微小误差对加工制造的影响

■大连橡胶塑料机械股份有限公司 （辽宁 116036） 王德旭

微小误差对加工制造的影响

■大连橡胶塑料机械股份有限公司 （辽宁 116036） 王德旭

摘要：以工作中遇到的具体案例为例，介绍各种微小误差对加工制造的影响及纠正措施。只要使用合适的方法，避免工艺系统中放大情况的存在，就可以将误差控制在可以接受的范围。

误差即测量值与真实值之间的差异。误差是不可避免的，只能减小。

由于量具精度、试验条件等因素的限制，测量不可能无限精确，在工序调整及加工过程中测量工件时，由于测量方法、环境等因素的影响，测量值与客观存在的真实值之间总会存在一定的差异，这种差异就是测量误差。

工艺系统中各种误差会以不同的程度和方式反映为零件的加工误差。在完成任一个加工过程中，由于工艺系统各种原始误差的存在，如机床、夹具和刀具的制造误差及磨损、工件的装夹误差、测量误差、工艺系统的调整误差以及加工中的各种力和热所引起的误差等，使工艺系统间正确的几何关系遭到破坏而产生加工误差。

正因为误差是不可避免的，在日常的生产过程中，人们往往只关注数值较大的误差，而忽略了微小误差，并且在某些场合，技术资料并没有给出相应的参数数据，其中的尺度需要测量或操作人员现场把握。就是因为没有对这些微小处进行很好的控制，给加工制造带来不少麻烦。综合微小误差产生的原因，可以将其分为3类，分别是比例放大、刚性不足和方向错误。下面以工作中遇到的具体案例为例，介绍各种微小误差对加工制造的影响。

1. 比例放大

比例放大指利用小尺寸的长度或面积来确定大尺寸的位置或尺寸精度，按比例放大了误差。最典型的应用是测量相位或形状时的误差。

如图1所示，我公司的套类零件的内孔花键与外形有相位要求，在使用心轴装夹加工外形时，需要找正心轴的0°相位，使用心轴制造时预留的一处铣扁的平面。实际操作时，起初找正面宽度约为20mm，使用百分表找正平面两边误差约为0.02mm。发现零件加工出来后，无法保证端面形状相位正确，最大差0.2mm左右。经查找，发现为找正平面尺寸和找正精度问题，工件直径约为320mm，为找正平面8倍长度，加之具体操作时，没有完全使用20mm长，故误差被放大了8 ～10倍。在此后的操作中，加大找正面的长度为40mm，提高了找正精度为0.01mm，基本解决了问题。

图1

如图2所示，我公司一设备装配时，需要保证两异向旋转的轴的法向间隙均匀，使用齿形联轴器同步传动，在未联接减速器时，需要确定并检测两零件的法向间隙。为了确定正确的相位关系，使用了一个找正平尺，放在联轴器的2个齿上，通过平尺与4个齿尖接触来确定各轴的周向位置正确。为了确认平尺与2个联轴器的4个齿是否接触，检查人员使用了一个0.05mm的塞尺，来塞平尺与齿之间是否存在缝隙。确认塞尺不过时，开始检测法向间隙。一次测量中，发现法向间隙严重超标，要求为（10±2）mm，实际测量时，一面为6mm，一面为15mm，初步判断为加工相位错误，要求将

装配的设备拆解，检查零件。加工技术人员认为加工不会存在问题，为了减少拆解的麻烦，对相关的测量过程进行了分析。通过光照法，找到其中一个齿与平尺没有完全接触，但缝隙并没有超过0.05mm，通过计算才发现，因为工件测量处的直径较大，这一缝隙被放大了60余倍，经过仔细调整后，达到了8mm的要求误差范围内。而检查人员根本没有想到会有这样的结果，决定以后的测量找正要实现“零”误差。

图2

图3所示是一个典型的镗床加工箱体类零件的例子，我公司有多种类似的零件需要在镗床上加工。这种加工方法的定位基准与设计基准重合，是理论上比较正确的加工方法，但考虑到工件的高度有底面宽度的2倍还多，就产生问题了。

图3（a）是加工时的样子，机床因为长期没有调整，立柱与工作台垂直度在全长上超过了0.1mm，而工件的高度达到了机床立柱加工行程的2/3，以设计基准进行加工，造成了零件加工后底面与侧面不垂直的现象，将两件与中间的联接件紧固后，发现底面出现严重的的凹心现象，无法安装到底座上，如图3（b）所示。经对零件进行三坐标检测后，证实了不垂直的问题。经过对其他几件的检测，证明存在相同的问题，随后利用大理石弯尺对机床进行检测，验证了以上数据。

在同一机床上，利用数控程序加工了模数20mm、齿数38、齿宽180mm、锥角14°的锥齿轮，啮合时也发现存在一定的齿向精度问题，但精确测量后，仅有0.01～0.02mm，满足精度要求。与上一零件的区别是，此件以φ650mm左右的端面定位，平放在工作台中心，利用工作台旋转分度，加工180mm的齿长，属于误差缩小的作法。如果使用弯板，将齿轮安装在弯板上，完全利用数控来加工，则可能不仅出现齿向问题，齿形和周节亦同样会出现问题。此后，在还没有调整机床的情况下，将零件以大平面定位，重修底面后，基本得到了合格的零件。

图3

与图3所示的例子类似，在其他垂直度检测时，亦有同样的问题，分别使用不同大小的两个边做基准测量时，会得到不同的数值，需要根据具体情况进行处理。

我公司的一种螺旋类零件，内孔花键与外形有相位关系要求，需要精确地保证位置精度，以便于将各件利用内花键串起来而不至于在各件相邻结合面处产生台阶。零件如图4所示，先加工花键，再利用花键进行定位来加工外形，外形硬化处理后，抛光表面，再精加工端面，保证花键与外形的相位关系。为了减少精加工测量相位的麻烦，正常的工艺是在硬化前，对端面不留余量，加工时亦按图示要求进行相位加工，硬化后零件会变长；精加工时，将变长的部分两面均匀磨掉，基本可以保证要求。对于导程大的零件，此工艺能够很好地满足要求，但对于小导程的部分，时常会在两件组装后，周向出现超1mm的错位，出现明显的台阶。例如，直径100mm、导程30mm的零件，端面长度变化与外圆弧长变化比例约为1∶10，硬后化靠近外圆处的端面因伸长被

加工掉了0.1mm，通过计算，可以得到1.0mm周向误差。因而，对于小导程的零件，为了能够得到正确的相位关系，不得不在磨端面时，边磨边用专门的塞规进行测量，根据测量的结果，决定端面每次的加工量。

图4

2. 方向错误

深孔加工中最为重要的一点是引导孔质量，一般要求引导孔按H7的公差配合进行预钻孔，深度约为1～2倍直径，这一要求是为了保证钻孔直线度。

如图5所示，预钻孔没有进行铰孔，尺寸较钻头大了约0.1mm，预钻孔深度约为2倍直径，如此进行钻孔的情况下，除了可能引起加工状态不稳定，可能打刀外，最大的可能就是钻孔中心线偏斜，如果是预钻孔的钻尖角小于钻头的钻尖角，或是使用枪钻，会加剧孔心的偏斜程度，如果钻孔长度为20倍、30倍直径或是以上时，可能有1～2mm或以上的偏差。

深孔钻在加工时，是自为基准，使用自己加工好的孔来定位，再决定加工的孔的方向和尺寸，预钻孔直径偏大，最直接的影响是开始钻孔时钻头偏斜，因为深孔钻头的刚性很差，预钻孔的孔底会对钻头的入头方向有较大的影响，一旦入头产生偏斜，后续的加工会一起偏下去，直至完成钻孔操作。为了减少预钻孔对钻孔方向的影响，需要尽可能减少预钻孔与钻头间的直径差，以减少可能的偏斜量，确保钻头正确的前进方向，得到可以接受的钻孔位置精度。

图5

3. 刚性不足

任何材料在宏观尺度上都是弹性体，会因为力的作用而产生形变，如果在测量或是调整中，不能充分考虑受力变形部分，将给制造或装配带来严重影响，特别是零件自重引起的变形更容易被忽略。

图6所示是我公司典型的减速箱结构，周边设置了3处用于安装找水平的找正平台，在箱体和箱盖组立好后，没有了水平基准面，安装时，只能使用这3处找正平台来调整减速箱水平。通常情况下，这一结构工作良好，具体操作时，将减速箱体放置在安装平台上，用调整垫铁支好箱体，安装齿轮副，调整箱体结合面水平，确认齿轮副接触良好，再利用水平尺记下各找正平台处的数值，便于在用户现场安装。

但是有几个减速箱在用户安装使用后，总是接触率不好，最后检查确认为减速箱水平不好，结合面产生了波浪式的挠曲，通过对多个调整垫铁进行仔细的调整，解决了问题。事后分析，其主要原因为减速箱刚性不足，齿轮、齿轮轴将箱体压变形了，而找正平台较短，只能反映平台附近的水平情况，不能有效反映整个结合面的水平要求。最后通过增加找正平台的数量，再配合刚性较好的平尺，跨平台综合找正、仔细调整的方法，基本解决了箱体刚性不足造成的因安装调整不好引起的齿轮接触率问题。

图6

4. 结语

微小误差时常会引起明显的错误，对加工制造产生严重的影响。其最主要的原因是放大理论，只要这个误差出现在了基础的位置，在其之上的部分都可能因为放大情况的存在，而将微小误差放大到不可接受的程度。同时，也可能这些微小误差处在不易被察觉的位置，而被人们忽略。因而需要我们正确地对待工作中的每一项误差，使用合适的方法，最大程度地减少对误差数值的依赖，避免放大情况的存在，减少不起眼的微小误差对加工制造的影响。

收稿日期：（20150616）