數控車床加工精度管理論文

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一引言

在數控加工中，為降低加工工件表面粗糙度、減緩刀具磨損、提高刀具使用壽命、選擇適宜的切削力等因素，通常車刀會存在刀尖圓弧半徑r，主偏角kr，車刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具幾何參數的影響，必定引起被加工零件的軸向尺寸誤差和徑向尺寸誤差，由此使得加工中的運行軌跡與被加工零件的表面形狀產生差異。因被加工零件表面形狀各異，所以引起的差異也各不相同。

二誤差分析及改進方法

下面依次分析車削加工各類零件表面形狀引起的差異以及采取的措施。

1.車刀刀尖圓弧半徑對加工圓柱類零件表面的影響

眾所周知，被加工零件表面的成形是由車刀與零件表面接觸間切點的運行軌跡保證的。

對于主偏角kr=90度的車削加工，參見圖1.1示，被加工零件表面的軸向尺寸由刀尖圓弧頂點A保證。

當(D-d)/2=ap>r時，由圖可知，由刀尖圓弧半徑引起的軸向尺寸變化量Δa為

Δa=b-a=r

式中：b——零件軸向尺寸;a——實際軸向位移量;r——刀尖圓弧半徑。

此時，刀具實際軸向位移是長度a為：

a=b-Δa=b-r

當(D-d)/2=ap

Δa=BC=

此時，刀具實際軸向位移長度a=b-Δa=

對于主偏角KF<90°的車削加工，當完成軸向加工即處于圖1.1c位置時，被加工零件的已加工表面部由車刀刀尖點A保證，零件的加工表面由刀具型面AC和CE形成。顯而易見，當刀具軸向位移長度為a時，則達到零件要求的軸向長度。所以軸向尺寸變化量Δa為：

Δa=b-a=BC+DE

因為BC=rsinKr

DE=CEctgKr=(ap-r+rcos，Kr)ctgKr

所以Δa=rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

此時，刀具的實際軸向位移長度a為：

a=b-Δa=b-rsinKr+(ap-r+rcosKr)ctgKr……

當(D-d)/2=ap

由此可得結論：

對于圓柱類零件表面的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑與車刀主偏角的存在，使得被加工零件的軸向尺寸發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大;隨車刀主偏角的增大而減小。所以，在編制加工程序時，應相應改變其軸向位移長度。刀具幾何參數對此類零件的徑向尺寸無影響。

2.車刀刀尖圓弧半徑對加工單段錐體類零件表面的影響

車削加工中，車刀與被加工零件的位置關系見圖1.2。

車刀處于初始加工點即位置I時，刀尖圓弧上B’點與錐體小端起點相切，因為編程一般是以車刀刀尖圓弧中心位置為準進行的，所以錐體小端部的軸向尺寸變化量為B′C′;當完成錐體加工即車刀處于位置II時，刀尖圓弧上B點與錐體相切，而此時須使刀尖圓弧頂點處于圓柱體部要求的半徑位置上。由此分析可知:當刀具位移a時，形成錐體軸向長度b′，大端半徑R=BH，而此時當轉人加工圓柱體時，刀尖頂點A形成的零件加工半徑R′=EG，錐體部的軸向長度減短，從而使得錐體部軸向長度由b′變為b，所以錐體軸向變化量Δa為：

Δa＝a-b

因為B′C′＝BC＝rsinα

所以a=b′

即Δa＝b′－b＝BF

因為刀尖圓弧同時相切于錐體和圓柱體的B、A兩點，由幾何關系得：

Δa＝rcosαtg（α/2）

此時刀具實際軸向位移是長度a為：

a=b=rcosαtg（α/2）

由此可得結論：

對于單段外錐體零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，錐體的軸向尺寸、徑向尺寸均發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨錐體錐角的增大而增大，徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而減小，隨錐體增大減小。

3.車刀刀尖圓弧半徑對加工球體類零件表面的影響

車削加工中，車刀刀尖與被加工零件的位置關系如圖1.3所示。

設定由內向外走刀。當加工整半球時，刀尖處于位置I。由于加工是按刀具圓弧的中心軌跡運行的，所以此時軸向尺寸的變化量均為Δa=b-a=r而當加工非整半球面時，刀具處于位置II，因為此時刀尖圓弧是B點而不是A點與零件相切，所以加工中軸向尺寸的變化量Δa為：

Δa＝b-a=EF＝rsinα

α——零件球面夾角

此時刀具的實際軸向位移長度a為：

a=b-Δa＝（R－r）sinα

同理可知，當加工外球面時，Δa應取負值。

因為在加工中，刀具各點依次陸續進入切削，其軸向尺寸的變化量Δa=EF，當完成球體加工而進行球體大端面加工時，則應使刀尖圓弧頂點A與端面相切，此時，軸向應移動EF+AE而非EF，否則必定使得球面的徑向尺寸發生變化，并造成零件報廢。由此引起的徑向尺寸變化量Δd為：

Δd=2BF=2bcosα

此時球體實際最大盲徑Dmax為：

Dmax=D-Δd=D-2bcosα

因為b′＝b-AE

所以b′<b

這在實際加工中應特別引起足夠的重視。

由此可得結論:

對于內球面零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，使得被加工零件的軸向尺寸發生變化，且軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨球面夾角的增大而增大，同理亦可得加工外球面時軸向尺寸的變化量及其位移長度。此處略。

4.車刀刀尖圓弧半徑對加工錐體接球體類零件表面的影響

車削加工中，車刀與被加工零件的位置如圖1.4所示。

當刀具處于圖示位置時，刀尖圓弧與錐體部相切于B點，同時與球體部相切于E點，圖中DBLEF為理論要求軌跡，由于刀尖圓弧半徑的存在，正確的實際形成軌跡為DBEF，其中BE由刀尖圓弧形成。刀尖圓弧半徑的存在，必使零件的軸向尺寸、徑向尺寸發生變化。圖示中，設定∠BO1A=∠α，為錐體部斜角，∠LOO′==∠θ為理論球面起點與軸線夾角，∠EOO′=∠β為實際球面起點與軸向夾角，則錐體部軸向尺寸的變化量Δa為：

Δa=b1-a1=LC=(R+r)cosβ-Rcosθ-rsinα

所以錐體部的實際軸向位移長度a1為：

a1=b1-Δa1=b1-(R+r)cosβ+Rcosθ+rsinα

此時球體部軸向尺寸的變化量Δa2為

Δa2=b2-a2=R(cosθ-cosβ)

球體部的實際軸向位移長度a2為

a2=b2-Δa2=b2-R(cosθ-cosβ)

由于軸向尺寸的變化，使得零件徑向尺寸也隨之發生變化，錐體徑向尺寸的變化量Δdl為

Δdl=2BC=2[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

所以錐體部最大直徑d1max為

dlmax=d-Δdl=d-[(R+r)cosβ－Rcosθ－rsinα]tgα

同理球體部徑向尺寸的變化量Δad2為

Δad2=2R[sinβ-sinθ]

所以球體部最小直徑d2min為d2min＝2Rsinβ

由此可得結論:圖1.4

對于錐體接球體類零件的加工，由于車刀刀尖圓弧半徑的存在，使得被加工零件的軸向尺寸、徑向尺寸均發生變化;且錐體部軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨體斜角的增大而增大;球體部軸向尺寸的變化量隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨刀尖零件切點處與軸線間夾角的增大而增大;其徑向尺寸的變化量為：錐體部大端的徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而減小，隨錐體斜角的增大而減小;球體部小端徑向尺寸隨刀尖圓弧半徑的增大而增大，隨刀尖零件切點處與軸線間夾角的增大而增大。所以加工中應隨之變換其位移長度。

同理可得加工凹球面、內球面與錐體部相接時軸向尺寸、徑向尺寸的變化量及其位移長

度。此處略。

5.誤差的消除方法

消除方法(1)：編程時，調整刀尖的軌跡，使得圓弧形刀尖實際加工輪廓與理想輪廓相符。即通過簡單的幾何計算，將實際需要的圓弧形刀尖的軌跡換算出假想、刀尖的軌跡。

消除方法(2)：以刀尖圓弧中心為刀位點編程步驟如下:

繪制件草圖→以刀尖圓弧半徑r和工件尺寸為依據繪制刀尖圓弧運動軌跡→計算圓弧中心軌跡特征點→編程。

在這個過程中刀尖圓弧中心軌跡的繪制及其特征點計算略顯繁瑣，如果使用CAD軟件中等距線的繪制功能和點的坐標查詢功能來完成此項操作則顯得十分方便。

另外，采用這種方法加工時，注意以下兩點:

1.檢查所使用刀具的刀尖圓弧半徑的r-值是否與程序中的r值相符；

2.對刀時，要把r值考慮進去。

三結束語

本文主要是以刀尖圓弧的加工為例進行討論的，其它類型的參數也存在類似的問題，本文限于篇幅不再贅述。以上只是生產者在實踐工作中的一點拙見，難免有不當之處，望讀者不吝賜教，倘若本文能對您的工作有些許幫助，則將是筆者莫大的欣慰。