數(shù)控車刀安裝高度對零件精加工尺寸誤差影響

魯國清

（肇慶工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 肇慶 526020）

0 引言

車削加工中，很多因素會影響工件的加工精度，如機床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差、使用中的磨損、切削力引起的變形等。而車刀安裝高度也是影響零件精加工尺寸精度的一重要因素。本文通過分析誤差產(chǎn)生原因，具體介紹減小加工誤差的方法，以控制因刀具安裝高度而造成的零件誤差［1］。

1 內(nèi)孔加工發(fā)生誤差的原因分析

通過對數(shù)控車床的分析發(fā)現(xiàn)，在車床上加工內(nèi)孔與在車床上加工外圓相比較，前者的影響因素比較多，例如，剛性弱、直徑小、刀桿長、排屑難、冷卻慢、安裝高度不合理等，均有可能導(dǎo)致內(nèi)孔加工時發(fā)生誤差［2］。在進行車削時，加工人員應(yīng)先在車削前將車刀的刀尖和機床的主軸軸線，安裝調(diào)整相等的高度。針對平床身數(shù)控車床而言，絕大多數(shù)機床生產(chǎn)企業(yè)對主軸軸線和刀架的高度沒有統(tǒng)一、嚴(yán)格的要求，每臺機床的高度幾乎都不一樣，因此，在應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)刀具之后，需要采用墊片等來對刀尖的高度進行調(diào)整，以避免在內(nèi)孔加工時發(fā)生誤差。而針對斜床身數(shù)控車床，機床的主軸軸線與刀架安裝的高度均有十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，在安裝時無須再對刀尖的高度進行調(diào)整，使用標(biāo)準(zhǔn)刀具即可［1］。

在實際的內(nèi)孔加工過程當(dāng)中，由于加工人員可應(yīng)用試切端面檢查來保證刀具中心的高度與主軸一致，因此在加工階梯軸外表面時，很少會產(chǎn)生加工誤差。但是在加工階梯內(nèi)孔的時候，常出現(xiàn)內(nèi)孔加工誤差，這是因為內(nèi)孔誤差產(chǎn)生原因在加工時很難發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人認(rèn)為是由于機床精度低造成的，從而漏掉真正的誤差原因。除此之外，在加工內(nèi)孔時，比較難調(diào)整車刀的高度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔直徑小于標(biāo)準(zhǔn)孔徑時，加工人員為防止刀桿和工件發(fā)生碰撞，多會將刀具適當(dāng)調(diào)高一點。加工人員將刀具調(diào)整一定高度之后，其對刀段的加工直徑是比較準(zhǔn)確的，但是加工臺階孔，可能發(fā)生內(nèi)孔孔徑超差的現(xiàn)象。

通過對內(nèi)孔誤差原因的詳細分析可知，其產(chǎn)生誤差的原因多是發(fā)生在對刀的過程當(dāng)中，由于外圓加工對刀時，可通過試切來檢查端面，十分有利于對刀尖偏差的測量，這也降低了外圓加工誤差。但是在加工內(nèi)孔時對刀，不能通過試切端面來檢查刀具，大多是直接對內(nèi)孔直徑進行測量，從而使得對刀段直徑準(zhǔn)確，但由于刀具中心高度無法準(zhǔn)確測量，容易產(chǎn)生內(nèi)孔加工誤差。

2 內(nèi)孔加工誤差的計算方法分析

對內(nèi)孔加工誤差和刀尖安裝高度之間的關(guān)系分析如下：

假設(shè)實際加工外圓的直徑小于試切外圓的直徑，實際加工內(nèi)孔直徑小于試切內(nèi)孔直徑，而加工外圓與內(nèi)孔的刀尖安裝高度，對加工誤差所造成的影響相同。圖1 所示為車刀安裝誤差和加工誤差之間的關(guān)系圖。

假設(shè)試切外圓直徑大于實際加工外圓直徑，試切內(nèi)孔直徑大于實際加工內(nèi)孔直徑。加工外圓和加工內(nèi)孔刀尖安裝高度對加工誤差的影響是一樣的，為了描述更為清晰，以圖1 所示的外圓加工為例，分析車刀安裝誤差與加工誤差關(guān)系。

假設(shè)刀具安裝高度與主軸軸線高度差為AC，即為Δh。對刀時試切外圓直徑為2R1。假設(shè)刀具實際車削時沿X 方向進刀距離為ΔX，即加工后的編程直徑值為2R3，零件的編程半徑值為OB。由于刀尖比機床主軸軸線高Δh的距離，刀具車削后的零件實際直徑值為2R2，刀尖在C點位置，加工后的零件半徑值是OC。很明顯，在圖1 中R2＞R3。這就是刀尖與機床主軸不等高時加工直徑與編程數(shù)值不一致的原因。

由于OA 是與拖板導(dǎo)軌面和X 向絲桿軸線平行，所以當(dāng)?shù)都馀c工件軸線等高時，拖板的移動量與加工直徑的變動量是一致的。如果刀尖安裝高于軸線OA，高出Δh的距離，則拖板的移動量與加工直徑的變動量不一致，加工直徑誤差K=2×（R2-R3）。

根據(jù)對圖1 的分析，可以得知由于數(shù)控車刀安裝高度誤差，所造成的加工誤差為

圖1 車刀安裝誤差與加工誤差關(guān)系

根據(jù)式（1），將圖1 中的各種變量分別代入，便可得到：

將公式進行分析可以得知，當(dāng)車刀刀尖和工件軸線之間高度不一樣時，所發(fā)生的零件精加工誤差則與刀尖高出工件軸線高度Δh、工件試切半徑R1、進給深度ΔX等有著明顯的關(guān)系。通過將式（1）的分析與換算，可以得出：

在實際的加工當(dāng)中，若是對刀尖的中心高誤差難以測定時，可利用式（5）來計算刀尖應(yīng)該降低的高度。也可通過式（5）來計算在數(shù)控車刀安裝時，刀尖低于機床主軸軸線時應(yīng)該提高的刀尖高度。

3 內(nèi)孔加工誤差的判斷方法分析

當(dāng)內(nèi)孔加工出現(xiàn)誤差時，可通過以下3 點來進行判斷：1）進行多件零件加工時，各個相同尺寸臺階的直徑誤差基本是穩(wěn)定的；2）在加工時，總有一個臺階直徑尺寸是精確的，但是這一臺階一定屬于對刀段，因此其也會存在誤差；3）除了對刀段加工直徑尺寸和編程尺寸相同之外，其余臺階的尺寸一般都會比編程尺寸大一些［2］。

4 結(jié)語

通過以上論述，對數(shù)控車刀安裝高度作了探討，但在實際的加工當(dāng)中，不同的零件加工有不同的要求。因此，在實際的操作當(dāng)中，加工人員應(yīng)該嚴(yán)格根據(jù)數(shù)控機床、車刀、所加工零件的特點進行詳細分析，并合理調(diào)整車刀安裝高度，才能盡量避免零件精加工尺寸誤差的產(chǎn)生。

［1］張謙.數(shù)控車刀安裝高度對外圓加工精度影響［J］.煤礦機械，2010，8（8）：147-148.

［2］程仲文，等.數(shù)控車刀安裝高度對零件精加工尺寸誤差的影響［J］.蘭州工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2011，3（3）：112-113.