車削加工中精度的控制

摘 要：在車削實訓教學中，影響精度的因素非常多。精度控制對于生產和教學至關重要，精度往往是決定產品的質量，更關系到一個國家的現代制造技術的高低。是機械加工技術的關鍵性能指標之一，有很多因素影響機械加工精度，如何有效控制機械加工誤差，提高機械加工精度達到產品質量要求是現代機械加工技術的必然要求。

關鍵詞：機械加工；精度；誤差

機械加工精度是指部件加工后的實際幾何參數和理想狀態(tài)下幾何參數的接近程度。在機械加工生產過程中，誤差是不可避免的，如何有效減少各種因素對加工精度的影響，對影響機械加工精度的誤差因素進行定性分析，通過誤差分析，掌握其變化的基本規(guī)律，從而采取相應的措施減少加工誤差。

以下本文重點探討車削加工時以下四類誤差對工件加工精度的影響規(guī)律并提出相應的解決方法。

1 主軸回轉誤差

1.1 主軸回轉產生的誤差

機床主軸是用來裝夾工件或刀具，并將運動和動力傳給工件或刀具的重要零件，主軸回轉誤差將直接影響被加工工件的形狀精度和位置精度。主軸回轉誤差是指主軸實際回轉軸線相對其平均回轉軸線的變動量。

主軸的回轉誤差直接影響被加工工件的形狀和位置精度。主軸的角度擺動對加工誤差的影響與主軸徑向跳動對加工誤差的影響相似，主要區(qū)別在于主軸的角度擺動不僅影響工件加工表面的圓度誤差，而且影響工件加工表面的圓柱度誤差。

通過示意圖表示主軸回轉精度誤差的三種主要工作形式。

主軸回轉誤差分解為徑向圓跳動、軸向圓跳動和角度擺動三種不同形式的誤差。（1）徑向圓跳動是主軸回轉軸線相對于平均回轉軸線在徑向的變動量。車外圓時它使加工面產生圓度和圓柱度誤差。產生徑向圓跳動誤差的主要原因有：主軸支承軸頸的圓度誤差、軸承工作表面的圓度誤差等。（2）軸向圓跳動是主軸回轉軸線沿平均回轉軸線方向的變動量。車端面時它使工件端面產生垂直度、平面度誤差。產生軸向圓跳動的原因是主軸軸肩端面和推力軸承承載端面對主軸回轉軸線有垂直度誤差。（3）角度擺動是主軸回轉軸線相對平均回轉軸線成一傾斜角度的運動。車削時，它使加工表面產生圓柱度誤差和端面的形狀誤差。

1.2 解決對策

機床的幾何精度只能在一定程度上反映機床的加工精度，因為機床在實際工作狀態(tài)下，還有一系列因素會影響加工精度。例如。在切削力、夾緊力的作用下，機床的零、部件會產生彈性變形；在內、外熱源的影響下，機床的零、部件會產生熱變形；在切削力和運動速度的影響下，機床會產生振動等等。因此通過切削加工出的工件精度來考核機床的加工精度，稱為機床的工作精度。在車削實訓教學中可進行以下工作項目有檢驗如下：精車外圓的圓度和圓柱度、精車端面的平面度、精車螺紋的螺距誤差。機床精度不符合檢驗項目中所規(guī)定的允差值，會使加工時產生各種缺陷，在車削實訓教學中，可根據與機床有關的因素進行調整或修理機床。

2 刀具的幾何誤差

2.1 刀具磨損誤差分析

在切削過程中，刀具的磨損是不可避免的。如果單獨考慮刀具磨損這個因素，加工外圓時，工件徑向尺寸會偏大2△x（△x為刀具在X方向的磨損量），Z方向的尺寸會產生△z的誤差（△z為刀具在Z方向的磨損量）。加工內孔尺寸會偏小2△x，Z方向的尺寸也會產生△z的誤差。

刀具的磨損是產生刀具的幾何誤差的重要因素，通過研究表明刀具在使用過程中產生磨損都會經歷三個階段。這三個階段分別為：初期磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段。

第一階段：金屬磨合、精磨合階段。采用特殊工藝，人為控制將金屬表面凸出部分磨平。凹處補齊，使接觸面積加大。光潔度提高。達到減少金屬磨損目的。

第二階段：金屬磨損穩(wěn)定階段。在這個階段金屬磨損極少，磨損量與潤滑油、負載、速度、溫度等條件有關。

第三階段：金屬磨損加速階段。由于磨損量日積月累達到一定程度后，就會發(fā)生振動，溫度升高，金屬表面劇烈磨損導致刀具完全失效。

2.2 解決措施

在車削實訓教學中，確定車刀的正常磨損階段結束可參考選用以下的方法：第一種方法是直接管擦在車削中工件上是否出現亮點或暗點來判斷。如用高速鋼車刀加工鋼材時，車刀在磨鈍以后，就會在工件表面上發(fā)生硬啃，常出現一些亮點；而在加工鑄鐵工件時，表面則暗點，這就表明車刀已經磨鈍了。第二種方法是在車削中依靠聲音來判斷。在正常情況下，車刀切削工件發(fā)出的聲音應該是較輕快而均勻的，檔發(fā)現聲音發(fā)悶或變沉重或發(fā)出不正常的尖叫聲，這時往往是車刀磨損加劇了，應使用油石及時背刀。第三種方法是用機動時間對車刀壽命進行控制。壽命就是車削中車刀從鋒利磨鈍著一過程所用的時間。在批量加工中，用同樣車刀車削同樣工件，所用的機動時間自然是相同的，這時，可先進行試驗（或在實際切削中得出經驗），得出某車刀在某一條件下進行切削，用了多少分鐘車刀就會磨損，記下需要用油石背刀的實際，以記下的這個實際為標準，作為控制石油背刀的依據。出現上述三種情況時，就必須對車刀進行修磨。

此外，為了提高成形刀具的刃磨和安裝精度，可采用光學曲面磨床進行精確刃磨，通過對刀樣板或對刀顯微鏡，實現成形刀具的精確安裝。可選用新型耐磨刀具材料，合理選用刀具幾何參數和切削用量，改善車刀幾何角度，降低切削力，改善車刀傳熱性能，使用高速鋼車刀時，應充分澆注切削液等，均可減少刀具的尺寸磨損。

3 夾具的幾何誤差

3.1 夾具誤差分析

夾具的作用是使工件相對于刀具和機床占有正確的位置，因此，夾具的幾何誤差對工件的加工精度（特別是位置精度）有很大影響。在設計夾具時，對夾具上直接影響工件加工精度的有關尺寸的制造公差一般取為工件上相應尺寸公差的-■～■。

夾具的實際誤差就體現在裝夾過程中，由此產生基準不重合誤差，定位副制造誤差。

（1）基準不重合誤差

基準分設計基準和工序基準。在機床上對工件進行加工時，須選擇工件上若干幾何要素作為加工時的定位基準，如果所選用的定位基準與設計基準不重合，就會產生基準不重合誤差。

（2）定位副制造誤差

夾具上的定位元件不可能按基本尺寸制造得絕對準確，其實際尺寸（或位置）都允許在規(guī)定的公差范圍內變動。工件定位面與夾具定位元件共同構成定位副，由于定位副制造的不準確和定位副間配合間隙引起的工件最大位置變動量，稱為定位副制造不準確誤差。

3.2 解決措施

夾具元件磨損將使夾具的誤差增大。為保證工件加工精度，夾具中的定位元件、導向元件、對刀元件等關鍵易損元件均需選用高性能耐磨材料制造。在加工中注意選擇合適的夾具，采用正確的夾緊方法。在車削實訓教學中，選擇合適的夾緊力和夾緊力作用點。保證在加工過程中工件位置不發(fā)生變化，工作可靠。并增加工件的安裝剛性，減少振動例如在加工薄壁工件時加工分為粗車和精車兩個階段粗車時夾緊力稍大些，變形雖然也相應大些，但是由于留有切削余量，不會影響工件的最終精度；精車時夾緊力可稍小些，一方面夾緊變形小，另一方面精車時還可以消除存車時因切削力過大而產生的變形。加工時還可增加裝夾接觸面積使用開縫套筒或特制的軟卡爪，增大裝夾時的接觸面積，使夾緊力均布在薄壁工件上，因而夾緊時工件不易產生變形。在生產實踐中，所需的夾緊力大小，通常按經驗或類比法來確定。

4 工藝系統(tǒng)本身的誤差

4.1 工藝系統(tǒng)引起的誤差分析

由于工藝系統(tǒng)是一彈性系統(tǒng)，在加工時由于工藝系統(tǒng)受力變形隨之變化而產生加工誤差；工藝系統(tǒng)中其它作用力使工藝系統(tǒng)中某些環(huán)節(jié)受力變形而產生加工誤差。

工藝系統(tǒng)在各種熱源的影響下會產生很復雜的變形，導致工件產生加工誤差。工藝系統(tǒng)的熱變形對加工精度的影響主要分為以下幾種：①機床熱變形引起的加工誤差：機床受熱源的影響，各部分溫升將發(fā)生變化，由于熱源分布的不均勻和機床結構的復雜性，機床各部件將發(fā)生不同程度的熱變形，破壞了機床原有的幾何精度，從而降低了機床的加工精度；②工件熱變形引起的加工誤差：使工件產生變形的熱源；車削時，由于切削熱的影響，使工件隨溫度升高而逐漸伸長變形，稱為熱變形。在車削一般軸類工件時，可不考慮熱變形伸長問題。但是，車削細長軸時，因為工件長熱變形伸長量大，所以一定要考慮到熱變形的影響。不能再工件溫度較高時測量。采用合適的切削液是消除熱變形的有效方法。車削時合理選用切削液并保證充分冷卻潤滑，可以改善切削條件；還可使?jié)櫥阅茉鰪姡骨邢鲄^(qū)域金屬材料的塑性變形程度下降，從而減小已加工表面的粗糙度值。③切削力大小變化引起的加工誤差-誤差復映。工件的毛坯外形雖然具有粗略的零件形狀，但它在尺寸、形狀以及表面層材料硬度上都有較大的誤差。毛坯的這些誤差在加工時使切削深度不斷發(fā)生變化，從而導致切削力的變化，以外圓車刀切削加工的一組實驗為例，固定切削速度和刀具的幾何參數，通過加工不同的材料所測得的切削力數據表可知加工中引起工藝系統(tǒng)產生相應的變形，使得零件在加工后還保留與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。

當然工件表面殘留的誤差比毛坯表面誤差要小得多。這種現象稱為“誤差復映規(guī)律”，所引起的加工誤差稱為“誤差復映”。除切削力外，傳動力、慣性重力、夾緊力等其它作用力也會使工藝系統(tǒng)的變形發(fā)生變化，從而引起加工誤差，影響加工精度。

4.2 解決措施

從原始誤差產生的主要來源看，提高加工精度的途徑有：減少原始誤差；轉移原始誤差；均分原始誤差；均化原始誤差；誤差補償等。其中，提高機床精度有兩種基本方法：誤差防止法和誤差補償法。誤差防止法是試圖通過設計和制造途徑消除或減少可能的誤差源。誤差防止法在一定程度上對于降低熱源溫升，均衡溫度場和減少機床熱變形是有效的。但它不可能完全消除熱變形，且花費代價是很昂貴的；而應用熱誤差補償法則開辟了一條提高機床精度的有效和經濟途徑。對于高精度工件，要求有較高的尺寸、形狀和位置精度，同時精車常常在高速下進行，因此要求車床具有較高的幾何精度、運動精度和高速運轉時的平穩(wěn)性。為了保證工件的加工精度，在車削實訓教學中，加工前對車床有進行必要的調整，其主要項目如下：（1）減小主軸軸承的徑向間隙和軸向竄動，在高速運轉不發(fā)生悶車的條件下，徑向間隙越小越好，一般滾動軸承應小于0.005mm；軸向竄動要小于0.01mm。（2）調整溜板縱向移動方向對主軸軸線的平行度，分別檢查上母線和側母線。（3）調整主軸與尾座兩頂尖的等高度以及尾座套筒錐孔軸線對溜板移動的平行度。以保持車長軸時的圓柱度。（4）適當調小各華東面間隙及橫向進給絲杠螺母間隙，以減小振動，提高運動平穩(wěn)性和橫向進刀的準確性，使工件獲得較小的表面粗糙度值和較高的尺寸精度。（5）車削高精度螺紋時，要調小絲杠的軸向竄動和開合螺母滑動面間隙，以及交換齒輪的齒側間隙，以保證螺距精度。

5 結束語

車削加工誤差的研究是現代機械制造中最重要的組成部分和發(fā)展方向，并成為提高國際競爭能力的關鍵技術，誤差的產生是多方面的。因此，我們必須積極采取有效措施，盡量減少誤差，進而不斷提高加工精度。

參考文獻

[1]周澤華.金屬切削原理[M].廣州：華南理工大學出版社，1993（11）.

[2]王栓虎.車工實用技術手冊[M].南京：江蘇科學技術出版社，2005（7）.

[3]肖有才.車工實訓與職業(yè)技能鑒定[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2008（3）.

[4]何建民.車工操作技術與竅門[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005（7）.