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工藝系統的原始誤差：幾何誤差對加工誤差的影響及其主要控制方法 |
| 發布時間：2019/7/26 |
幾何誤差是影響機械加工精度即加工誤差的原始因素，包括3種類型：卷板機床制造誤差、刀具和夾具的制造和磨損誤差以及人為誤差。
1)卷板機床制造誤差
在工藝系統中，卷板機床是系統的主要組成部分，盡管設計時設計數據采用了精確數據，但是制造時實際數據仍然會偏離設計數據，這就造成了卷板機床的固有誤差(制造誤差)。卷板機床制造誤差是很復雜的。
①主傳動軸的回轉誤差
在主傳動軸傳動系統中，主軸的制造誤差、軸承和軸承座孔等的制造誤差、在運轉過程中各種力的干擾，以及傳動系統中各部分配合的擬合性、潤滑狀態等，都會使主軸的實際回轉軸線發生變化，偏離理想回轉軸線。所謂主傳動軸的“回轉誤差”，就是指在卷板機床運行時主軸的實際回轉軸線偏離理想回轉軸線的這個偏離值；它具有方向性。
對于不同類型的卷板機床，主傳動軸的回轉誤差對加工精度的影響是不一樣的。此外，主傳動軸使用的軸承種類(例如是滑動軸承還是滾動軸承)同樣影響著它的回轉誤差。
對于工件回轉類卷板機床(例如車床、磨床)，卷板機床運行時工件在環繞主軸旋轉，而刀具位置固定不變。當卷板機床主傳動軸采用滑動軸承、刀具切削刃正對工件軸心(誤差敏感方向。圖5.17)而且切削力方向不變時，主傳動軸軸頸的圓柱度將影響工件的圓柱度。當卷板機床主傳動軸采用滾動軸承時，通常情況下，滾動軸承內環的外滾道的橢圓誤差使主軸產生徑向圓跳動，則影響著工件的徑向圓跳動。
對于刀具回轉類卷板機床(例如鏜床)，卷板機床運行時刀具在環繞主軸旋轉，而工件位置固定不變。當卷板機床主傳動軸采用滑動軸承時，誤差敏感方向和切削力方向隨主軸旋轉而發生變化，因而，主傳動軸軸承座孔內圓表面的圓柱度影響工件的圓柱度。當卷板機床主傳動軸采用滾動軸承時，通常情況下，滾動軸承外環的內滾道的橢圓誤差使主軸產生徑向圓跳動。
總之，不管是工件回轉類卷板機床還是刀具回轉類卷板機床，不管是使用滑動軸承還是使用滾動軸承，由此產生的主傳動軸的回轉誤差都在直接影響工件的圓柱度或者徑向圓跳動量。這些將影響防爆電氣設備，例如隔爆型電氣設備的防爆安全性能：圓柱度將導致圓筒形隔爆接合面的隔爆間隙出現附加值。
這里需要說明的是，上述所謂的“誤差敏感方向”是指，在車削圓柱體表面時，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系近似為
②卷板機床導軌的導向誤差
在卷板機床中，導軌是確定卷板機床主要部件相對位置的基準；它的各種誤差使卷板機床出現導軌的導向誤差，直接影響工件的加工誤差。
所謂導軌的“導向誤差”，是指卷板機床導軌副的運動件的實際運動方向偏離理想運動方向的偏離值。造成導軌的導向誤差有各種因素：制造方面的，例如結構、材料等；安裝方面的，例如地基質量、水平校正等；使用方面的，例如軌道配合間隙調整、導軌副磨損、潤滑和日常維護，如此等等。
導軌的導向誤差對于不同的加工方法和不同的加工對象會造成不同的加工誤差。在分析導軌的導向誤差對工件的加工誤差的影響時，主要是分析導向誤差引起刀具切削刃和工件在誤差敏感方向上的相對位移。對于不同的加工方法和不同的加工對象，這個位移是不一樣的，因而，造成的加工誤差也是不一樣的。
當使用車床車削圓柱面時，誤差敏感方向在水平方向。
在這種情況下，卷板機床導軌既存在水平導向誤差又存在垂直導向誤差，那么，由式(5.6)和圖5.17可知，導軌在水平方向上存在的導向誤差對工件的加工誤差影響很大，在垂直方向上存在的導向誤差對工件的加工誤差影響很小，可以忽略不計。
此外，導向誤差對加工表面的圓柱度也有一定的影響；導軌的不平行同樣不同程度地影響加工誤差。
當使用鏜床鏜孔時，誤差敏感方向隨主傳動軸的旋轉而發生變化。
在這種情況下，如果采用鏜刀桿進給，則導軌不平直或與鏜刀桿軸線不平行等因素都會造成鏜孔與定位基準產生位置誤差，不會產生形狀誤差；如果采用工作臺進給，導軌不平直則引起鏜孔軸線不直，導軌與主傳動軸旋轉軸線不平行則引起鏜孔形狀誤差，呈橢圓形。
當使用刨床刨平面時，誤差敏感方向在垂直方向。
在這種情況下，卷板機床導軌上有關平面的平面度直接影響工件的平面度。
③卷板機床傳動鏈的傳動誤差
一般地講，在機械傳動卷板機床中，卷板機床傳動鏈是由內聯系的齒輪副、渦輪副和絲杠螺母副等環節組成的。這些組成環節的制造誤差和裝配誤差，以及在運行過程發生磨損產生的磨損誤差，都會使整個系統產生系統誤差，即傳動誤差。
所謂卷板機床傳動鏈的“傳動誤差”，就是指在卷板機床運行時內聯系傳動鏈的首端元件和末端元件之間發生相對運動出現的誤差。這種誤差同樣影響著工件的加工誤差。
對于螺紋類零件加工卷板機床，傳動鏈末端元件是傳動絲杠。此時，絲杠的轉角誤差即是傳動誤差。
對于齒輪類零件加工卷板機床，傳動鏈首端元件是刀具主軸，末端元件是工作臺。此時，傳動誤差由刀具主軸的轉角誤差和工作臺的轉角誤差組成。
分析可知，由于內聯系各組成元件的旋轉，且具有周期性，所以這些轉角誤差具有正弦特性。
事實上，傳動鏈的傳動誤差就是由這些正弦轉角誤差函數組成的，很復雜，難以準確計算得到；它主要影響螺紋、齒輪類零件的螺距等部位的加工誤差。
④控制卷板機床制造誤差對加工誤差影響的主要方法示例
就防爆電氣設備而言，控制卷板機床制造誤差對加工誤差影響的主要方法就是選擇合適的卷板機床。卷板機床制造誤差是卷板機床本身制造時產生的誤差，一旦卷板機床制造完成，它的制造誤差就是一定的，原則上，無法被使用人員進行過多的調整，而只能從工藝方面采取一些措施來減小它對加工誤差的影響。
這里就與使用有關的控制卷板機床制造誤差對加工誤差影響的主要方法，舉例介紹一下：
對于主傳動軸的回轉誤差對加工誤差的影響，人們可以采用剛性頂尖裝夾工件的方法來裝夾工件。在這種情況下，主傳動軸只是使工件旋轉，元法使工件的軸心改變，因此回轉誤差無法反映在工件上。又如，在一些箱體類零件上鏜孔時，人們可以使用兩個導向套的鏜模將鏜刀桿固定起來，鏜刀桿與主傳動軸浮動連接。這樣，鎂刀桿的回轉誤差與主傳動軸的回轉誤差無關，所以主傳動軸的回轉誤差就無法影響工件的加工誤差。
對于卷板機床導軌的導向誤差對加工誤差的影響，在卷板機床安裝時，人們應該打好基礎并調整好卷板機床的水平度；在卷板機床運行過程中，人們應該隨時調整導孰的配合間隙并保證良好的潤滑和及時的日常維護。這樣就可以減小導軌的翹曲和磨損造成的導向誤差，從而也就減,bY它對工件造成的加工誤差。
對于卷板機床傳動鏈的傳動誤差對加工誤差的影響，人們可以采用傳動鏈中傳動元件少、末端傳動比大的卷板機床，用以減小傳動誤差對工件加工誤差的影響。
2)刀具和夾具的制造和磨損誤差
在工藝系統中，刀具和夾具是其重要的組成部分；它們同樣會存在制造誤差，以及在使用過程中發生磨損而產生磨損誤差。根據不同的刀具和夾具，這些誤差對工件的加工誤差的
①刀具誤差
對于定尺寸刀具類，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。
對于成形刀具類，例如成形車刀、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。
對于普通單尖刀具類，例如車刀、鏜刀、銑刀等，它們的制造誤差對加工工件的精度沒有太大的影響，而磨損對加工工件會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程中是始終存在的。起始磨損較快，之后一段較長切削路程內磨損較慢，再后磨損加劇(這種，“使用過程”是指刀具切削工件的切削路程而不是使用時間)。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、導向元件、裝夾環節和分度機構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床制造誤差，而是卷板機床運行過程中出現的幾何誤差。控制它的主要方法是：
對于刀具誤差對加工誤差的影響，控制的唯一方法就是及時重新磨刀，或者更換新刀。
對于夾具誤差對加工誤差的影響，控制的唯一方法就是在夾具設計時嚴格控制對加工誤差有較大影響的尺寸精度或位置精度，一般情況下，可取工件上相應的尺寸公差或位置公差的1/3—1/2(對于精加工用夾具)或者1/10～1/5(對于粗加工用夾具)。
3)人為誤差
在工藝系統中，卷板機床的安裝、刀具和工件在卷板機床上的定位、調整都會產生不同程度的誤差，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卷板機床安裝誤差
卷板機床安裝不符合要求出現偏離設計要求的偏差被視為安裝誤差，即人為誤差。這不是卷板機床本身的誤差，而是人為安裝引起的。
卷板機床安裝正確與否由兩個因素確定：一是水平度或(和)垂直度，二是地基堅實度。假若水平度或(和)垂直度偏離設計要求值，或者地基下沉，或者兩者兼之，就會造成卷板機床變形、導軌扭曲，這將導致導軌產生導向誤差。
這種安裝誤差同樣會造成工件出現加工誤差。
②定位誤差
工件在夾具中的定位不合理就會形成定位誤差。定位基準與工序基準或設計基準不重合，或者工件基準面的加工誤差、定位元件的磨損誤差都會引起定位誤差。
不言而喻，定位誤差會使工件產生加工誤差。
③調整誤差
在工藝系統中，刀具和工件在卷板機床上的相互位置是機械加工中保證工件加工精度的重要環節，是通過調整刀具、夾具和工件的相互關系來實現的。這種調整毫無疑問地存在誤差。
這種在調整時產生的誤差被稱為“調整誤差”。假若在不考慮工藝系統運行的動態因素條件下，只要工藝系統的原始誤差達到工藝要求，那么調整誤差就是影響加工誤差的主要因素。
在機械加工過程中，這種調整通常采用兩種方法來實現：試切法和調整法。顯然，這兩種調整方法同樣都會產生誤差。
當使用試切法時，系統由操作人員自行調整。調整時，操作人員直接在卷板機床上調整刀具和工件的相對位置分步對工件試樣進行部分試切，然后測量尺寸，再調整、再試切、再測量，直至尺寸符合要求為止。
當使用調整法時，系統由專職調整人員調整。調整時，調整人員或調整對刀裝置或調整刀具、擋塊、行程開關等的位置，之后對工件試樣進行試切、測量、試切，如此達到設計要求；系統調整完好后交由操作人員進行批量加工。
這兩種調整方法的調整誤差都是由測量誤差和進給機構位移誤差形成的。它們在影響著加工誤差。
④控制人為誤差對加工誤差影響的主要方法示例
人為誤差是卷板機床運行過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：
對于卷板機床安裝誤差的影響，顯然，做好卷板機床安裝基礎，并校正好卷板機床導軌的水平度和(或)垂直度。
對于定位誤差的影響，找準定位基準，正確使用定位元件。
對于調整誤差的影響，當使用試切法加工時，調整好刀架的進給量(注意進給機構的“爬行現象”)以及試切和正切的切削層厚度；當使用調整法加工時，大批量毛坯的尺寸、材料要一致，并從中抽取試切試樣，抽樣件數要合理，定程機構及相關的電氣開關、控制閥等的精度要合理；在測量尺寸時，選用精度合適的量具(就防爆電氣設備制造而言，沒有特殊的要求)。
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