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工藝系統(tǒng)的原始誤差：幾何誤差對(duì)加工誤差的影響及其主要控制方法 |
| 發(fā)布時(shí)間：2019/7/26 |
幾何誤差是影響機(jī)械加工精度即加工誤差的原始因素，包括3種類(lèi)型：卷板機(jī)床制造誤差、刀具和夾具的制造和磨損誤差以及人為誤差。
1)卷板機(jī)床制造誤差
在工藝系統(tǒng)中，卷板機(jī)床是系統(tǒng)的主要組成部分，盡管設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用了精確數(shù)據(jù)，但是制造時(shí)實(shí)際數(shù)據(jù)仍然會(huì)偏離設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這就造成了卷板機(jī)床的固有誤差(制造誤差)。卷板機(jī)床制造誤差是很復(fù)雜的。
①主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差
在主傳動(dòng)軸傳動(dòng)系統(tǒng)中，主軸的制造誤差、軸承和軸承座孔等的制造誤差、在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中各種力的干擾，以及傳動(dòng)系統(tǒng)中各部分配合的擬合性、潤(rùn)滑狀態(tài)等，都會(huì)使主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線發(fā)生變化，偏離理想回轉(zhuǎn)軸線。所謂主傳動(dòng)軸的“回轉(zhuǎn)誤差”，就是指在卷板機(jī)床運(yùn)行時(shí)主軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線偏離理想回轉(zhuǎn)軸線的這個(gè)偏離值；它具有方向性。
對(duì)于不同類(lèi)型的卷板機(jī)床，主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度的影響是不一樣的。此外，主傳動(dòng)軸使用的軸承種類(lèi)(例如是滑動(dòng)軸承還是滾動(dòng)軸承)同樣影響著它的回轉(zhuǎn)誤差。
對(duì)于工件回轉(zhuǎn)類(lèi)卷板機(jī)床(例如車(chē)床、磨床)，卷板機(jī)床運(yùn)行時(shí)工件在環(huán)繞主軸旋轉(zhuǎn)，而刀具位置固定不變。當(dāng)卷板機(jī)床主傳動(dòng)軸采用滑動(dòng)軸承、刀具切削刃正對(duì)工件軸心(誤差敏感方向。圖5.17)而且切削力方向不變時(shí)，主傳動(dòng)軸軸頸的圓柱度將影響工件的圓柱度。當(dāng)卷板機(jī)床主傳動(dòng)軸采用滾動(dòng)軸承時(shí)，通常情況下，滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)的外滾道的橢圓誤差使主軸產(chǎn)生徑向圓跳動(dòng)，則影響著工件的徑向圓跳動(dòng)。
對(duì)于刀具回轉(zhuǎn)類(lèi)卷板機(jī)床(例如鏜床)，卷板機(jī)床運(yùn)行時(shí)刀具在環(huán)繞主軸旋轉(zhuǎn)，而工件位置固定不變。當(dāng)卷板機(jī)床主傳動(dòng)軸采用滑動(dòng)軸承時(shí)，誤差敏感方向和切削力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，因而，主傳動(dòng)軸軸承座孔內(nèi)圓表面的圓柱度影響工件的圓柱度。當(dāng)卷板機(jī)床主傳動(dòng)軸采用滾動(dòng)軸承時(shí)，通常情況下，滾動(dòng)軸承外環(huán)的內(nèi)滾道的橢圓誤差使主軸產(chǎn)生徑向圓跳動(dòng)。
總之，不管是工件回轉(zhuǎn)類(lèi)卷板機(jī)床還是刀具回轉(zhuǎn)類(lèi)卷板機(jī)床，不管是使用滑動(dòng)軸承還是使用滾動(dòng)軸承，由此產(chǎn)生的主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差都在直接影響工件的圓柱度或者徑向圓跳動(dòng)量。這些將影響防爆電氣設(shè)備，例如隔爆型電氣設(shè)備的防爆安全性能：圓柱度將導(dǎo)致圓筒形隔爆接合面的隔爆間隙出現(xiàn)附加值。
這里需要說(shuō)明的是，上述所謂的“誤差敏感方向”是指，在車(chē)削圓柱體表面時(shí)，刀具切削刃垂直加工工件表面的法線方向(圖5.17)。由分析可知，加工誤差與原始誤差的關(guān)系近似為
②卷板機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差
在卷板機(jī)床中，導(dǎo)軌是確定卷板機(jī)床主要部件相對(duì)位置的基準(zhǔn)；它的各種誤差使卷板機(jī)床出現(xiàn)導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差，直接影響工件的加工誤差。
所謂導(dǎo)軌的“導(dǎo)向誤差”，是指卷板機(jī)床導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)方向偏離理想運(yùn)動(dòng)方向的偏離值。造成導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差有各種因素：制造方面的，例如結(jié)構(gòu)、材料等；安裝方面的，例如地基質(zhì)量、水平校正等；使用方面的，例如軌道配合間隙調(diào)整、導(dǎo)軌副磨損、潤(rùn)滑和日常維護(hù)，如此等等。
導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差對(duì)于不同的加工方法和不同的加工對(duì)象會(huì)造成不同的加工誤差。在分析導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差對(duì)工件的加工誤差的影響時(shí)，主要是分析導(dǎo)向誤差引起刀具切削刃和工件在誤差敏感方向上的相對(duì)位移。對(duì)于不同的加工方法和不同的加工對(duì)象，這個(gè)位移是不一樣的，因而，造成的加工誤差也是不一樣的。
當(dāng)使用車(chē)床車(chē)削圓柱面時(shí)，誤差敏感方向在水平方向。
在這種情況下，卷板機(jī)床導(dǎo)軌既存在水平導(dǎo)向誤差又存在垂直導(dǎo)向誤差，那么，由式(5.6)和圖5.17可知，導(dǎo)軌在水平方向上存在的導(dǎo)向誤差對(duì)工件的加工誤差影響很大，在垂直方向上存在的導(dǎo)向誤差對(duì)工件的加工誤差影響很小，可以忽略不計(jì)。
此外，導(dǎo)向誤差對(duì)加工表面的圓柱度也有一定的影響；導(dǎo)軌的不平行同樣不同程度地影響加工誤差。
當(dāng)使用鏜床鏜孔時(shí)，誤差敏感方向隨主傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化。
在這種情況下，如果采用鏜刀桿進(jìn)給，則導(dǎo)軌不平直或與鏜刀桿軸線不平行等因素都會(huì)造成鏜孔與定位基準(zhǔn)產(chǎn)生位置誤差，不會(huì)產(chǎn)生形狀誤差；如果采用工作臺(tái)進(jìn)給，導(dǎo)軌不平直則引起鏜孔軸線不直，導(dǎo)軌與主傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)軸線不平行則引起鏜孔形狀誤差，呈橢圓形。
當(dāng)使用刨床刨平面時(shí)，誤差敏感方向在垂直方向。
在這種情況下，卷板機(jī)床導(dǎo)軌上有關(guān)平面的平面度直接影響工件的平面度。
③卷板機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差
一般地講，在機(jī)械傳動(dòng)卷板機(jī)床中，卷板機(jī)床傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯蓛?nèi)聯(lián)系的齒輪副、渦輪副和絲杠螺母副等環(huán)節(jié)組成的。這些組成環(huán)節(jié)的制造誤差和裝配誤差，以及在運(yùn)行過(guò)程發(fā)生磨損產(chǎn)生的磨損誤差，都會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，即傳動(dòng)誤差。
所謂卷板機(jī)床傳動(dòng)鏈的“傳動(dòng)誤差”，就是指在卷板機(jī)床運(yùn)行時(shí)內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈的首端元件和末端元件之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的誤差。這種誤差同樣影響著工件的加工誤差。
對(duì)于螺紋類(lèi)零件加工卷板機(jī)床，傳動(dòng)鏈末端元件是傳動(dòng)絲杠。此時(shí)，絲杠的轉(zhuǎn)角誤差即是傳動(dòng)誤差。
對(duì)于齒輪類(lèi)零件加工卷板機(jī)床，傳動(dòng)鏈?zhǔn)锥嗽堑毒咧鬏S，末端元件是工作臺(tái)。此時(shí)，傳動(dòng)誤差由刀具主軸的轉(zhuǎn)角誤差和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角誤差組成。
分析可知，由于內(nèi)聯(lián)系各組成元件的旋轉(zhuǎn)，且具有周期性，所以這些轉(zhuǎn)角誤差具有正弦特性。
事實(shí)上，傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差就是由這些正弦轉(zhuǎn)角誤差函數(shù)組成的，很復(fù)雜，難以準(zhǔn)確計(jì)算得到；它主要影響螺紋、齒輪類(lèi)零件的螺距等部位的加工誤差。
④控制卷板機(jī)床制造誤差對(duì)加工誤差影響的主要方法示例
就防爆電氣設(shè)備而言，控制卷板機(jī)床制造誤差對(duì)加工誤差影響的主要方法就是選擇合適的卷板機(jī)床。卷板機(jī)床制造誤差是卷板機(jī)床本身制造時(shí)產(chǎn)生的誤差，一旦卷板機(jī)床制造完成，它的制造誤差就是一定的，原則上，無(wú)法被使用人員進(jìn)行過(guò)多的調(diào)整，而只能從工藝方面采取一些措施來(lái)減小它對(duì)加工誤差的影響。
這里就與使用有關(guān)的控制卷板機(jī)床制造誤差對(duì)加工誤差影響的主要方法，舉例介紹一下：
對(duì)于主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工誤差的影響，人們可以采用剛性頂尖裝夾工件的方法來(lái)裝夾工件。在這種情況下，主傳動(dòng)軸只是使工件旋轉(zhuǎn)，元法使工件的軸心改變，因此回轉(zhuǎn)誤差無(wú)法反映在工件上。又如，在一些箱體類(lèi)零件上鏜孔時(shí)，人們可以使用兩個(gè)導(dǎo)向套的鏜模將鏜刀桿固定起來(lái)，鏜刀桿與主傳動(dòng)軸浮動(dòng)連接。這樣，鎂刀桿的回轉(zhuǎn)誤差與主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差無(wú)關(guān)，所以主傳動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)誤差就無(wú)法影響工件的加工誤差。
對(duì)于卷板機(jī)床導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差對(duì)加工誤差的影響，在卷板機(jī)床安裝時(shí)，人們應(yīng)該打好基礎(chǔ)并調(diào)整好卷板機(jī)床的水平度；在卷板機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，人們應(yīng)該隨時(shí)調(diào)整導(dǎo)孰的配合間隙并保證良好的潤(rùn)滑和及時(shí)的日常維護(hù)。這樣就可以減小導(dǎo)軌的翹曲和磨損造成的導(dǎo)向誤差，從而也就減,bY它對(duì)工件造成的加工誤差。
對(duì)于卷板機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)誤差對(duì)加工誤差的影響，人們可以采用傳動(dòng)鏈中傳動(dòng)元件少、末端傳動(dòng)比大的卷板機(jī)床，用以減小傳動(dòng)誤差對(duì)工件加工誤差的影響。
2)刀具和夾具的制造和磨損誤差
在工藝系統(tǒng)中，刀具和夾具是其重要的組成部分；它們同樣會(huì)存在制造誤差，以及在使用過(guò)程中發(fā)生磨損而產(chǎn)生磨損誤差。根據(jù)不同的刀具和夾具，這些誤差對(duì)工件的加工誤差的
①刀具誤差
對(duì)于定尺寸刀具類(lèi)，例如鉆頭、絲錐、板牙、鉸刀等，它們的尺寸誤差和形狀誤差直接決定和影響加工工件的尺寸誤差和形狀誤差。
對(duì)于成形刀具類(lèi)，例如成形車(chē)刀、成形銑刀、成形砂輪等，它們的形狀誤差直接決定和影響加工工件的形狀誤差。
對(duì)于普通單尖刀具類(lèi)，例如車(chē)刀、鏜刀、銑刀等，它們的制造誤差對(duì)加工工件的精度沒(méi)有太大的影響，而磨損對(duì)加工工件會(huì)造成尺寸誤差和形狀誤差。
這里需要指出的是，刀具的磨損在使用過(guò)程中是始終存在的。起始磨損較快，之后一段較長(zhǎng)切削路程內(nèi)磨損較慢，再后磨損加劇(這種，“使用過(guò)程”是指刀具切削工件的切削路程而不是使用時(shí)間)。一旦刀具磨損量急劇增加，人們就必須更換新的刀具。
②夾具誤差
夾具誤差主要是定位元件、導(dǎo)向元件、裝夾環(huán)節(jié)和分度機(jī)構(gòu)等組成部分的制造誤差和磨損誤差。
通常，夾具的這些誤差主要影響加工工件表面的位置誤差。
③控制刀具和夾具的制造和磨損誤差對(duì)加工誤差影響的主要方法示例
刀具和夾具的制造和磨損誤差不屬于卷板機(jī)床制造誤差，而是卷板機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的幾何誤差。控制它的主要方法是：
對(duì)于刀具誤差對(duì)加工誤差的影響，控制的唯一方法就是及時(shí)重新磨刀，或者更換新刀。
對(duì)于夾具誤差對(duì)加工誤差的影響，控制的唯一方法就是在夾具設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格控制對(duì)加工誤差有較大影響的尺寸精度或位置精度，一般情況下，可取工件上相應(yīng)的尺寸公差或位置公差的1/3—1/2(對(duì)于精加工用夾具)或者1/10～1/5(對(duì)于粗加工用夾具)。
3)人為誤差
在工藝系統(tǒng)中，卷板機(jī)床的安裝、刀具和工件在卷板機(jī)床上的定位、調(diào)整都會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差，這些誤差被定義為“人為誤差”；同樣不同程度地影響加工工件的加工精度，即加工誤差。
①卷板機(jī)床安裝誤差
卷板機(jī)床安裝不符合要求出現(xiàn)偏離設(shè)計(jì)要求的偏差被視為安裝誤差，即人為誤差。這不是卷板機(jī)床本身的誤差，而是人為安裝引起的。
卷板機(jī)床安裝正確與否由兩個(gè)因素確定：一是水平度或(和)垂直度，二是地基堅(jiān)實(shí)度。假若水平度或(和)垂直度偏離設(shè)計(jì)要求值，或者地基下沉，或者兩者兼之，就會(huì)造成卷板機(jī)床變形、導(dǎo)軌扭曲，這將導(dǎo)致導(dǎo)軌產(chǎn)生導(dǎo)向誤差。
這種安裝誤差同樣會(huì)造成工件出現(xiàn)加工誤差。
②定位誤差
工件在夾具中的定位不合理就會(huì)形成定位誤差。定位基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)或設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，或者工件基準(zhǔn)面的加工誤差、定位元件的磨損誤差都會(huì)引起定位誤差。
不言而喻，定位誤差會(huì)使工件產(chǎn)生加工誤差。
③調(diào)整誤差
在工藝系統(tǒng)中，刀具和工件在卷板機(jī)床上的相互位置是機(jī)械加工中保證工件加工精度的重要環(huán)節(jié)，是通過(guò)調(diào)整刀具、夾具和工件的相互關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種調(diào)整毫無(wú)疑問(wèn)地存在誤差。
這種在調(diào)整時(shí)產(chǎn)生的誤差被稱為“調(diào)整誤差”。假若在不考慮工藝系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)因素條件下，只要工藝系統(tǒng)的原始誤差達(dá)到工藝要求，那么調(diào)整誤差就是影響加工誤差的主要因素。
在機(jī)械加工過(guò)程中，這種調(diào)整通常采用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：試切法和調(diào)整法。顯然，這兩種調(diào)整方法同樣都會(huì)產(chǎn)生誤差。
當(dāng)使用試切法時(shí)，系統(tǒng)由操作人員自行調(diào)整。調(diào)整時(shí)，操作人員直接在卷板機(jī)床上調(diào)整刀具和工件的相對(duì)位置分步對(duì)工件試樣進(jìn)行部分試切，然后測(cè)量尺寸，再調(diào)整、再試切、再測(cè)量，直至尺寸符合要求為止。
當(dāng)使用調(diào)整法時(shí)，系統(tǒng)由專(zhuān)職調(diào)整人員調(diào)整。調(diào)整時(shí)，調(diào)整人員或調(diào)整對(duì)刀裝置或調(diào)整刀具、擋塊、行程開(kāi)關(guān)等的位置，之后對(duì)工件試樣進(jìn)行試切、測(cè)量、試切，如此達(dá)到設(shè)計(jì)要求；系統(tǒng)調(diào)整完好后交由操作人員進(jìn)行批量加工。
這兩種調(diào)整方法的調(diào)整誤差都是由測(cè)量誤差和進(jìn)給機(jī)構(gòu)位移誤差形成的。它們?cè)谟绊懼庸ふ`差。
④控制人為誤差對(duì)加工誤差影響的主要方法示例
人為誤差是卷板機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中人為因素形成的幾何誤差。因此，控制這種誤差的主要方法是：
對(duì)于卷板機(jī)床安裝誤差的影響，顯然，做好卷板機(jī)床安裝基礎(chǔ)，并校正好卷板機(jī)床導(dǎo)軌的水平度和(或)垂直度。
對(duì)于定位誤差的影響，找準(zhǔn)定位基準(zhǔn)，正確使用定位元件。
對(duì)于調(diào)整誤差的影響，當(dāng)使用試切法加工時(shí)，調(diào)整好刀架的進(jìn)給量(注意進(jìn)給機(jī)構(gòu)的“爬行現(xiàn)象”)以及試切和正切的切削層厚度；當(dāng)使用調(diào)整法加工時(shí)，大批量毛坯的尺寸、材料要一致，并從中抽取試切試樣，抽樣件數(shù)要合理，定程機(jī)構(gòu)及相關(guān)的電氣開(kāi)關(guān)、控制閥等的精度要合理；在測(cè)量尺寸時(shí)，選用精度合適的量具(就防爆電氣設(shè)備制造而言，沒(méi)有特殊的要求)。
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