管理與控制學、材料學、制造工藝學等許多學科之外，并以信息技術(shù)、實驗技術(shù)為基礎(chǔ)的新的分支，這就是機械精度設(shè)計。

1.機械精度設(shè)計的內(nèi)容

機械精度設(shè)計是以實際參數(shù)對設(shè)計參數(shù)的變動以及實際參數(shù)自身的變動對機器功能和機器制造使用成本的影響為研究對象，以保證機器預(yù)定功能的實現(xiàn)、保持機器預(yù)定功能的穩(wěn)定性，并獲得最大綜合效益為目的工作過程。

機械設(shè)計最終是以機器機構(gòu)設(shè)計為其表達形式，而機器結(jié)構(gòu)必然會體現(xiàn)一定的功能，這些功能必須與機器的預(yù)定功能、壽命及預(yù)定成本相一致。機器結(jié)構(gòu)的功能基本上可以分為運動功能和動力功能兩個方面，適應(yīng)與這兩個方面的設(shè)計稱為運動設(shè)計和動力設(shè)計。反過來，這些功能又要通過結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。結(jié)構(gòu)的準確程度在很大程度上決定了運動和動力的準確程度。確切地說，機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計是基本設(shè)計，機械精度設(shè)計是針對機器結(jié)構(gòu)中需要注意結(jié)構(gòu)參數(shù)微小變化部分的設(shè)計。這個“微小變化”為：①“微小變化”的量是在制造誤差數(shù)量級；②“微小變化可能造成機器功能參數(shù)不可容忍的改變；③“微小變化”密切關(guān)聯(lián)著制造成本。

2.機器精度設(shè)計的基本原則

雖然機器的種類繁多，但做為機械設(shè)計的重要組成部分――機械精度設(shè)計，同樣也需要遵循一些原則。

2.1功能保證原則

以上的敘述已闡明了功能的含義，它是機器精度設(shè)計的出發(fā)點和歸宿。

2.2互換性原則

互換性是指某一產(chǎn)品（包括零件、部件等）與另一產(chǎn)品功能能夠彼此互相替換的性能。要使產(chǎn)品能夠滿足互換性的要求，就要使產(chǎn)品的幾何參數(shù)（包括尺寸、宏觀幾何形狀）和物理參數(shù)（機械性能、理化性能等）充分相似。機械零件幾何參數(shù)的互換性，是指同種零件在幾何參數(shù)方面，能夠彼此互相替換的性能。機械零件的形體千差萬別，僅從一些典型零件來看，就有圓柱形、圓錐形、單鍵、螺紋、齒輪等等，雖然其形體各異，但它們都是由一些點、線、面等幾何要素構(gòu)成。零件制造中由于在“機床-刀具-夾具-工件”組成的工藝系統(tǒng)有誤差存在，致使尺寸、幾何要素之間的相互位置，線與面的宏觀幾何形狀，表面的微觀幾何形狀或多或少地出現(xiàn)誤差，這些誤差被稱為尺寸誤差、位置誤差、形狀誤差和表面粗糙度。為了實際機械零件幾何參數(shù)的互換性，就必須按照一定的要求，把這些幾何參數(shù)的誤差限制在相應(yīng)的尺寸公差、位置公差、形狀公差和表面粗糙度要求的范圍內(nèi)。從設(shè)計上看，選用具有互換性的標準化零、部件，可以使設(shè)計簡化。從制造上看，可以使零、部件分別制造、集中制造，有利于采用成組技術(shù)，批量的擴大有利于降低成本和保證質(zhì)量；可以使裝配采用高效、先進的方法，提高裝配效率，保證裝配質(zhì)量。從使用上看，互換性可以使用戶更換零、部件或修理更方便，從而提高了機器的使用性。互換性是現(xiàn)代生產(chǎn)所應(yīng)遵循的一項基本原則，當然也是精度設(shè)計時優(yōu)先選用的原則。

2.3經(jīng)濟性原則

經(jīng)濟性原則是一切設(shè)計工作都要遵循的一條基本原則，機器精度設(shè)計時要作到的是：（1）達到精度要求的加工工藝性較好，易于組織生產(chǎn)，節(jié)省工時，降低管理費用。一般情況下，人們對于結(jié)構(gòu)工藝性通常較重視，而忽視了精度設(shè)計工藝。（2）合理的精度要求，避免多余功能和不必要的機器功能波動限制。（3）合理確定互換性程度，以降低對零件的加工精度要求，從而達到降低機器成本的目的。（4）注意精度儲備，以保證機器的使用壽命。

2.4匹配性原則

在對整機（或機構(gòu)、結(jié)構(gòu)）進行精度分析時，若機器中各部分、各環(huán)節(jié)對機器預(yù)定功能影響程度不同，應(yīng)分別提出不同的精度要求，也就是說，要進行恰當?shù)木确峙?。精度匹配的原則是：若影響程度相同或基本相同，精度分配時，應(yīng)使達到各部分，各環(huán)節(jié)精度的工藝難易程度大致相同，即作到工藝等價。某一重要零件、部件或重要表面的精度確定后，與其關(guān)聯(lián)的零、部件或表面的精度，以不致于對其精度產(chǎn)生影響為原則，即作到精度協(xié)調(diào)。例如，一般機械，運動鏈中的各環(huán)節(jié)要求精度高，應(yīng)當設(shè)法使這些環(huán)節(jié)保持足夠的精度。對于其它環(huán)節(jié)，則應(yīng)根據(jù)不同的要求分配不同的精度。

3.結(jié)語

機器精度的四項基本原則中，功能保證原則是從機器存在意義角度提出的；互換性原則是從社會生產(chǎn)經(jīng)濟性角度提出的；經(jīng)濟性原則是從具體生產(chǎn)對象的經(jīng)濟性角度提出的；匹配性原則既是生產(chǎn)對象設(shè)計過程的經(jīng)濟性原則，又是生產(chǎn)對象設(shè)計過程中所應(yīng)遵循的技術(shù)原則。任何加工方法都不可能沒有誤差，而零件幾何要素的誤差都會影響其功能要求的實現(xiàn)，公差的大小又與制造經(jīng)濟性和產(chǎn)品和使用壽命密切相關(guān)。因此，精度設(shè)計是機械零件設(shè)計的重要組成部分。