SCI论文（www.lunwensci.com）
摘要 ：为对金属机械零件安装的几何误差进行准确测量， 本文将展开相关研究工作，主要论述零件安装几何误差类型及 出现原因，后介绍测量技术，并展开技术系统设计工作，最终对 系统进行测试， 通过测试结果论证测量技术的有效性， 同步阐述 系统应用的注意事项。通过测试证实， 文中技术及系统设计方案 有效， 可以对金属机械零件安装几何误差进行准确测量。
关键词 ：金属机械零件 ；零件安装 ；几何误差测量
金属机械零件安装有很高的质量要求，其中精准度是最关 键的质量指标，若精准度不足就说明零件安装很可能存在几何 误差，需要进行矫正。这一背景下，因为零件安装的几何误差难 以避免， 且为了准确矫正误差， 所以有必要对零件安装几何误差 进行测量， 而出于测量结果准确性考虑， 工作人员必须选择正确 的误差测量技术， 并系统性的展开测量工作， 旨在充分发挥技术 作用， 准确测量几何误差情况， 故为做到这一点应当对几何误差 测量技术的应用展开分析。
1 金属机械零件安装几何误差类型及出现原因
1.1 几何误差类型
金属机械零件安装中常见的几何误差有四种，分别为尺寸 误差、形状误差、位置误差、表面微观几何误差， 具体内容如下。
第一，尺寸误差是指零件本身的尺寸在某个方面与理想尺 寸存在误差， 例如零件的直径尺寸大于或小于理想直径尺寸， 随 即形成几何误差， 这种误差是最常见的几何误差， 若未能及时发 现，安装中就会出现异常，可能导致机械设备不能顺利运作，甚 至加大安全风险。
第二，形状误差是指零件外形的直线度、平面度、圆度、圆 柱度、线轮廓度、面轮廓度、轴径、孔径中，任意一方面不符合 理想值而形成的几何误差，这种误差会导致零件可能无法顺利 安装。
第三，位置误差是指零件加工后在表面、轴线、对称平面之 间的相互位置不能依照理想关系对应，诸如零件的某个部位并 未与对应部位完全对齐， 这就是典型的位置误差， 也是一类常见 的几何误差。
第四，表面微观几何误差是指零件表面的粗糙度、波纹度等 不符合理想值的误差现象。
1.2 几何误差出现原因
通常情况下，金属机械零件安装几何误差的原因有三种，具 体如下。
第一，零件加工因素，即零件加工决定了零件本身的尺寸、 形状、位置、表面，因此当零件加工工艺出现异常，就可能导致 零件本身出现几何误差，在安装中会造成相同的几何误差影响，故零件加工是导致几何误差的主要原因。
第二，人为因素，即零件安装一般由人工负责执行，而安装 的每个环节都有标准要求，但人工操作的稳定性不足，因此有 可能在某个安装环节出现误差， 或者导致零件受损， 出现几何误 差，该因素下最常见的几何误差就是形状误差， 诸如零件表面受 到冲击，出现表面下凹等现象，因此零件平面度受到影响，出现 几何误差。
第三，环境因素，即零件虽然是金属材质，稳定性较强，但 受一些特定的环境因素影响，零件会出现一些细微的变化，出 现几何误差。环境因素的种类有很多，其中较具代表性的是温 度，诸如金属零件在高温环境下会出现膨胀现象，以上四大几 何误差类型都可能因为该现象发生，且可能同时发生，所以要 引起重视。
2 金属机械零件安装几何误差测量技术与系统设计
2.1 测量技术
因为金属机械零件安装几何误差类型多，且各类型形式很 多，所以单一的技术不满足几何误差测量需求， 本文主要参照几 何误差的四大类型，选择尺寸误差、形状误差、位置误差、表面 微观几何误差检测技术， 各项技术针对性强， 单独使用能够有效 测量几何误差。而考虑到技术应用的便捷性与测量结果的一体 性，下文将通过系统设计将相关技术整合， 形成几何误差综合测 量技术系统。另外，尺寸误差、形状误差、位置误差、表面微观 几何误差测量技术的具体内容如下。
2.1.1 尺寸误差测量技术
尺寸误差是常见的金属机械零件几何误差，指金属机械零 件大小、厚薄指标与标准不符， 一旦出现会严重影响金属机械零 件安装质量， 诸如可能导致金属机械零件无法安装， 也可能导致 金属机械零件安装后无法起到应用作用。针对尺寸误差，常用 的误差检测技术有很多，诸如直接测量技术、检测测量技术、单 项测量技术、综合测量技术、工序测量技术等，这些技术算在具 体形式上有所不同，但原理比较类似，以直接测量技术为例，工 作人员直接使用工具对金属机械零件进行相关指标测量，然后 将测量结果与标准进行对比， 如果两者一致， 就说明金属机械零 件没有尺寸误差，反之存在尺寸误差，结果与标准差值越大，尺 寸误差情况越严重。为了更好的执行尺寸误差检测工作， 建议工 作人员在检测之前详细记录待测金属机械零件的标准尺寸，而 后采用“一测一记”的工作模式记录每个金属机械零件的产量结 果，这样能够保障测量结果完整， 同时在条件允许的情况下可以 对每个零件进行两次至三次检测， 目的是保障测量结果正确， 最 后将测量结果与预先记录的标准进行对比即可判断金属机械零件是否合格。
2.1.2 形状误差测量技术
形状误差相对少见，一般指金属机械零件的轮廓形状与标 准不符，诸如零件轮廓弧度不足或过度弯曲等就是典型的形状 误差，形状误差同样会对金属机械零件安装造成比较严重的影 响，其具体影响在上文的论述中已经提到。因此，虽然形状误差 相对少见，但也要引起人们的重视。针对形状误差，一般需要采 用公差测量技术，而该项技术在不同的测量指标上有不同的形 式，因此要做好形状误差测量技术，必须先明确测量指标，再选 择针对性的技术形式，本文主要以轴径、孔径、角度三大指标为 例，介绍各种形式的形状误差测量技术 ：第一，针对轴径，如果 实际情况对轴径指标精度要求不是很高，处于中、低等级，那么 可以使用卡尺、千分尺、专用量表等工具进行测量，如果实际生 产量较高， 建议采用光滑极限量规判方法进行轴径测量， 断轴的 实际尺寸和形状误差是否合格。而当实际精度要求较高时， 就必 须使用机械式测微仪、电动式测微仪、光学仪器进行测量，目前 立式光学计测量是高精度轴径测量中最常用的技术工具 ；第二， 针对孔径， 如果生产量较小、孔径精度要求不高， 可以使用卡尺、 内径千分尺、内径规、内径摇表、内测卡规等工具进行测量，反 之生产量较大、孔径精度要求不高， 也可以采用光滑极限量规工 具。面对孔径精度要求较高的测量工作， 这应当使用内径百分表 或千分表、卧式测长仪进行测量。另外，若孔本身比较细长，工 具不方便进入其中进行测量， 可以选择小孔内视镜、反射内视镜 工具，或使用电子深度卡尺进行测量 ；第三，针对角度，要根据 具体情况来选择测量技术， 即如果需要进行相对测量， 且检测精 度要求较高，那么可以使用角度量块、直角尺、多面棱体进行测 量，其中不同工具所测量的角度不同， 诸如直角尺就专门用于测 量直角。在测量要求相对低， 但测量指标较多的情况下可以进行 直接测量， 过程中需要使用角度仪等工具对零件的角度量块、多 面棱体、棱镜等进行测量，使用光学分度头对零件圆周分度进 行测量，使用样板、角尺、万能角度尺完成其他角度测量。如果 以上测量技术不方便使用， 可以考虑间接测量技术， 即主要使用 正弦规、滚柱和钢球等进行测量， 条件允许也可使用三坐标测量 机。另外，如果在角度测量中遇到了角度较小的情况，那么可以 选择水平仪、自准直仪、激光小角度测量仪等工具进行测量。
2.1.3 位置误差测量技术
位置误差与形状误差非常相似，本质都属于几何公差误差， 因此测量方法上基本相同，此处不多加赘述。但值得注意的是， 位置误差测量中一定要注意零件轴线等参数的对齐关系，不能 只对某一处进行测量， 正确的做法是测量完有一处之后， 再对对 应处进行测量， 两处对齐这说明没有位置误差， 反之金属机械零 件不合格。
2.1.4 表面微观几何误差测量技术
最常见的表面微观几何误差就是表面粗糙度误差，因此本 文主要针对该误差形式对相关测量技术进行分析。表面粗糙度 误差测量方法有四种， 分别为 ：第一比较法， 这种方法主要通过 放大镜等工具进行测量， 过程中需要借鉴标准件， 通过对比的方法来判断被测件表面粗糙度的级别， 根据结果判断其是否合格 ； 第二干涉法， 该方法主要利用光波干涉原理进行测量， 通过光波 反馈结果可作出判断， 判断准确性比较高 ；第三光切法， 该方法 与比较法比较相似， 但其中使用的工具一般是双管显微镜， 因为 工具更加先进， 所以测量进度比较高 ；第四针描法， 该方法主要 通过表面粗糙度仪来实施，依照仪器触针在零件表面的移动情 况可以作出准确判断。
2.2 系统设计
本系统设计分为硬件设计、软件设计及硬软件衔接三个步 骤，各步骤具体内容如下。
第一，硬件设计。本系统硬件设计使用到了传感、传输两大 技术，使用 Struts、Hibernate 构成J2EE 框架，该框架具有轻量级 的优点，能够支撑系统硬件运作，并负责储存运作数据，可以给 硬件设备提供良好环境。J2EE 框架基础上，使用Tomcat轻量级 服务器，用于支撑JSP、Servlet-web。系统主要硬件为齿轮齿条传 动副，可使测量加运动，推动测量进度，而为了保障运动方向准 确，在传动副上安装了运动导向机构， 同步还在测量架上安装了 电机，对电机运行功率进行了设定，保障测量家运作速度恒定， 能缓速允许。在测量架后方安设测量区， 区域内安装了光电编码 器，该设备可以对金属机械零件集合参数进行测量， 自动读取当 前集合参数， 借助导向轮， 所有放在测量架上的待测零件都会被 传输到测量区接受测量， 过程中还会进行旋转， 以便编码器进行 多面测量。另外，出于零件测量的多种要求考虑，本系统在测试 区还安装了夹具、加温等设备， 以供人工选择。
第二，软件设计。本系统软件主要包括数据采集软件、数据 分析软件、数据库软件三项，其中数据采集软件主要接受光电编 码器读取得到的几何参数，随后将参数传输到数据分析软件中， 分析软件会对几何参数进行预处理，根据编码完成参数分类，随 后与标准值进行对比，判断零件是否存在几何误差、存在何种集 合误差，分析软件所用的标准值来源于数据库软件，即人工会在 数据库软件中预先设定好相关标准值，支撑分析软件运作，同时 每次分析所得结果也会被自动保存在数据库软件中， 方便人工查 阅分析过程。为了优化系统的测量功能，本系统三大软件均采用 C/S 工作模式，使得系统具备单曲线、多曲线绘制功能，采集所 得数据会被绘制成相关曲线， 让数据分析过程更加清晰、易懂。
第三，硬软件衔接。系统硬件主要负责执行测量工作，软件 则主要负责控制硬件， 用于改变测量条件， 因此硬软件衔接就是 让软件能够对硬件进行控制。着眼于这一点， 首先在硬软件之间 安装了换能器，目的是将硬件的光电编码器采集参数转换为数 字格式，以便软件读取，根据采集参数，人工可以在软件端对测 量环节进行控制，并且对测量结果作出判断，可提供控制方向。 其次采用总线技术将硬软件衔接，人工在软件端输入的指令会 顺延总线到达硬件的某个设备上，诸如人工要提高夹具夹紧度， 可以在软件端设定参数， 再发送指令， 指令顺延总线被夹具控制 单元接受， 促使夹具夹紧度提升到设定参数值， 提升过程也会通 过总线反馈给软件端， 促使人工能判断测量工作是否可以开始。
3 金属机械零件安装几何误差测量系统测试
3.1 测试前提
遵照四大几何误差，本系统测试中选择了四十个存在几何 误差的零件作为样品， 各几何误差共十个零件， 每个零件的几何 误差值已经预先测量完成， 做好了数据统计， 随后将零件送入系 统中接受测量， 若系统测量结果与预先测量结果之间没有， 就说 明本系统应用有效。
3.2 测试结果与讨论
针对各类几何误差待测零件，从各类误差零件中任选其一 作为分析案例， 与预先测量结果对比得到测试结果， 结果见表 1。
表 1 测试结果
通过表 1 可以看出，本系统测量结果与预先测量结果完全一 致，因此本系统应用有效。着眼于几何误差出现的三大原因，本 系统可起到预防误差的作用 ：
第一，针对零件加工因素，将加工零件送入本系统接受测 量，可判断零件是否存在误差，若存在误差则要求返工，避免零 件加工因素影响。
第二，针对人工因素，在零件安装之前预先使用本系统进行 测量，确认零件是否存在几何误差，若不存在则进行安装，如果 多次安装无果，或者发现异常，则继续测量，查看零件是否受人 工因素影响出现了几何误差， 若出现则更换零件。
第三，针对环境因素，对于长时间放置在高温或其他特殊环 境中的零件进行测量， 能确认零件当前是否出现膨胀等现象， 若 存在则说明零件有几何误差， 人工及时更换即可。
从此处可以看出，使用本系统能够保障零件安装不受几何 误差影响， 可起到良好预防作用。
4 系统应用的注意事项
任何几何误差测量系统在应用中都可能出现误差，这些误 差并不来源于系统本身， 而是因为人工使用不当， 这一点对于本 系统而言也不例外，所以在系统应用中人工需要注意相关事项， 下文将对主要事项进行论述。
4.1 测量随机误差
机械零件在接受测量的过程中会展开一系列的运动，以保 障测量结果的完整性， 而所有运动步骤也有相关标准， 一旦其中 某个运动步骤不符合标准， 就可能导致测量结果出现误差， 这种 误差没有规律可言，而且包括众多的类型，故被称为随机误差， 很容易使人作出误判， 错将良好零件视作几何误差零件。为了避 免随机误差的情况出现，工作人员应当清楚了解随机误差的出 现原因， 通常情况下是因为测量系统的硬件部分存在异常， 诸如 某些硬件夹具之间的间距增大，故人工依照标准规范设置夹紧度，并不能保障零件被充分夹紧，使得零件运动时出现一些异 常，诸如细微的位移或外泄等。针对这些现象，工作人员有必要 在测量之前对系统相关硬件设备的情况进行检查，若发现异常 要手动调试， 必须在硬件设备全部正常的情况下进行测量， 以免 发生随机误差。
4.2 测试条件异常
机械零件几何误差测量形式众多，部分测量需要预先设定 测试条件，诸如需要先加温测试区温度，再对机械零件，过程中 要保障测量结果准确， 测试区温度就要达到标准值。但系统实际 应用中偶尔会发生测试条件异常的现象，即工作人员在软件端 设定了标准温度，而等待一段时间之后测试区的温度却未达到 标准，且不再提升，或者出现不升温现象，这两种现象的主要原 因在于 ：第一， 因为硬件加温设备出现了故障， 不能正确执行指 令，所以测试区温度无法达标 ；第二， 硬软件之间的通信渠道出 现了异常情况之后， 导致软件指令无法传输给硬件。针对这两种 现象，工作人员理应对实际情况进行识别，再根据原因进行处 理，例如调试加温设备，使其恢复正常，或者找出现场干扰源， 促使通信恢复正常， 这些都可以保障系统正常应用。
4.3 测量参数失准
机械零件几何误差测量需要结合实际情况来设置测量参数， 参数决定了测量结果的可靠性， 因此测量参数必须足够准确， 否 则测量结果会给人工造成误导，甚至因零件几何误差造成严重 问题。从这一角度出发，理论上每次进行测量时，人工都应当先 了解机械零件的基本情况，而后得出几何误差测量的参数要求， 再针对性的进行参数测量，但实际来看因为机械零件几何误差 测量的参数要求比较复杂，所以人工不可避免的会出现疏忽大 意的现象，一旦出现这种现象机械零件几何误差的测量参数就 可能失准，测量结果也就变得不可靠。为了避免这种情况发生， 测量过程中一定要仔细核对测量参数， 同时出于便捷性考虑， 可 以将机械零件分类， 按照分类进行统一批次测量， 这样可以避免 人工频繁更换测量参数， 尽可能降低测量参数失准的发生概率。
5 结语
金属机械零件安装中不能出现任意几何误差，否则会对机械设备的使用造成影响，甚至加大安全隐患，因此在零件安装之 前必须对零件进行几何误差测量。着眼于这一点，工作人员理应 了解几何误差的主要类型与原因，并慎重选择技术，通过系统完成测量工作，旨在保证机械零件质量，给零件安装打下良好基 础。同时针对机械零件几何误差成因，工作人员应当展开多次检测，避免不同因素的影响， 这有利于我国工业的发展可持续性与社会竞争力。
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/38722.html
