提高加工精度的工艺措施
生产实际中尽管有许多减少误差的方法和措施,从误差减少的技术看,可将它们分成两大类,即误差预防和误差补救。
(一)误差预防技术
俗话说:与其补救于已然,不如防患于未然。误差预防就是查明产生加工误差的因素,直接消除或减少误差的方法。具体技术有以下两种。
(1)采用先进工艺和设备。这是保证加工精度的最基本方法。因此,在制订零件的加工工艺时,应对零件每道工序的设备加工能力进行精确评价,并尽可能合理采用先进的工艺和设备,使每道工序都具备足够的工序能力。
(2)直接减少原始误差法。这也是在生产中应用较广的一种基本方法。该方法是在查明影响加工精度的主要因素之后,设法对其直接进行消除或减少。如在减少工艺系统受力变形措施中提到的,加工细长轴时采用中心架或跟刀架;采用反向进给切削,使轴向力对工件起拉伸作用,同时尾座改用可伸缩的弹性顶尖。
(二)误差补救技术
实践表明,当加工精度要求高于某一程度后,利用误差预防技术来提高加工精度所花费的成本将呈指数规律增长,会很不经济。误差补救技术就是在现存的误差条件下,以分析、测量信息为依据,通过弱化或改变误差对加工的影响关系,以减少或消除零件的加工误差。在现有工艺条件下,误差补救技术是一种有效且经济的方法,特别是借助计算机辅助技术,可达到很好的效果。
(1)转移原始误差法。转移原始误差法实质上是把影响加工精度的原始误差从敏感方向转移到非敏感方向或其他零部件上去。这种方法常用于转移工艺系统的几何误差、受力变形和热变形等。
例如,在立轴转塔车床车削外圆,当车刀水平安装时,转塔刀架的转位误差将位于误差敏感方向,分度误差Δ 使工件产生ΔR=Δ 的尺寸误差,如图4-31(a)所示。如果将转塔刀架的水平安装形式改为如图4-31(b)所示情况(车刀垂直安装),则垂直方向为误差敏感方向。由于刀架转位误差此时已位于误差非敏感方向,因此所引起的半径误差可以忽略不计。

图4-31 立轴转塔车床刀架转位误差的转移
又如,在成批生产中,用镗模加工箱体孔系的方法,也就是把机床的主轴回转误差、导轨误差等原始误差转移掉,工件的加工精度完全靠镗模和镗杆的精度来保证。由于镗模的结构远比整台机床简单,精度容易达到,故实际生产中得到广泛应用。转移原始误差法的应用实例还有很多。该方法给我们的启示是:当机床精度达不到零件加工要求时,常常不是一味提高机床精度,而是在工艺上或夹具上想办法,创造条件,使机床的几何误差转移到不影响加工精度的方面去。(https://www.daowen.com)
(2)均分原始误差法。生产中会遇到这样的情况:本工序的加工精度是稳定的,但由于前道工序零件(含毛坯)误差过大,导致“误差复映”严重,或定位误差超差,使得本工序无法保证精度要求。解决这类问题最好采用均分误差(分组调整)法:将上工序加工的工件(或毛坯)按误差大小分为n组,每组毛坯或零件的误差就缩小为原来的1/n;然后按组分别调整刀具与工件的相对位置或选用合适的定位元件再进行加工,这样就可以大大缩小整批工件的尺寸分散范围。此法要比提高上工序精度要求更加经济可行。
(3)均化原始误差法。加工过程中,机床、刀具或磨具等的误差总是要传递给工件的。机床、刀具的某些误差(例如导轨的直线度、机床传动链的传动误差等)只是根据局部地方的最大误差值来判断的。利用有密切联系的表面之间的相互比较、相互修正,或者利用互为基准进行加工,就能让这些局部较大的误差比较均匀地影响整个加工表面,使传递到工件表面的加工误差较为均匀,因而工件的加工精度也就大大提高。
例如,研磨时,研具的精度并不是很高,分布在研具上的磨料粒度大小也可能不一样,但由于研磨时工件和研具间有复杂的相对运动轨迹,使工件上各点均有机会与研具的各点相互接触并受到均有的微量切削,同时工件和研具相互修整,精度也逐步共同提高,进一步使误差均化,因此就可以获得高于研具原始精度的加工表面。事实上,该方法在精密零件制造中由来已久。在过去没有精密机床的时代,利用该方法已制造出号称原始平面的精密平板,其平面度仅有几微米。如此高精度的平板就是用“三块平板合研”的方法研出来的。如今,对于配合精度要求很高的轴和孔,常采用研磨方法来制造。
用易位法加工精密分度蜗轮也是均化原始误差法。我们知道,影响被加工蜗轮精度中很关键的一个因素就是机床母蜗轮的累积误差,它直接地反映为工件的累积误差。所谓易位法,就是在工件切削一次后,将工件相对于机床母蜗轮转动一个角度,再切削一次,使加工中所产生的累积误差重新分布一次。
(4)就地加工法。在机械加工和装配中,有些精度是很难,甚至不可能仅仅依靠零部件本身的精度来保证的。而“就地加工”法不仅可行,而且经济。例如:在转塔车床制造中,转塔上六个安装刀架的大孔轴线必须保证与机床主轴回转轴线重合,各大孔的端面又必须与主轴回转轴线垂直。如果把转塔作为单独零件加工出这些表面,那么在装配后要达到上述两项要求是很困难度的。采用就地加工法,把转塔装配到转塔车床上后,在车床主轴上装镗杆,用径向进给小刀架来进行最终精加工,就很容易保证上述两项精度要求。
就地加工法的要点是:要保证部件间什么样的位置关系,就在这样的位置关系上利用一个部件装上刀具去加工另一个部件。
这种“自干自”的加工方法,生产中应用很多。为使牛头刨床、龙门刨床的工作台面分别对滑枕和横梁保持很高的平行度,就在装配后在机床自身上进行“自刨自”的精加工。平面磨床的工作台面也是在装配后做“自磨自”的最终加工。
(5)误差补偿法。误差补偿法即人为造出一种新的误差,去抵消工艺系统中原有的原始误差。或用一种原始误差去抵消另一种原始误差。尽量使两者大小相等,方向相反,从而达到减少加工误差,提高加工精度的目的,误差补偿技术在机械制造中的应用十分广泛。
如图4-32所示为龙门铣床,由于横梁立铣头自重的影响,横梁导轨向下弯曲变形。采用误差补偿法,在横梁导轨制造时故意使导轨面产生向上凸的几何形状误差,从而抵消由于铣头自重产生向下的弯曲变形,保证加工精度。

图4-32 龙门铣床横梁导轨预加变形
(6)控制误差法。原始误差中的常值系统误差比较容易处理,只要测量出来,就可以用前面的误差补偿的方法来消除或减少。对于变值系统误差的补偿就不是用一种固定的补偿量所能解决的。于是生产中就发展了所谓积极控制的误差补偿技术,又叫控制误差法,目前主要有在线检测法、偶件配作法和数字自动控制法等。