微小誤差對(duì)加工制造的影響

■大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司 （遼寧 116036） 王德旭

微小誤差對(duì)加工制造的影響

■大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司 （遼寧 116036） 王德旭

摘要：以工作中遇到的具體案例為例，介紹各種微小誤差對(duì)加工制造的影響及糾正措施。只要使用合適的方法，避免工藝系統(tǒng)中放大情況的存在，就可以將誤差控制在可以接受的范圍。

誤差即測(cè)量值與真實(shí)值之間的差異。誤差是不可避免的，只能減小。

由于量具精度、試驗(yàn)條件等因素的限制，測(cè)量不可能無限精確，在工序調(diào)整及加工過程中測(cè)量工件時(shí)，由于測(cè)量方法、環(huán)境等因素的影響，測(cè)量值與客觀存在的真實(shí)值之間總會(huì)存在一定的差異，這種差異就是測(cè)量誤差。

工藝系統(tǒng)中各種誤差會(huì)以不同的程度和方式反映為零件的加工誤差。在完成任一個(gè)加工過程中，由于工藝系統(tǒng)各種原始誤差的存在，如機(jī)床、夾具和刀具的制造誤差及磨損、工件的裝夾誤差、測(cè)量誤差、工藝系統(tǒng)的調(diào)整誤差以及加工中的各種力和熱所引起的誤差等，使工藝系統(tǒng)間正確的幾何關(guān)系遭到破壞而產(chǎn)生加工誤差。

正因?yàn)檎`差是不可避免的，在日常的生產(chǎn)過程中，人們往往只關(guān)注數(shù)值較大的誤差，而忽略了微小誤差，并且在某些場(chǎng)合，技術(shù)資料并沒有給出相應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，其中的尺度需要測(cè)量或操作人員現(xiàn)場(chǎng)把握。就是因?yàn)闆]有對(duì)這些微小處進(jìn)行很好的控制，給加工制造帶來不少麻煩。綜合微小誤差產(chǎn)生的原因，可以將其分為3類，分別是比例放大、剛性不足和方向錯(cuò)誤。下面以工作中遇到的具體案例為例，介紹各種微小誤差對(duì)加工制造的影響。

1. 比例放大

比例放大指利用小尺寸的長(zhǎng)度或面積來確定大尺寸的位置或尺寸精度，按比例放大了誤差。最典型的應(yīng)用是測(cè)量相位或形狀時(shí)的誤差。

如圖1所示，我公司的套類零件的內(nèi)孔花鍵與外形有相位要求，在使用心軸裝夾加工外形時(shí)，需要找正心軸的0°相位，使用心軸制造時(shí)預(yù)留的一處銑扁的平面。實(shí)際操作時(shí)，起初找正面寬度約為20mm，使用百分表找正平面兩邊誤差約為0.02mm。發(fā)現(xiàn)零件加工出來后，無法保證端面形狀相位正確，最大差0.2mm左右。經(jīng)查找，發(fā)現(xiàn)為找正平面尺寸和找正精度問題，工件直徑約為320mm，為找正平面8倍長(zhǎng)度，加之具體操作時(shí)，沒有完全使用20mm長(zhǎng)，故誤差被放大了8 ～10倍。在此后的操作中，加大找正面的長(zhǎng)度為40mm，提高了找正精度為0.01mm，基本解決了問題。

圖1

如圖2所示，我公司一設(shè)備裝配時(shí)，需要保證兩異向旋轉(zhuǎn)的軸的法向間隙均勻，使用齒形聯(lián)軸器同步傳動(dòng)，在未聯(lián)接減速器時(shí)，需要確定并檢測(cè)兩零件的法向間隙。為了確定正確的相位關(guān)系，使用了一個(gè)找正平尺，放在聯(lián)軸器的2個(gè)齒上，通過平尺與4個(gè)齒尖接觸來確定各軸的周向位置正確。為了確認(rèn)平尺與2個(gè)聯(lián)軸器的4個(gè)齒是否接觸，檢查人員使用了一個(gè)0.05mm的塞尺，來塞平尺與齒之間是否存在縫隙。確認(rèn)塞尺不過時(shí)，開始檢測(cè)法向間隙。一次測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)法向間隙嚴(yán)重超標(biāo)，要求為（10±2）mm，實(shí)際測(cè)量時(shí)，一面為6mm，一面為15mm，初步判斷為加工相位錯(cuò)誤，要求將

裝配的設(shè)備拆解，檢查零件。加工技術(shù)人員認(rèn)為加工不會(huì)存在問題，為了減少拆解的麻煩，對(duì)相關(guān)的測(cè)量過程進(jìn)行了分析。通過光照法，找到其中一個(gè)齒與平尺沒有完全接觸，但縫隙并沒有超過0.05mm，通過計(jì)算才發(fā)現(xiàn)，因?yàn)楣ぜy(cè)量處的直徑較大，這一縫隙被放大了60余倍，經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整后，達(dá)到了8mm的要求誤差范圍內(nèi)。而檢查人員根本沒有想到會(huì)有這樣的結(jié)果，決定以后的測(cè)量找正要實(shí)現(xiàn)“零”誤差。

圖2

圖3所示是一個(gè)典型的鏜床加工箱體類零件的例子，我公司有多種類似的零件需要在鏜床上加工。這種加工方法的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，是理論上比較正確的加工方法，但考慮到工件的高度有底面寬度的2倍還多，就產(chǎn)生問題了。

圖3（a）是加工時(shí)的樣子，機(jī)床因?yàn)殚L(zhǎng)期沒有調(diào)整，立柱與工作臺(tái)垂直度在全長(zhǎng)上超過了0.1mm，而工件的高度達(dá)到了機(jī)床立柱加工行程的2/3，以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)進(jìn)行加工，造成了零件加工后底面與側(cè)面不垂直的現(xiàn)象，將兩件與中間的聯(lián)接件緊固后，發(fā)現(xiàn)底面出現(xiàn)嚴(yán)重的的凹心現(xiàn)象，無法安裝到底座上，如圖3（b）所示。經(jīng)對(duì)零件進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)后，證實(shí)了不垂直的問題。經(jīng)過對(duì)其他幾件的檢測(cè)，證明存在相同的問題，隨后利用大理石彎尺對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證了以上數(shù)據(jù)。

在同一機(jī)床上，利用數(shù)控程序加工了模數(shù)20mm、齒數(shù)38、齒寬180mm、錐角14°的錐齒輪，嚙合時(shí)也發(fā)現(xiàn)存在一定的齒向精度問題，但精確測(cè)量后，僅有0.01～0.02mm，滿足精度要求。與上一零件的區(qū)別是，此件以φ650mm左右的端面定位，平放在工作臺(tái)中心，利用工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)分度，加工180mm的齒長(zhǎng)，屬于誤差縮小的作法。如果使用彎板，將齒輪安裝在彎板上，完全利用數(shù)控來加工，則可能不僅出現(xiàn)齒向問題，齒形和周節(jié)亦同樣會(huì)出現(xiàn)問題。此后，在還沒有調(diào)整機(jī)床的情況下，將零件以大平面定位，重修底面后，基本得到了合格的零件。

圖3

與圖3所示的例子類似，在其他垂直度檢測(cè)時(shí)，亦有同樣的問題，分別使用不同大小的兩個(gè)邊做基準(zhǔn)測(cè)量時(shí)，會(huì)得到不同的數(shù)值，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行處理。

我公司的一種螺旋類零件，內(nèi)孔花鍵與外形有相位關(guān)系要求，需要精確地保證位置精度，以便于將各件利用內(nèi)花鍵串起來而不至于在各件相鄰結(jié)合面處產(chǎn)生臺(tái)階。零件如圖4所示，先加工花鍵，再利用花鍵進(jìn)行定位來加工外形，外形硬化處理后，拋光表面，再精加工端面，保證花鍵與外形的相位關(guān)系。為了減少精加工測(cè)量相位的麻煩，正常的工藝是在硬化前，對(duì)端面不留余量，加工時(shí)亦按圖示要求進(jìn)行相位加工，硬化后零件會(huì)變長(zhǎng)；精加工時(shí)，將變長(zhǎng)的部分兩面均勻磨掉，基本可以保證要求。對(duì)于導(dǎo)程大的零件，此工藝能夠很好地滿足要求，但對(duì)于小導(dǎo)程的部分，時(shí)常會(huì)在兩件組裝后，周向出現(xiàn)超1mm的錯(cuò)位，出現(xiàn)明顯的臺(tái)階。例如，直徑100mm、導(dǎo)程30mm的零件，端面長(zhǎng)度變化與外圓弧長(zhǎng)變化比例約為1∶10，硬后化靠近外圓處的端面因伸長(zhǎng)被

加工掉了0.1mm，通過計(jì)算，可以得到1.0mm周向誤差。因而，對(duì)于小導(dǎo)程的零件，為了能夠得到正確的相位關(guān)系，不得不在磨端面時(shí)，邊磨邊用專門的塞規(guī)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量的結(jié)果，決定端面每次的加工量。

圖4

2. 方向錯(cuò)誤

深孔加工中最為重要的一點(diǎn)是引導(dǎo)孔質(zhì)量，一般要求引導(dǎo)孔按H7的公差配合進(jìn)行預(yù)鉆孔，深度約為1～2倍直徑，這一要求是為了保證鉆孔直線度。

如圖5所示，預(yù)鉆孔沒有進(jìn)行鉸孔，尺寸較鉆頭大了約0.1mm，預(yù)鉆孔深度約為2倍直徑，如此進(jìn)行鉆孔的情況下，除了可能引起加工狀態(tài)不穩(wěn)定，可能打刀外，最大的可能就是鉆孔中心線偏斜，如果是預(yù)鉆孔的鉆尖角小于鉆頭的鉆尖角，或是使用槍鉆，會(huì)加劇孔心的偏斜程度，如果鉆孔長(zhǎng)度為20倍、30倍直徑或是以上時(shí)，可能有1～2mm或以上的偏差。

深孔鉆在加工時(shí)，是自為基準(zhǔn)，使用自己加工好的孔來定位，再?zèng)Q定加工的孔的方向和尺寸，預(yù)鉆孔直徑偏大，最直接的影響是開始鉆孔時(shí)鉆頭偏斜，因?yàn)樯羁足@頭的剛性很差，預(yù)鉆孔的孔底會(huì)對(duì)鉆頭的入頭方向有較大的影響，一旦入頭產(chǎn)生偏斜，后續(xù)的加工會(huì)一起偏下去，直至完成鉆孔操作。為了減少預(yù)鉆孔對(duì)鉆孔方向的影響，需要盡可能減少預(yù)鉆孔與鉆頭間的直徑差，以減少可能的偏斜量，確保鉆頭正確的前進(jìn)方向，得到可以接受的鉆孔位置精度。

圖5

3. 剛性不足

任何材料在宏觀尺度上都是彈性體，會(huì)因?yàn)榱Φ淖饔枚a(chǎn)生形變，如果在測(cè)量或是調(diào)整中，不能充分考慮受力變形部分，將給制造或裝配帶來嚴(yán)重影響，特別是零件自重引起的變形更容易被忽略。

圖6所示是我公司典型的減速箱結(jié)構(gòu)，周邊設(shè)置了3處用于安裝找水平的找正平臺(tái)，在箱體和箱蓋組立好后，沒有了水平基準(zhǔn)面，安裝時(shí)，只能使用這3處找正平臺(tái)來調(diào)整減速箱水平。通常情況下，這一結(jié)構(gòu)工作良好，具體操作時(shí)，將減速箱體放置在安裝平臺(tái)上，用調(diào)整墊鐵支好箱體，安裝齒輪副，調(diào)整箱體結(jié)合面水平，確認(rèn)齒輪副接觸良好，再利用水平尺記下各找正平臺(tái)處的數(shù)值，便于在用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝。

但是有幾個(gè)減速箱在用戶安裝使用后，總是接觸率不好，最后檢查確認(rèn)為減速箱水平不好，結(jié)合面產(chǎn)生了波浪式的撓曲，通過對(duì)多個(gè)調(diào)整墊鐵進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)整，解決了問題。事后分析，其主要原因?yàn)闇p速箱剛性不足，齒輪、齒輪軸將箱體壓變形了，而找正平臺(tái)較短，只能反映平臺(tái)附近的水平情況，不能有效反映整個(gè)結(jié)合面的水平要求。最后通過增加找正平臺(tái)的數(shù)量，再配合剛性較好的平尺，跨平臺(tái)綜合找正、仔細(xì)調(diào)整的方法，基本解決了箱體剛性不足造成的因安裝調(diào)整不好引起的齒輪接觸率問題。

圖6

4. 結(jié)語

微小誤差時(shí)常會(huì)引起明顯的錯(cuò)誤，對(duì)加工制造產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。其最主要的原因是放大理論，只要這個(gè)誤差出現(xiàn)在了基礎(chǔ)的位置，在其之上的部分都可能因?yàn)榉糯笄闆r的存在，而將微小誤差放大到不可接受的程度。同時(shí)，也可能這些微小誤差處在不易被察覺的位置，而被人們忽略。因而需要我們正確地對(duì)待工作中的每一項(xiàng)誤差，使用合適的方法，最大程度地減少對(duì)誤差數(shù)值的依賴，避免放大情況的存在，減少不起眼的微小誤差對(duì)加工制造的影響。

收稿日期：（20150616）