■大連橡膠塑料機械股份有限公司 （遼寧 116036） 王德旭

微小誤差對加工制造的影響

■大連橡膠塑料機械股份有限公司 （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。

誤差即測量值與真實值之間的差異。誤差是不可避免的，只能減小。

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

工藝系統(tǒng)中各種誤差會以不同的程度和方式反映為零件的加工誤差。在完成任一個加工過程中，由于工藝系統(tǒng)各種原始誤差的存在，如機床、夾具和刀具的制造誤差及磨損、工件的裝夾誤差、測量誤差、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。

正因為誤差是不可避免的，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)，其中的尺度需要測量或操作人員現(xiàn)場把握。就是因為沒有對這些微小處進行很好的控制，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加工制造的影響。

1. 比例放大

比例放大指利用小尺寸的長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)用是測量相位或形狀時的誤差。

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，需要找正心軸的0°相位，使用心軸制造時預(yù)留的一處銑扁的平面。實際操作時，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倍長度，加之具體操作時，沒有完全使用20mm長，故誤差被放大了8 ～10倍。在此后的操作中，加大找正面的長度為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，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，在未聯(lián)接減速器時，需要確定并檢測兩零件的法向間隙。為了確定正確的相位關(guān)系，使用了一個找正平尺，放在聯(lián)軸器的2個齒上，通過平尺與4個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個聯(lián)軸器的4個齒是否接觸，檢查人員使用了一個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，開始檢測法向間隙。一次測量中，發(fā)現(xiàn)法向間隙嚴(yán)重超標(biāo)，要求為（10±2）mm，實際測量時，一面為6mm，一面為15mm，初步判斷為加工相位錯誤，要求將

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

圖2

圖3所示是一個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）是加工時的樣子，機床因為長期沒有調(diào)整，立柱與工作臺垂直度在全長上超過了0.1mm，而工件的高度達到了機床立柱加工行程的2/3，以設(shè)計基準(zhǔn)進行加工，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)對零件進行三坐標(biāo)檢測后，證實了不垂直的問題。經(jīng)過對其他幾件的檢測，證明存在相同的問題，隨后利用大理石彎尺對機床進行檢測，驗證了以上數(shù)據(jù)。

在同一機床上，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，嚙合時也發(fā)現(xiàn)存在一定的齒向精度問題，但精確測量后，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，平放在工作臺中心，利用工作臺旋轉(zhuǎn)分度，加工180mm的齒長，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)亦同樣會出現(xiàn)問題。此后，在還沒有調(diào)整機床的情況下，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，在其他垂直度檢測時，亦有同樣的問題，分別使用不同大小的兩個邊做基準(zhǔn)測量時，會得到不同的數(shù)值，需要根據(jù)具體情況進行處理。

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)生臺階。零件如圖4所示，先加工花鍵，再利用花鍵進行定位來加工外形，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。為了減少精加工測量相位的麻煩，正常的工藝是在硬化前，對端面不留余量，加工時亦按圖示要求進行相位加工，硬化后零件會變長；精加工時，將變長的部分兩面均勻磨掉，基本可以保證要求。對于導(dǎo)程大的零件，此工藝能夠很好地滿足要求，但對于小導(dǎo)程的部分，時常會在兩件組裝后，周向出現(xiàn)超1mm的錯位，出現(xiàn)明顯的臺階。例如，直徑100mm、導(dǎo)程30mm的零件，端面長度變化與外圓弧長變化比例約為1∶10，硬后化靠近外圓處的端面因伸長被

加工掉了0.1mm，通過計算，可以得到1.0mm周向誤差。因而，對于小導(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，邊磨邊用專門的塞規(guī)進行測量，根據(jù)測量的結(jié)果，決定端面每次的加工量。

圖4

2. 方向錯誤

深孔加工中最為重要的一點是引導(dǎo)孔質(zhì)量，一般要求引導(dǎo)孔按H7的公差配合進行預(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，會加劇孔心的偏斜程度，如果鉆孔長度為20倍、30倍直徑或是以上時，可能有1～2mm或以上的偏差。

深孔鉆在加工時，是自為基準(zhǔn)，使用自己加工好的孔來定位，再決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鉆頭偏斜，因為深孔鉆頭的剛性很差，預(yù)鉆孔的孔底會對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)的加工會一起偏下去，直至完成鉆孔操作。為了減少預(yù)鉆孔對鉆孔方向的影響，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，會因為力的作用而產(chǎn)生形變，如果在測量或是調(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，在箱體和箱蓋組立好后，沒有了水平基準(zhǔn)面，安裝時，只能使用這3處找正平臺來調(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，將減速箱體放置在安裝平臺上，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處的數(shù)值，便于在用戶現(xiàn)場安裝。

但是有幾個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，通過對多個調(diào)整墊鐵進行仔細(xì)的調(diào)整，解決了問題。事后分析，其主要原因為減速箱剛性不足，齒輪、齒輪軸將箱體壓變形了，而找正平臺較短，只能反映平臺附近的水平情況，不能有效反映整個結(jié)合面的水平要求。最后通過增加找正平臺的數(shù)量，再配合剛性較好的平尺，跨平臺綜合找正、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

微小誤差時常會引起明顯的錯誤，對加工制造產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。其最主要的原因是放大理論，只要這個誤差出現(xiàn)在了基礎(chǔ)的位置，在其之上的部分都可能因為放大情況的存在，而將微小誤差放大到不可接受的程度。同時，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待工作中的每一項誤差，使用合適的方法，最大程度地減少對誤差數(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加工制造的影響。

收稿日期：（20150616）