机械设计与机械加工误差探究

机械设计与机械加工误差探究

迟少斌

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摘要：中国作为世界供应链的一个中心，国内的机械化、智能化生产水平位于世界前列。中国为适应国际制造业的发展需求，制定了中国制造2025计划，以此推动中国制造业向高端发展，为中国制造业的发展指明方向。机械设计和机械加工过程是生产生活中的关键步骤，而由于各种客观因素的限制，机械加工与机械设计过程在具体的操作过程中难免会产生误差，误差的存在会影响加工产品的质量与工厂生产效率。所以研究机械设计的过程与机械加工误差的产生原因，并对造成误差的原因进行总结分析，以此来改进机械加工系统，以降低在生产过程中的误差。

关键词：机械设计；机械加工；误差；思考

引言：

高精度的加工机床一直都被国外垄断，国内高精机床的发展困难，尤其是在机床母机的研制上到处受限，这也是我国无法继续发展高精尖的数控机床的主要原因。现在我国高精度的机床主要依赖进口，伴随着高昂的成本也是阻碍我国继续发展高精数控技术的主要原因。所以发展数控技术，增加机床的加工精度是减小机械加工误差的主要途径，要减小机械加工的误差其本质上是要增加机床的定位精度，运用闭环控制系统增加数控机床的稳定性与减少误差。

一、机械设计与机械加工简述

我国已经成为国际供应链的一个中心，但我国处于供应链的中低端，在国际供应链中的高端产品竞争力一直不足[1]。华为企业靠科技创新挤进了世界供应链的高端市场，但由于基础制造业不够发达，被以美国为首的西方国家“卡了脖子”，现在有芯片制造的技术却没有芯片制造的实力，在高端市场竞争乏力，手机销量一落千丈。我国是一个制造业大国，但还不是制造业强国，当我国开始走入机械自动化生产的模式时，西方以德国为首的工业强国就已经开始提出以智能制造为主的“工业4.0”战略。在此背景下，我国开始布局“中国制造2025”。在制造强国的背景下，我国机床得到一定的发展，但突破点仍然在工业母机的突破。工业母机是整个制造业改革的核心，更被称为工业体系中的基石，作为整个工业制造产业链的核心，工业母机一直都被用来衡量一个国家制造业发展水平。

如要减小加工误差，不仅需要合理的产品设计，更需要能够满足加工需求的机床。所以根据国内整体的制造业水平来分析，在工厂内部根据已有的设备机械工程师要根据实际需求设计产品，用设计弥补机床精度的不足[2]。加工人员在加工产品的过程中需要根据设计人员的图纸，制定合理的加工工序，先进行粗加工，然后进行精加工；先加工整体形状，再加工具体结构。通过后期的操作来弥补机床加工精度不足的缺陷，能够有效地减少机械加工的误差。将视野放到整个中国的制造业，中国需要加大投入研制工业母机，突破西方的技术壁垒，实现制造强国的国家战略。减少机械加工精度的根本方法，不断突破机床的加工精度限制，只有掌握了世界先进的机床制造技术，才有可能正真成为制造强国。

二、机械设计中误差分析及降低误差的措施

在有限的时间内，我们国家制造业是需要面临机床精度不高、加工误差大的客观现实，但作为制造大国，加工一些加工精度没那么大的产品还是没有问题的。对于这些机械产品来说，要成为一个合格的机械产品，必须要经历设计、加工、质量监测三个重要阶段。对产品进行设计是一个产品生产的条件，机械工程的设计水平最终会影响产品后续的加工质量。机械工程师如果设计不合理，不仅产品的质量不过关，而且还会加快机床的疲劳，使机床的老化加快，增加制造成本。所以，在进行产品设计时，不仅要追求生产产品，更要注重经济性与效率，需要充分考虑产品的用途，制定其加工标准，使之在满足产品日常使用的前提下，尽量减少加工工序与加工过程，最大程度上增加生产效率与经济效益。

在产品设计过程中，要充分考虑会影响产品质量的因素，如人为因素与机器的磨损等客观因素，机械工程师可以通过合理的设计减小这些客观因素对产品质量产生的影响。合理的工件设计与完善的加工工序是一件优秀产品被生产出来的主要因素，所以在生产一件产品时，需要着重关注产品的设计。

（一）机械材料造成的误差与解决措施

在进行机械设计时，产品所选用的材料在一定程度上决定了产品最终成型的质量。良好的力学性能、耐疲劳度等都是设计过程中需要考量的要素。在设计一个产品时，不需要追求最好的材料，只需要产品的设计能够满足预期的使用场景的使用要求就好[3]。机械材料的选择决定了产品的设计方向，材料的各种性质决定了零件的加工工序，如果加工工序与材料的性质不匹配，则可能会减少刀具的使用寿命，严重时会引发安全事故。所以机械工程师在选择材料的过程中要尽量与加工工序相匹配，这样才能在最大程度上减少加工产品的误差。

（二）机械加工的误差分析及降低误差的措施

机械加工过程是机械产品成型的关键步骤，在这个过程中，机工根据设计师的图纸加工产品，选择合适的工序对产品进行加工，简化加工步骤，以减少产品的加工误差。在加工过程中，机工需要充分考虑影响产品最终质量的各种因素，如加工机床的老化等客观因素。就目前生产加工的具体情况来看，机床产生误差的主要因素有传动链的误差、主轴和导轨位置偏离误差等。机工需要灵活处置，如产生了主轴误差，分析其原因主要是在加工机械产品回转时，因为回转误差的客观存在，会对机床的同轴度等产生影响，从而使机床产生误差。根据其原因，技工就需要不定时地矫正主轴误差、定期保养机床，以确保机床的加工精度。加工过程不仅需要按照机械工程师的设计图进行加工，同时机工的加工经验与机床操作的熟练度也会影响最终的产品质量，所以各个生产车间还可以不定期对机工进行培训，确保机工能够学习先进的机床操作知识，不断为车间提升生产力。

在对工件进行加工时，如果基准点定位出现误差，产品后续的加工也会受到影响，进而产生误差。所以在实际的加工过程中，基准点的定位精度非常重要。定位时，机工需要严格按照设计师所设计出来的图纸对工件进行定位，为了减少由于基准点定位误差而导致的加工误差，要求加工工件的基准点与设计图中的基准点要尽量重合，要避免因为误差而导致基准发生偏移，进而影响加工精度。机工在实际的加工过程中，无论选择什么样的加工表面，都无法有效避免定位误差，但是在加工的过程中选择合适的基准则有可能减少误差的产生，所以机工可以根据具体情况对加工表面进行选择。

三、结束语

制造业是每个国家经济发展的重要产业支撑，没有制造业支撑的国家经济结构非常脆弱。制造业的基础是机床，而工业母机作为“生产设备的设备”在整个国家的制造业中占据非常重要的地位。所以要减少机械加工的误差，就需要不断发展数控机床的研制技术，持续推动我国向制造强国迈进。在工厂中，相关人员也需要充分利用有限的资源，加强在机械设计和机械加工阶段的研究，尽可能减少由于这两个阶段的操作失误而引起的误差。

参考文献：

[1] 崔颖，刘华，李蒙军，等. 新形势下机械设计与机械加工的误差分析[J]. 科技经济导刊,2020,v.28;No.722(24):42-43.

[2]王玮.石油机械设计加工问题的思考[J].中国设备工程,2022(1):2.

[3]曹继斌.机械设计加工中应注意的几个问题[J].科研, 2021(2016-17):50-51.

作者简介：彭亚松（1984 -10）男，汉族，本科学历，初级职称，籍贯河北省石家庄晋州市；