芻議車削加工中圓柱度超差的原因及改進措施

摘 要：圓柱度是評定圓柱形零件形狀精度的一個較好的綜合指標，但是受各種原因的影響，在對圓柱進行車削加工的過程中往往會出現超差的現象。筆者結合多年加工經驗對車削加工出現圓柱度超差，從圓柱度超差的表現類型、車床本身引起的圓柱度超差及改進措施、裝夾不當引起的圓柱度超差及改進措施和刀具形狀引起的圓柱度超差及改進措施等四個方面對車削加工中圓柱度超差的原因和改進措施進行了詳細的分析，并提出了改進措施，希望為相關機械操作的技能提升提供幫助。

關鍵詞：圓柱度超差 車削 夾具 刀具

中圖分類號：TG801 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（b）-0066-01

圓柱度是評定圓柱形零件形狀精度的一個較好的綜合指標。如：汽車起重機上的液壓柱塞、精密機床和量具的主軸軸頸等，設計時都要提出較高的圓柱度要求，但由于工件安裝、機床使用不當和加工工藝等原因，常造成外圓或孔的圓柱度超差，它直接影響到車床加工零件的幾何精度和加工效率，所以圓柱度超差檢查倍受車床使用者的重視。

1 圓柱度超差的表現類型

圓柱度是限制實際圓柱面對理想圓柱面變動量的一項指標。圓柱度是零件的形狀公差，圓柱度公差帶時半徑差為公差值的兩同軸圓柱面之間的區域。圓柱度公差的作用是對圓柱面縱橫截面的各種形狀誤差進行綜合控制，包括圓柱體橫截面和軸截面內的各項形狀誤差，如圓度、素線直線度、軸線直線度等。所以，車削內、外圓柱表面時，必須要求刀尖的直線運動軌跡與工件的回轉軸線，必須互相平行。否則，圓柱的縱截面內就會產生素線的直線度誤差和兩素線的平行度誤差，使圓柱表面呈現出圓錐形、腰鼓形、馬鞍形、彎曲形、波浪形、竹節形等缺陷，造成零件的形狀不符合要求。

2 車床本身引起的圓柱度超差及改進措施

車床主軸軸線與床身導軌面在垂直平面或水平面內的平行度誤差，引起圓柱度超差。分析其原因：一是機床振動或環境因素造成車床局部床身下沉，床身導軌彎曲，使主軸軸線與床身導軌面在水平面內不平行， 這種情況易造成車削外圓會出現倒錐，即越靠近卡盤端面，工件直徑越小。調整時，先從床頭箱端開始（兩個水平儀分別放于床鞍縱、橫向導軌方向上），確保靠近床頭箱端時，水平儀讀數為零（從而盡可能保證主軸軸線為水平狀態），這時使床頭箱后面的地腳螺栓比前面的地腳螺栓預緊力更大一些，以適應車床的受力要求。然后床鞍逐段向床尾方向移動（每次200 mm），水平儀讀數可適當增加，以保證床身導軌中凸，但縱橫向誤差需符合技術要求，且使橫向扭曲的方向為：床身上床鞍后導軌適當偏高。試車校驗時，不允許用尾座頂尖支承。因為尾座主軸與床頭箱主軸同軸度調整不到位，如再用尾座頂尖支承，校驗時反而會帶來圓柱度誤差。

二是機床制造的原因，造成導軌在垂直平面或水平面內的直線度誤差。如導軌加工精度不高；導軌的常用區段磨損嚴重。不管哪種原因造成的直線度誤差，都要及時調整與修復。

3 裝夾不當引起的圓柱度超差及改進措施

（1）頂尖頂緊力不當，常使圓柱度超差。頂緊力過大，工件產生彎曲變形，影響圓柱度；另外頂緊力過大，頂尖與錐孔產生滑動摩擦而導致高溫“燒壞”頂尖和中心孔。頂緊力過小，在切削力作用下，工件易產生振動，使圓柱度超差，所以調整頂緊力時，應松緊適宜。另外加工前，要清除中心孔內異物。尾座套筒不能伸出太長，以防剛性差，工件產生振動。（2）頂尖的剛度不夠，也會造成圓柱度超差。如果采用雙頂尖裝夾，在切削力作用下，易彎曲造成圓柱度超差，采取的措施為由前、后頂尖裝夾，改為剛性較好的卡盤加頂尖裝夾。（3）尾座的位置不當，軸類零件常用尾座頂尖支承，不論是一夾一頂，還是兩端都用頂尖支承裝夾，都需要主軸中心線與尾座錐孔中心線同軸。如果兩者在水平面內不同軸，加工出的工件表面將產生錐度，呈圓錐形；兩者在垂直平面內不同軸，則加工出的工件表面將呈馬鞍形，且兩者在水平面內的同軸度誤差對工件的尺寸及形狀精度影響更為明顯。在裝夾工件之前，要對主軸中心線與尾座錐孔中心線的同軸度進行校對，簡單的方法就是：加工一個頂尖或在主軸錐孔內安裝一個頂尖，與裝在尾座錐孔的頂尖相比較，若兩者在水平面內不同軸，則對尾座做橫向調整；若兩者在垂直平面內不同軸，則需要對尾座底板進行刮研或加補償墊片。在調整尾座，使車床前、后頂尖或卡盤中心與尾座頂尖對準。再用尾座頂尖支承時，最好先試車外圓圓柱。不要太相信尾座體與其底板之間的刻線，尾座體與其底板之間的刻線僅起參考指示作用。

4 刀具形狀引起的圓柱度超差及改進措施

（1）幾何形狀的影響。

刀具的幾何形狀，直接影響切削力的大小，也影響徑向切削分力的大小。對于細長軸零件來說，由于剛性差，如刀具幾何形狀選擇不合理，產生的徑向切削力會使工件產生彎曲變形，從而造成工件圓柱度超差。

改進措施：正確刃磨車刀，把握車刀的幾何形狀。具體來說主要考慮以下幾點：

①為了少徑向切削分力而引起細長軸的彎曲，車刀主偏角取kr=83～93 °。②為了減小切削力，應選擇較大的前角，取γ0 = 15～30 °。③車刀前面應磨有R1.5～3 mm的斷屑槽，使切屑卷曲折斷，防止切屑纏繞。④選擇負的刃傾角，取λs=-3～-10，使切屑流向待加工表面。⑤為了減少徑向切削分力，刀尖圓弧半徑應選得較小（r< 0.3 mm）；倒棱的寬度也應取得較小，取倒棱寬為進給量的一半為宜。⑥切削刃要光潔，并要經常保持鋒利，以減小切削力。

（2）刀具磨損的影響。

粗加工時，由于尺寸精度要求不高，所以刀具磨損對工件尺寸精度的影響意義不大。但對較長的軸類工件精加工時必須要考慮。例如精車一根為φ100 mm× 2000 mm的45鋼光軸，所用刀具材料為YT15，背吃刀量ap=0.5 mm，進給量f = 0.2 mm/r，切削速度vc=100 m/min，雖然刀具正常切削，但由于走刀距離遠與車刀的磨損，將使工件產生直徑相差46 um的錐度，這對精加工來說是不能忽視的。另外刀具彈性變形也對圓柱度產生影響，最典型的就是表現在孔加工過程中，由于受孔直徑和深度的限制，刀桿不可能做得太粗太短，刀桿的彈性變形使內孔產生錐度。應降低車削速度，提高刀具的耐磨性和增強刀桿的剛度。

5 結語

對于在車削加工中，當出現圓柱度超差時，要結合出現的不同超差類型，及時排查、合理調整，即可取得滿意效果。

參考文獻

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