本文重點(diǎn)探討了數(shù)控車削球面時(shí), 刀尖安裝高度偏差產(chǎn)生的加工誤差。理論分析表明: 刀尖安裝高度偏差不僅會(huì)造成球面徑向尺寸誤差, 同時(shí)還會(huì)引起球面的形狀誤差。
1.刀尖高度偏差對(duì)球面徑向尺寸誤差的影響。
數(shù)控車削零件之前, 通常先對(duì)刀確定工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置, 一般采用試切法。具體做法: 首先在零件端部試切一小段直徑為 2x0 的圓柱( 如圖 2) , 然后根據(jù)測(cè)量值, 就可確定工件坐標(biāo)系原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中 x向的位置。此時(shí)若刀尖與工件回轉(zhuǎn)中心線等高, 則對(duì)刀后確定的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)應(yīng)在工件回轉(zhuǎn)中心線上, 但實(shí)際安裝時(shí), 如果刀尖存在高度偏差 e, 則試切對(duì)刀后, 得到的工件坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)工件回轉(zhuǎn)中心線在 x 向向內(nèi)偏離 δ(如圖 3)。此種情況下若零件某截面直徑尺寸為2x0, 車削時(shí)為保證該段尺寸符合要求, 那么車刀刀尖在 x 軸上的實(shí)際坐標(biāo)為 x0–δ 。若在任一軸向位置時(shí), 工件要求加工的直徑尺寸為 2x, 則車刀刀尖 x 向?qū)嶋H坐標(biāo)為 x–δ , 根據(jù)以上分析有:
由此可知, 在加工零件任意截面, 車削后半徑的實(shí)際尺寸與理想尺寸差值 a為:
由公式 ( 1)、 ( 2) 可知, 當(dāng)存在刀尖安裝高度偏差 e 時(shí), 車削后零件截面半徑 (直徑) 實(shí)際尺寸與理想尺寸存在誤差值 a。下面分析徑向尺寸誤差的變化規(guī)律。
( 1) 截面直徑大小對(duì)誤差值的影響。
假定刀尖高度偏差 e=1mm, 對(duì)刀測(cè)量直徑值為 30mm (半徑 15 mm) , 則車刀刀尖在 x 向向內(nèi)偏離 δ =0.033 mm, 由公式 ( 1) 、 ( 2) 可以得到半徑 x值與誤差值 a的對(duì)應(yīng)關(guān)系 (見表 1) , 由表1 可以看出, 當(dāng)零件截面半徑 x 小于對(duì)刀尺寸時(shí),實(shí)際加工尺寸偏大, 且半徑 x 越小,誤差值 a 越大; 當(dāng)零件截面半徑 x大于對(duì)刀尺寸時(shí),實(shí)際加工尺寸偏小,且半徑越大,誤差值 a值越大, 當(dāng)零件截面半徑 x 等于對(duì)刀尺寸時(shí)誤差值 a 為零, 即實(shí)際尺寸相等。 (表 1 半徑 x 與差值 a 的對(duì)應(yīng)關(guān)系表)
( 2) 刀尖安裝高度偏差 e 對(duì)誤差值 a 的影響。
仍以對(duì)刀測(cè)量直徑 30mm為例, 假定高度差 e=2 mm, 則車刀刀尖在 x向向內(nèi)偏離 δ =0.mm; e=3 mm, 刀尖在 x向向內(nèi)偏離 δ =0.303m由公式 ( 1)、 ( 2) 可以得到高度偏差 e 值與誤值 a的對(duì)應(yīng)關(guān)系 (見表 2)。
由表 2 可以看出, 隨高度偏差 e 值的增徑向誤差 a 的絕值也隨之增大。零件截面半徑小對(duì)刀尺寸時(shí),實(shí)際工尺寸仍然偏大半徑越小,徑向誤值越大; 當(dāng)截面徑大于對(duì)刀尺寸實(shí)際加工尺寸仍然偏小,且半徑越大, 徑向誤差的值越大。當(dāng)零件截面半徑等于對(duì)刀測(cè)量徑時(shí)徑向尺寸誤差為零。
2. 刀尖高度偏差對(duì)球面形狀誤差的影響。
如圖 4 所示, 車削球面時(shí), 當(dāng)存在刀尖高偏差 e, 則車刀實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧 ea。弧位于高度 e 和 xoz面平行的平面上, 半徑為圓心坐標(biāo)為 ( -δ , e, - a/2) 其中 a 為球面軸向度。設(shè) m為圓弧 ea上任一點(diǎn),
e, z0。車削后零件在 xoz平面上的相應(yīng)曲線為 cb。根據(jù)車削原理, 在曲線 cb 上任意點(diǎn) n是由圓弧 ea上相應(yīng)點(diǎn) m繞 z軸旋轉(zhuǎn)得到的。如b是由 a繞 z軸旋轉(zhuǎn)得到的, c是由 e 繞 z軸旋轉(zhuǎn)得到的。故圖 4 中加工出來的曲線 cb 部分的實(shí)際軌跡方程為
顯然, 弧 cb 部分的實(shí)際軌跡不是圓弧。由圖 5 的一組標(biāo)注尺寸也可以看出實(shí)際加工出的曲線弧 cb 上各點(diǎn)到球面中心 o2 的距離不是定值(以圖 1 為例), 因此弧 cb為非圓弧曲線, 也即車削后的零件不是標(biāo)準(zhǔn)球面, 其形狀存在誤差。
3. 結(jié)論
基于以上分析可以看出, 數(shù)控車削球面時(shí), 若存在刀尖安裝高度偏差 e 不僅會(huì)引起球面徑向尺寸誤差, 還會(huì)造成球面形狀誤差。因此數(shù)控車削球面零件 ( 如球閥閥芯)時(shí),為了保證零件較高的形位精度,必須嚴(yán)格控制刀尖安裝中心高偏差 e, 使其值接近或?yàn)榱?。控制刀尖安裝高度偏差的措施:
1) 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化車刀或?qū)ｉT刃磨后的車刀,如刀尖等高的方刀體不重磨車刀等; 還可采用具有一系列厚度、硬度及平行的標(biāo)準(zhǔn)墊片或斜面錯(cuò)齒可調(diào)墊塊進(jìn)行調(diào)整。
2) 通過確定刀尖安裝中心高偏差的方法, 反復(fù)進(jìn)行試車削、測(cè)量、計(jì)算及調(diào)整過程, 直至其刀尖中心高偏差 e 接近或?yàn)榱?。確定刀尖安裝中心高偏差 e 值的方法: 先車一外圓柱表面測(cè)量其軸徑 db, 然后在 x 坐標(biāo)軸方向進(jìn)給一個(gè)設(shè)定的半徑差△r,再車一次外圓并測(cè)量其軸徑 da (如圖 6) ,如果測(cè)得的 da 為, da=db- 2△r, 則說明刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸心線等高, 即 e=0; 如果測(cè)得的 da 不等于 db- 2△r, 則說明存在安裝中心高偏差, 該偏差 e 可由式 ( 4) 計(jì)算得到:
由于車削加工球面零件的精度還受到其它因素的影響, 如刀具磨損、加工溫度、數(shù)控車床的精度等方面的影響。因此實(shí)際應(yīng)用中要全面而綜合考慮各因素對(duì)其加工精度的影響。
本文由 伯特利數(shù)控文章 整理發(fā)表，文章來自網(wǎng)絡(luò)僅參考學(xué)習(xí)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任。
加工中心、鉆攻中心專業(yè)制造