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工艺系统的原始误差:几何误差对加工误差的影响及其主要控制方法

发布时间:2019-7-26
  几何误差是影响机械加工精度即加工误差的原始因素,包括3种类型:卷板机床制造误差、刀具和夹具的制造和磨损误差以及人为误差。
  1)卷板机床制造误差
  在工艺系统中,卷板机床是系统的主要组成部分,尽管设计时设计数据采用了精确数据,但是制造时实际数据仍然会偏离设计数据,这就造成了卷板机床的固有误差(制造误差)。卷板机床制造误差是很复杂的。
  ①主传动轴的回转误差
  在主传动轴传动系统中,主轴的制造误差、轴承和轴承座孔等的制造误差、在运转过程中各种力的干扰,以及传动系统中各部分配合的拟合性、润滑状态等,都会使主轴的实际回转轴线发生变化,偏离理想回转轴线。所谓主传动轴的“回转误差”,就是指在卷板机床运行时主轴的实际回转轴线偏离理想回转轴线的这个偏离值;它具有方向性。
  对于不同类型的卷板机床,主传动轴的回转误差对加工精度的影响是不一样的。此外,主传动轴使用的轴承种类(例如是滑动轴承还是滚动轴承)同样影响着它的回转误差。
  对于工件回转类卷板机床(例如车床、磨床),卷板机床运行时工件在环绕主轴旋转,而刀具位置固定不变。当卷板机床主传动轴采用滑动轴承、刀具切削刃正对工件轴心(误差敏感方向。图5.17)而且切削力方向不变时,主传动轴轴颈的圆柱度将影响工件的圆柱度。当卷板机床主传动轴采用滚动轴承时,通常情况下,滚动轴承内环的外滚道的椭圆误差使主轴产生径向圆跳动,则影响着工件的径向圆跳动。
  对于刀具回转类卷板机床(例如镗床),卷板机床运行时刀具在环绕主轴旋转,而工件位置固定不变。当卷板机床主传动轴采用滑动轴承时,误差敏感方向和切削力方向随主轴旋转而发生变化,因而,主传动轴轴承座孔内圆表面的圆柱度影响工件的圆柱度。当卷板机床主传动轴采用滚动轴承时,通常情况下,滚动轴承外环的内滚道的椭圆误差使主轴产生径向圆跳动。
  总之,不管是工件回转类卷板机床还是刀具回转类卷板机床,不管是使用滑动轴承还是使用滚动轴承,由此产生的主传动轴的回转误差都在直接影响工件的圆柱度或者径向圆跳动量。这些将影响防爆电气设备,例如隔爆型电气设备的防爆安全性能:圆柱度将导致圆筒形隔爆接合面的隔爆间隙出现附加值。
  这里需要说明的是,上述所谓的“误差敏感方向”是指,在车削圆柱体表面时,刀具切削刃垂直加工工件表面的法线方向(图5.17)。由分析可知,加工误差与原始误差的关系近似为
  ②卷板机床导轨的导向误差
  在卷板机床中,导轨是确定卷板机床主要部件相对位置的基准;它的各种误差使卷板机床出现导轨的导向误差,直接影响工件的加工误差。
  所谓导轨的“导向误差”,是指卷板机床导轨副的运动件的实际运动方向偏离理想运动方向的偏离值。造成导轨的导向误差有各种因素:制造方面的,例如结构、材料等;安装方面的,例如地基质量、水平校正等;使用方面的,例如轨道配合间隙调整、导轨副磨损、润滑和日常维护,如此等等。
  导轨的导向误差对于不同的加工方法和不同的加工对象会造成不同的加工误差。在分析导轨的导向误差对工件的加工误差的影响时,主要是分析导向误差引起刀具切削刃和工件在误差敏感方向上的相对位移。对于不同的加工方法和不同的加工对象,这个位移是不一样的,因而,造成的加工误差也是不一样的。
  当使用车床车削圆柱面时,误差敏感方向在水平方向。
  在这种情况下,卷板机床导轨既存在水平导向误差又存在垂直导向误差,那么,由式(5.6)和图5.17可知,导轨在水平方向上存在的导向误差对工件的加工误差影响很大,在垂直方向上存在的导向误差对工件的加工误差影响很小,可以忽略不计。
  此外,导向误差对加工表面的圆柱度也有一定的影响;导轨的不平行同样不同程度地影响加工误差。
  当使用镗床镗孔时,误差敏感方向随主传动轴的旋转而发生变化。
  在这种情况下,如果采用镗刀杆进给,则导轨不平直或与镗刀杆轴线不平行等因素都会造成镗孔与定位基准产生位置误差,不会产生形状误差;如果采用工作台进给,导轨不平直则引起镗孔轴线不直,导轨与主传动轴旋转轴线不平行则引起镗孔形状误差,呈椭圆形。
  当使用刨床刨平面时,误差敏感方向在垂直方向。
  在这种情况下,卷板机床导轨上有关平面的平面度直接影响工件的平面度。
  ③卷板机床传动链的传动误差
  一般地讲,在机械传动卷板机床中,卷板机床传动链是由内联系的齿轮副、涡轮副和丝杠螺母副等环节组成的。这些组成环节的制造误差和装配误差,以及在运行过程发生磨损产生的磨损误差,都会使整个系统产生系统误差,即传动误差。
  所谓卷板机床传动链的“传动误差”,就是指在卷板机床运行时内联系传动链的首端元件和末端元件之间发生相对运动出现的误差。这种误差同样影响着工件的加工误差。
  对于螺纹类零件加工卷板机床,传动链末端元件是传动丝杠。此时,丝杠的转角误差即是传动误差。
  对于齿轮类零件加工卷板机床,传动链首端元件是刀具主轴,末端元件是工作台。此时,传动误差由刀具主轴的转角误差和工作台的转角误差组成。
  分析可知,由于内联系各组成元件的旋转,且具有周期性,所以这些转角误差具有正弦特性。
  事实上,传动链的传动误差就是由这些正弦转角误差函数组成的,很复杂,难以准确计算得到;它主要影响螺纹、齿轮类零件的螺距等部位的加工误差。
  ④控制卷板机床制造误差对加工误差影响的主要方法示例
  就防爆电气设备而言,控制卷板机床制造误差对加工误差影响的主要方法就是选择合适的卷板机床。卷板机床制造误差是卷板机床本身制造时产生的误差,一旦卷板机床制造完成,它的制造误差就是一定的,原则上,无法被使用人员进行过多的调整,而只能从工艺方面采取一些措施来减小它对加工误差的影响。
  这里就与使用有关的控制卷板机床制造误差对加工误差影响的主要方法,举例介绍一下:
  对于主传动轴的回转误差对加工误差的影响,人们可以采用刚性顶尖装夹工件的方法来装夹工件。在这种情况下,主传动轴只是使工件旋转,元法使工件的轴心改变,因此回转误差无法反映在工件上。又如,在一些箱体类零件上镗孔时,人们可以使用两个导向套的镗模将镗刀杆固定起来,镗刀杆与主传动轴浮动连接。这样,镁刀杆的回转误差与主传动轴的回转误差无关,所以主传动轴的回转误差就无法影响工件的加工误差。
  对于卷板机床导轨的导向误差对加工误差的影响,在卷板机床安装时,人们应该打好基础并调整好卷板机床的水平度;在卷板机床运行过程中,人们应该随时调整导孰的配合间隙并保证良好的润滑和及时的日常维护。这样就可以减小导轨的翘曲和磨损造成的导向误差,从而也就减,bY它对工件造成的加工误差。
对于卷板机床传动链的传动误差对加工误差的影响,人们可以采用传动链中传动元件少、末端传动比大的卷板机床,用以减小传动误差对工件加工误差的影响。
  2)刀具和夹具的制造和磨损误差
  在工艺系统中,刀具和夹具是其重要的组成部分;它们同样会存在制造误差,以及在使用过程中发生磨损而产生磨损误差。根据不同的刀具和夹具,这些误差对工件的加工误差的
  ①刀具误差
  对于定尺寸刀具类,例如钻头、丝锥、板牙、铰刀等,它们的尺寸误差和形状误差直接决定和影响加工工件的尺寸误差和形状误差。
  对于成形刀具类,例如成形车刀、成形铣刀、成形砂轮等,它们的形状误差直接决定和影响加工工件的形状误差。
  对于普通单尖刀具类,例如车刀、镗刀、铣刀等,它们的制造误差对加工工件的精度没有太大的影响,而磨损对加工工件会造成尺寸误差和形状误差。
  这里需要指出的是,刀具的磨损在使用过程中是始终存在的。起始磨损较快,之后一段较长切削路程内磨损较慢,再后磨损加剧(这种,“使用过程”是指刀具切削工件的切削路程而不是使用时间)。一旦刀具磨损量急剧增加,人们就必须更换新的刀具。
  ②夹具误差
  夹具误差主要是定位元件、导向元件、装夹环节和分度机构等组成部分的制造误差和磨损误差。
  通常,夹具的这些误差主要影响加工工件表面的位置误差。
  ③控制刀具和夹具的制造和磨损误差对加工误差影响的主要方法示例
  刀具和夹具的制造和磨损误差不属于卷板机床制造误差,而是卷板机床运行过程中出现的几何误差。控制它的主要方法是:
  对于刀具误差对加工误差的影响,控制的唯一方法就是及时重新磨刀,或者更换新刀。
  对于夹具误差对加工误差的影响,控制的唯一方法就是在夹具设计时严格控制对加工误差有较大影响的尺寸精度或位置精度,一般情况下,可取工件上相应的尺寸公差或位置公差的1/3—1/2(对于精加工用夹具)或者1/10~1/5(对于粗加工用夹具)。
  3)人为误差
  在工艺系统中,卷板机床的安装、刀具和工件在卷板机床上的定位、调整都会产生不同程度的误差,这些误差被定义为“人为误差”;同样不同程度地影响加工工件的加工精度,即加工误差。
  ①卷板机床安装误差
  卷板机床安装不符合要求出现偏离设计要求的偏差被视为安装误差,即人为误差。这不是卷板机床本身的误差,而是人为安装引起的。
  卷板机床安装正确与否由两个因素确定:一是水平度或(和)垂直度,二是地基坚实度。假若水平度或(和)垂直度偏离设计要求值,或者地基下沉,或者两者兼之,就会造成卷板机床变形、导轨扭曲,这将导致导轨产生导向误差。
  这种安装误差同样会造成工件出现加工误差。
  ②定位误差
  工件在夹具中的定位不合理就会形成定位误差。定位基准与工序基准或设计基准不重合,或者工件基准面的加工误差、定位元件的磨损误差都会引起定位误差。
  不言而喻,定位误差会使工件产生加工误差。
  ③调整误差
  在工艺系统中,刀具和工件在卷板机床上的相互位置是机械加工中保证工件加工精度的重要环节,是通过调整刀具、夹具和工件的相互关系来实现的。这种调整毫无疑问地存在误差。
  这种在调整时产生的误差被称为“调整误差”。假若在不考虑工艺系统运行的动态因素条件下,只要工艺系统的原始误差达到工艺要求,那么调整误差就是影响加工误差的主要因素。
  在机械加工过程中,这种调整通常采用两种方法来实现:试切法和调整法。显然,这两种调整方法同样都会产生误差。
  当使用试切法时,系统由操作人员自行调整。调整时,操作人员直接在卷板机床上调整刀具和工件的相对位置分步对工件试样进行部分试切,然后测量尺寸,再调整、再试切、再测量,直至尺寸符合要求为止。
  当使用调整法时,系统由专职调整人员调整。调整时,调整人员或调整对刀装置或调整刀具、挡块、行程开关等的位置,之后对工件试样进行试切、测量、试切,如此达到设计要求;系统调整完好后交由操作人员进行批量加工。
  这两种调整方法的调整误差都是由测量误差和进给机构位移误差形成的。它们在影响着加工误差。
  ④控制人为误差对加工误差影响的主要方法示例
  人为误差是卷板机床运行过程中人为因素形成的几何误差。因此,控制这种误差的主要方法是:
  对于卷板机床安装误差的影响,显然,做好卷板机床安装基础,并校正好卷板机床导轨的水平度和(或)垂直度。
  对于定位误差的影响,找准定位基准,正确使用定位元件。
  对于调整误差的影响,当使用试切法加工时,调整好刀架的进给量(注意进给机构的“爬行现象”)以及试切和正切的切削层厚度;当使用调整法加工时,大批量毛坯的尺寸、材料要一致,并从中抽取试切试样,抽样件数要合理,定程机构及相关的电气开关、控制阀等的精度要合理;在测量尺寸时,选用精度合适的量具(就防爆电气设备制造而言,没有特殊的要求)。
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