車削加工的誤差分析及其補(bǔ)償

高旭麗

煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東煙臺(tái) 264006

0 引言

在車削加工中，我們經(jīng)常會(huì)存在對(duì)階梯軸的數(shù)控車削加工的作業(yè)，如果需要進(jìn)行車削加工的階梯軸的軸徑梯度相對(duì)較大或者剛度又較小，那么這個(gè)階梯軸的加工就會(huì)出現(xiàn)對(duì)于階梯軸的各段軸徑加工結(jié)果的誤差不同，例如對(duì)于大軸徑的尺寸偏差太厲害，小軸徑的誤差卻在公差可以允許的范圍內(nèi)。如果需要加工的軸徑的梯度越大，或者剛度越小，那么加工的誤差出現(xiàn)不一致的可能就會(huì)越高，正是因?yàn)樾枰庸さ脑嬖诘牟皇芸匾蛩貙?dǎo)致了加工誤差的不受控。本文針對(duì)加工工藝和力學(xué)兩個(gè)方面對(duì)加工誤差的不受控的原因進(jìn)行了深入剖析，并且對(duì)于這些因素給予了合理的解決方法，另外，這種解決方法對(duì)于提高階梯軸的加工精度有著很大的推廣價(jià)值。

圖1 階梯軸剖面圖

1 對(duì)加工誤差不同的分析

1.1 刀尖高誤差對(duì)于軸徑不相同的誤差的分析結(jié)果

1.1.1 刀尖高偏離

如圖 1 所示，在刀尖低（高）于零件回轉(zhuǎn)中心 Z軸距離為 h的條件下，連續(xù)進(jìn)行車削圖不但引起相應(yīng)的加工誤差，還有對(duì)于相差較大的階梯軸將會(huì)給加工誤差帶來(lái)不同的誤差后果。此誤差的是可以通過(guò)以下的幾何運(yùn)算進(jìn)行運(yùn)算得到的。

設(shè)軸徑半徑為 R，軸徑加工誤差為 δ，刀尖偏離軸心高度為 h，如圖 1（b）所示。

當(dāng) R=5 時(shí) ，在 Δoca 中

如此我們可以算出 R=10，R=15時(shí)的加工時(shí)候出現(xiàn)的誤差和高度之間的關(guān)系。

1.1.2 分析結(jié)果

對(duì)階梯軸的軸徑的加工誤差的加工計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行分析，我們就能夠?qū)Φ都飧哒`差h對(duì)需加工的階梯軸的尺寸精度的影響得出以下結(jié)論：

1）對(duì)于同一刀尖高誤差 h，而且不同軸徑的階梯軸進(jìn)行加工時(shí)，如果軸徑越小，那么加工產(chǎn)生的誤差δ就會(huì)越大；2）對(duì)于相同軸徑的階梯軸進(jìn)行加工時(shí)，如果刀尖高誤差h越大，那么階梯軸的加工誤差δ就會(huì)越大。

也就是說(shuō)，對(duì)于需要加工的階梯軸，如果階梯軸的軸徑梯度越大，那么刀尖高誤差產(chǎn)生的軸徑加工誤差差距越大。

1.2 切削力對(duì)加工軸類尺寸精度的影響

為了對(duì)于切削力的大小對(duì)階梯軸尺寸的加工精度的影響，我們就把切削力進(jìn)行了力的分解，這三個(gè)力相互垂直，為切削力Fc、進(jìn)給力Ff和背向力Fp，如圖2所示。

圖2 切削合力和分力

1.2.1 撓曲線方程分析

根據(jù)圖3（a），圖 3（b）以及相關(guān)的材料力學(xué)的知識(shí)，能夠得到任意切削力作用下的撓曲線：

公式里面y表示撓度變形量。

1.2.2 分析結(jié)果

從上面的式（2）、式（3）可以看出：

1）如果階梯軸的軸徑截面越小，同時(shí)彎曲剛度 EI 越小，那么引起“撓度變形量”的y 值就會(huì)越大；2）隨著切削力Fp′的作用點(diǎn)位置的變化，“撓度變形量”y 值也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的變化。

2 提高加工精度的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法

2.1 對(duì)于梯度大的階梯軸

根據(jù)上文的分析和計(jì)算，為了降低加工誤差，所要采取的措施有：

圖3 軸在切削力作用下的變形

1）對(duì)于裝刀和對(duì)刀，為了降低刀尖高誤差h對(duì)階梯軸的加工精度的影響，刀尖都要盡量對(duì)準(zhǔn)加工工件的回轉(zhuǎn)中心；2）對(duì)于梯度大的階梯軸進(jìn)行加工時(shí)，我們要采用合適的補(bǔ)償方法，對(duì)階梯軸進(jìn)行精細(xì)加工之前要先用試車的方法對(duì)需要加工的工件的各個(gè)分段進(jìn)行詳細(xì)的檢查。即后，操作人員針對(duì)測(cè)量的要求誤差范圍對(duì)程序中相應(yīng)的軸徑尺寸進(jìn)行對(duì)應(yīng)的更改，最后對(duì)整個(gè)工件進(jìn)行徹底的精細(xì)加工，達(dá)到降低誤差的整體要求。

2.2 對(duì)于剛度小的階梯軸

據(jù)上文分析得知，對(duì)于在對(duì)階梯軸進(jìn)行加工的過(guò)程中，不能忽略由于彎曲變形形成的“撓度讓刀”誤差。在每一次裝夾的過(guò)程中都要對(duì)階梯軸的各個(gè)軸徑進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，然后根據(jù)誤差隨曲線的變化特點(diǎn)，應(yīng)用宏程序按照工件的彎曲變形的整個(gè)曲線編程，并且對(duì)于不同位置的誤差進(jìn)行直接性的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償措施。

3 結(jié)論

本文對(duì)數(shù)控車削加工存在的誤差進(jìn)行了相應(yīng)的理論誤差分析，并且對(duì)刀尖高誤差和切削力大小對(duì)加工誤差的大小的影響進(jìn)行了深入的理論分析。分析得出，在對(duì)階梯軸進(jìn)行加工處理中，始終做到盡量保持刀尖高和零件的回轉(zhuǎn)中心保持到一個(gè)水平高度。另一方面，本文指出對(duì)于切削力產(chǎn)生的軸的彎曲變形可以采用對(duì)應(yīng)用宏程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟm量的降低“撓度讓刀”誤差。

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