王守志，韓金玉

(威海職業(yè)學(xué)院 a.機電工程系;b.信息工程系，山東 威海 264210)

對刀高度誤差對車削精度的影響分析

王守志a，韓金玉b

(威海職業(yè)學(xué)院 a.機電工程系;b.信息工程系，山東 威海 264210)

研究車床對刀高度誤差對車削加工精度的影響問題。提出車床對刀高度誤差引起的車削加工尺寸誤差模型——在分析車削加工尺寸誤差形成過程的基礎(chǔ)上，建立車削加工誤差的矢量表達(dá)式;分析了存在對刀高度誤差的情況下，對刀高度誤差、對刀直徑、車削進(jìn)給量等因素引起的車削加工尺寸誤差變化規(guī)律，并進(jìn)一步分析對刀高度誤差對切削加工形狀的影響。分析表明：對刀高度誤差會產(chǎn)生車削加工尺寸誤差和形狀誤差，且直徑尺寸誤差隨對刀高度誤差增大而增大，且受對刀直徑及進(jìn)給量等因素的影響。

數(shù)控車削;對刀高度誤差;車削精度;誤差分析

0 引言

數(shù)控車刀安裝過程中的調(diào)試、測量等環(huán)節(jié)不可避免地存在偏差，導(dǎo)致對刀后的刀具產(chǎn)生了一定程度的對刀誤差，限制了車削加工精度的提高［1］，因此需要研究對刀誤差對車削精度的影響規(guī)律以指導(dǎo)實踐，消除或減小對刀誤差對車削精度的影響。因刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心不在同一高度而引起的Y向誤差(即對刀高度誤差)，對零件的加工精度影響較小，容易被人忽視，如現(xiàn)在常采用的試切法、ATC法等多注重修正刀具的X向與Z向誤差［1］，較少關(guān)注對刀高度誤差［2-5］。但對刀高度誤差對精密加工影響較大［6］，分析其對加工精度的影響，對提高加工精度、保證加工質(zhì)量具有重要意義。本文以試切法對刀為例，確定對刀高度誤差模型，分析對刀高度誤差對零件加工精度的影響規(guī)律。

1 對刀高度誤差模型

數(shù)控車削加工中的試切法對刀，通過試切分別確定X軸與Z軸坐標(biāo)［3，5-6］，如圖1所示。但很難保證刀尖與工件軸線處于同一高度，引起對刀高度誤差e(即ab)，如圖2所示。

圖1 試切法對刀

對刀高度誤差e與試切法確定的直徑尺寸R(即2×oa，簡稱對刀直徑)之間的關(guān)系為:

圖2 對刀高度誤差

若忽略測量等其它誤差的影響，那么尺寸R/2應(yīng)為系統(tǒng)記憶的當(dāng)前刀尖在X軸上的準(zhǔn)確位置，簡稱系統(tǒng)位置。由于對刀高度誤差的存在，致使刀尖在X軸的實際半徑位置為ob，與系統(tǒng)不一致?，F(xiàn)假設(shè)系統(tǒng)驅(qū)動刀具在X軸上進(jìn)給Δx，刀尖點處于C點位置。系統(tǒng)的實際訴求是獲得半徑尺寸r1。

零件的一般車削加工中，對刀高度誤差e相對于對刀直徑R較小，即e?R，若忽略對刀高度誤差e，則δ→0;但對于精密加工，誤差δ相對于所允許的尺寸波動范圍來說仍然較大，必須加以考慮與控制。

2 影響加工誤差δ的因素分析

如式(4)所示，加工誤差產(chǎn)生的根本原因是對刀高度誤差e的存在。當(dāng)對刀高度誤差為某定值時，加工誤差δ大小又受X軸上進(jìn)給量Δx、對刀直徑R等因素影響。為探索加工誤差與影響因素之間的變化規(guī)律，本節(jié)分別分析對刀高度誤差、對刀直徑、進(jìn)給量［1］對加工誤差的影響規(guī)律。

2.1 對刀高度誤差e對加工誤差的影響

由式(4)可知，加工誤差δ隨對刀高度誤差e的絕對值增大而增大，即對刀高度誤差越大，其加工誤差δ越大［7］。對刀直徑R分別為20mm、30mm，進(jìn)給量Δx為5mm時，對刀高度誤差e與加工誤差δ的關(guān)系如圖3所示。關(guān)系圖也反映了加工誤差δ與對刀高度誤差e之間這一變化規(guī)律。

值得注意的是，當(dāng)對刀高度誤差e=0時，加工誤差e不受對刀直徑R和進(jìn)給量Δx的影響，其值始終為零，即不存在加工誤差;當(dāng)加工誤差e為某定值時，加工誤差δ會因?qū)Φ吨睆降牟煌煌簿褪羌庸ふ`差δ受對刀直徑R的大小影響［7］。對刀時，一方面應(yīng)盡可能減少對刀高度誤差，還需考慮對刀直徑R的影響［8］。

圖3 對刀高度誤差e與加工誤差δ的關(guān)系圖

2.2 直徑尺寸R對加工誤差的影響

由式(4)可知，加工誤差δ關(guān)于對刀直徑R的偏導(dǎo)數(shù)為

可見，偏導(dǎo)數(shù)δR≤0，即加工誤差δ隨著對刀直徑R的增大而減少。對刀高度誤差e分別為0.1mm、0.2mm，X軸上進(jìn)給量Δx為0.3mm時，對刀直徑R與加工誤差δ的關(guān)系如圖4所示?？梢姡瑢Φ吨睆皆酱?，其對加工誤差的影響越小。對刀時應(yīng)選用盡可能大的對刀直徑R，以提高車削精度。

圖4 對刀直徑R與加工誤差δ的關(guān)系圖

圖5 進(jìn)給量Δx與加工誤差δ的關(guān)系圖

2.3 進(jìn)給量Δx對加工誤差的影響

誤差δ關(guān)于進(jìn)給量Δx的偏導(dǎo)數(shù)為

偏導(dǎo)數(shù)δΔx≥0，即加工誤差δ隨著進(jìn)給量Δx的增大而增大。刀直徑R分別為20mm、30mm，對刀高度誤差e為0.1mm時，進(jìn)給量Δx與加工誤差δ的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)進(jìn)給量大于零時，加工誤差大于零，此時實際加工尺寸偏大，且增大量隨進(jìn)給量Δx的增大而增大;反之，實際加工尺寸偏小，且減小量隨進(jìn)給量Δx的增大而增大。對刀時，若選用零件所有直徑尺寸的中間值作為對刀直徑，使零件的每個直徑尺寸與對刀直徑的差值最小，即進(jìn)給量Δx最小，可減小零件的加工誤差;另一方面，若要降低零件加工的廢品率應(yīng)選用較小的對刀直徑，此時零件實際加工尺寸偏大，對于不合格產(chǎn)品可采取相應(yīng)措施彌補。

但是，對比圖5與圖4可知:若對刀高度誤差一定，進(jìn)給量對加工誤差的影響為微米級，是影響加工誤差的次要因素;對刀直徑對加工誤差的影響為毫米級，是主要因素。因此，對于具體的零件，是選用盡可能大的對刀直徑，還是選用中間值或較小的對刀直徑，應(yīng)具體問題具體分析［3］。

3 對刀高度誤差e對零件形狀的影響分析

對刀高度誤差引起的零件加工誤差隨對刀直徑和加工進(jìn)給量的變化而變化，這種加工誤差不僅對零件加工精度有影響，還對零件形狀有影響，且對直線、斜線、圓弧等不同形狀的影響不同［4-6，8］。

3.1 對刀高度誤差e對直線形狀的影響

對于平行于零件軸線的直線，其進(jìn)給量Δx為定值，由公式(4)及2.3分析可知，加工誤差也為定值，即這類直線只是偏離或偏向于零件軸線，而對直線形狀沒有影響。

3.2 對刀高度誤差e對斜線形狀的影響

對不平行于零件軸線的斜線來說，在直徑方向的進(jìn)給量Δx隨軸向位置不同而不同，加工誤差也隨軸向位置不同而不同，此時加工誤差對斜線形狀有影響。具體來說，若斜線段的最大直徑小于對刀直徑，其零件的實際加工相形狀呈內(nèi)凹形，且實際形狀尺寸大于理想形狀尺寸，如圖6a所示;反之，其零件的實際加工相形狀呈外凸形，且實際形狀尺寸小于理想形狀尺寸，容易出現(xiàn)廢品，如圖6b所示;若對刀直徑處于斜線段的最大直與最小值之間，此時實際加工相形狀是凸凹疊加的復(fù)合形狀，也容易出現(xiàn)廢品，如圖6c。

圖6 加工誤差對斜線段的影響

3.3 對刀高度誤差e對圓弧形狀的影響

對于不平行于零件軸線的圓弧，其各點到零件軸線的距離不一，加工誤差不［9-10］?，F(xiàn)以圓弧最大直徑小于對刀直徑探討對刀高度誤差對圓弧形狀的影響，距軸線最遠(yuǎn)的點其進(jìn)給量最小，加工誤差最小，而距軸線最近的點其進(jìn)給量最大，加工誤差最大，致使圓弧的實際加工形狀有扁平變化趨勢，如圖7所示。同理可知，若圓弧最小直徑大于對刀直徑，有中凸變化趨勢。

圖7 加工誤差對圓弧形狀的影響

4 結(jié)論

本文以對刀高度誤差模型為基礎(chǔ)，系統(tǒng)分析了對刀高度誤差的影響因素，探討了對刀高度誤差對零件形狀誤差的影響，結(jié)論如下:

(1)對刀高度誤差會引起零件加工誤差，且加工誤差隨對刀高度誤差增大而增大。對刀高度誤差一定時，加工誤差隨對刀直徑的增大而減少;隨進(jìn)給量的增大而增大。

(2)對刀高度誤差會影響斜線段、圓弧等不平行于零件軸線部分的形狀精度。

(3)加工誤差受對刀高度誤差、對刀直徑和進(jìn)給量等多因素影響，采取何種措施提高車削精度，應(yīng)具體問題具體分析選擇合適的解決方法。

［1］夏洪均.經(jīng)濟型數(shù)控車床的對刀及刀偏的計算方法探討［J］.渝州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2002，19(2):80－81.

［2］張柱銀，明興祖，姚建民.數(shù)控加工中對刀問題的處理［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2002(9):21－23.

［3］閆曉玲，王望龍，冷崇杰.數(shù)控車削加工誤差理論分析及控制方法［J］.煤礦機械，2009，30(6):98－100.

［4］高琪，祖英利，萬金貴.基于車削加工的誤差分析及其補償研究［J］.煤礦機械，2010(1):127－130.

［5］白紅英，張玉峰.數(shù)控車床刀具對刀原理及其誤差研究［J］.金屬加工(冷加工)，2012(8):49－51.

［6］周旭光.數(shù)控車削對刀高度誤差對加工精度的影響［J］.機床與液壓，2006(7):105－107.

［7］韓服善，張石平.數(shù)控車床對刀方法分析與應(yīng)用［J］.機械工程與自動化，2005，133(6):90 －91.

［8］高旭麗.車削加工的誤差分析及其補償［J］.科技傳播，2012(7):18.

［9］龍永蓮.數(shù)控車床對刀操作時容易出現(xiàn)的問題及操作注意事項［J］.機床與液壓，2008，36(10):294－295.

［10］李尚政，劉宏，陳東生.數(shù)控機床刀補與精度控制技術(shù)研究［J］.機械制造，2003，41(471):40－42.

(編輯 趙蓉)

The Effect of Tool Sitting Height Error on the Turning Precision

WANG Shou-zhia，HAN Jin-yub
(a.Department of Mechanical and Electronic;b.Department of Information，Engineering Weihai Vocation College，Weihai Shandong 264210，China)

The effect of the tool setting height error on turning processing precision is studied.A model of turning processing error caused by the tool setting height error is proposed.The vector expression of turning processing error is derived based on the analysis of the establishing process of turning dimension error.The variation law of turning processing error caused by the tool setting height deviation，the cutter diameter or the turning feed rate is analyzed.And the tool setting error on the part shape error influence is analyzed further.Analysis shows that the tool setting errorw ill produce the shape error and size error，and error increasesw ith the diameter size of tool setting error increases，and the cutter diameter and amount of feed and other factors.

NC turning;tool setting height error;turning precision;error analysis

TH17

B

1001－2265(2013)03－0115－03

2012－08－13;

2012－09－19

王守志(1977—)，男，山東鄒城人，威海職業(yè)學(xué)院機電工程系副教授，博士，主要從事機械設(shè)計、智能化檢測與監(jiān)控研究，(E－mail)wszokok@163.com。