王新青-車軸類零件外圓表面常見的加工誤差與控制

1、車軸類零件外圓表面常見的加工誤差與控制姓 名： 王新青 身份證號碼 種： 數(shù)控加工 等 級： 數(shù)控銑高級工 培 訓(xùn) 單 位： 開封技師學(xué)院 鑒 定 單 位： 開封技師學(xué)院 年 月 日內(nèi)容摘要：該論文主要針對在機(jī)械加工中車外圓時常會遇到的加工誤差，進(jìn)行分析；并采用相應(yīng)的措施對其加工誤差進(jìn)行控制，以保證零件的加工質(zhì)量。關(guān)鍵詞：機(jī)械加工 車床 外圓表面 加工誤差外圓表面常見的加工誤差與控制由于在機(jī)械加工中工件受到外力、內(nèi)力、工藝裝置、環(huán)境因素及人為因素等影響，不可避免的會出現(xiàn)加工誤差。而加工誤差總是最終的反映到零件的已加工表面上，如果加工誤差超過了零件的技術(shù)要

2、求就將會出現(xiàn)報廢現(xiàn)象，這樣就會增加加工成本，降低總加工效率，經(jīng)濟(jì)性也會隨之降低，這樣的現(xiàn)象是我們所不期望的，我們也不希望出現(xiàn)報廢現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量問題時，我們就要對其分析原因提出解決、改進(jìn)的措施，以提高零件的加工質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、提高零件的經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械加工中加工外圓表面時一般常會出現(xiàn)的加工誤差有：腰鼓形圓柱度誤差、馬鞍形圓柱度誤差、錐形圓柱度誤差、毛坯誤差復(fù)映、直線度誤差和同軸度誤差等。一、腰鼓形圓柱度誤差1.基本形式：兩端小中間大，如圖1所示：圖1腰鼓形圓柱度誤差2.形成原因：腰鼓形圓柱度誤差一般來說主要的出現(xiàn)在細(xì)長軸的加工中。在加工細(xì)長軸的過程中，由于機(jī)床的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工件的剛度，所

3、以變形主要來源于工件的變形。工件在加工中受到外力的綜合作用下發(fā)生彎曲，從而造成加工誤差，所以減小此類加工誤差，主要的是要降低工件在加工過程中所受的外力。工件在加工過程中所受的外力一般有三個方面分別有：（1）一方面是工件在加工外圓時，刀具給工件的切削力分力Fp（背向力），如圖2所示。圖2受力分析（2）另一方面是工件在加工外圓時，刀具切削力分力Ff（軸向切削力）給工件的壓迫，造成工件不穩(wěn)定彎曲。（3）另一方面是由切削熱引起的工件熱脹伸長，當(dāng)尾座使用的又是剛性頂尖時，工件就會受到約束無法伸長，而造成彎曲。綜合上述的三方面因素，工件在外力作用下發(fā)生彈性變形而出現(xiàn)變形“讓刀”現(xiàn)象，在工件的全長上切削時背

4、吃刀量由大到小，在由小變大（如圖3所示），最終使工件產(chǎn)生腰鼓形圓柱度誤差。圖3工件彎曲產(chǎn)生誤差3.改進(jìn)措施：（1）增加工件的剛度，采用跟刀架，這樣可以有效的減小工件發(fā)生的彎曲，從而減小加工誤差；（2）增大主偏角 背向力Fp是造成工件變形的最主要原因，由圖12可知，背向力Fp與主偏角的關(guān)系：Fp=Fc * cosKr增大主偏角可以減小背向力Fp，從而減小工件工件變形。（3）避免出現(xiàn)工件軸向約束 采用彈性頂尖，保證工件受熱伸長的時候能有一定的空間。（4）采用反向進(jìn)給 將工件的軸向壓力轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ妮S向拉力，如圖14所示。圖1-4反向進(jìn)給方式二、馬鞍形圓柱度誤差1.基本形式：兩頭大中間小，如圖15所示

5、。圖1-5馬鞍形圓柱度誤差2.形成原因：在零件的加工過程中產(chǎn)生馬鞍形圓柱度誤差的原因一般有以下的三個方面：（1）在加工細(xì)長軸時形成馬鞍形誤差 有圖12的受力分析中可以看出當(dāng)主偏角Kr在090°時，背向力Fp向外，使細(xì)長軸向外產(chǎn)生彎曲變形，從而造成“讓刀”的現(xiàn)象。如果主偏角在90°180°范圍，則背向力Fp方向與圖示方向相反，細(xì)長軸則向刀具一側(cè)發(fā)生彎曲變形，從而使工件出現(xiàn)“扎刀”現(xiàn)象。在工件的全長上進(jìn)行切削時，背吃刀量由小變大、再有大變小，最終使加工出來的工件出現(xiàn)馬鞍形誤差。（2）加工粗短軸時形成馬鞍形誤差 當(dāng)在車床上采用兩頂尖支撐短粗軸對工件進(jìn)行切削加工時，因?yàn)檫@

6、時工件的剛性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)床的剛性，工件的變形可忽略不計，機(jī)床的加工精度將直接性的影響工件的加工精度。工藝系統(tǒng)的變形主要有主軸箱、尾座和刀架的變形。在背向力Fp的作用下主軸箱、尾座和刀架就會發(fā)生一定的位移，經(jīng)過實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)證明，在粗短軸類零件在全長上加工時，當(dāng)?shù)毒呖拷沧鶗r，尾座的位移量最大；當(dāng)?shù)毒呖拷鬏S箱時，主軸箱的位移量最大；當(dāng)?shù)毒咴谥虚g時尾座、主軸箱的位移量都比較小。最終形成如圖15所示的馬鞍形誤差。（3）機(jī)床誤差引起馬鞍形圓柱度誤差 如果車床的導(dǎo)軌與主軸的回轉(zhuǎn)軸線在垂直平面內(nèi)的平行度存在著誤差，那么在加工時，加工出來的軸就會形成雙曲線面回轉(zhuǎn)體，也就是我們所常說的馬鞍形圓柱度誤差，如圖16

7、所示。圖1-6機(jī)床誤差引起的馬鞍形誤差3.改進(jìn)措施：（1）對細(xì)長軸加工時形成的馬鞍形誤差，可以采用與腰鼓形誤差改進(jìn)的方法和措施；（2）對于短粗軸加工時形成的馬鞍形誤差，可以通過改進(jìn)刀具的幾何參數(shù)，減小切削深度從而減小徑向切削力Fp，以及增強(qiáng)機(jī)床剛性等方面采取措施。（3）對機(jī)床誤差形成的馬鞍形誤差，應(yīng)加強(qiáng)機(jī)床導(dǎo)軌的保護(hù)與保養(yǎng)，以減小導(dǎo)軌磨損，延長導(dǎo)軌的使用壽命。定期檢修，保證機(jī)床加工精度。三、錐形圓柱度誤差1.基本形式 ：一頭大一頭小，如圖17所示。圖1-7錐形圓柱度誤差2.形成原因：（1）車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)存在平行度誤差，加工出來的軸就會出現(xiàn)錐形圓柱度誤差。（2）車床尾座中心線和

8、主軸的回轉(zhuǎn)中心線沒有在一個直線上。如果車床尾座中心線向遠(yuǎn)離刀具的一側(cè)偏移，則加工出來的周就會產(chǎn)生如圖17所示的錐形圓柱度誤差，如果車床尾座中心線向靠近刀具一側(cè)偏移，則加工出來的軸的大小頭就與圖17所示的相反。（3）主軸純角度擺動 主軸純角度擺動是指主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線與平均的回轉(zhuǎn)軸線成一定的傾斜角度，但其交點(diǎn)位置固定不變的運(yùn)動如圖18所示。圖1-8主軸純角度擺動3.3改進(jìn)措施：（1）定期檢驗(yàn)機(jī)床，保證車床導(dǎo)軌與主軸回轉(zhuǎn)軸線在水平面內(nèi)的平行度能夠符合零件的技術(shù)。（2）在使用車床前應(yīng)檢驗(yàn)尾座中心線和主軸回轉(zhuǎn)軸線是否在同一直線上。（3）調(diào)整主軸軸承間隙，消除主軸純角度擺動。四、毛坯誤差復(fù)映1.基本形式：

9、工件的已加工表面的誤差與毛坯形狀誤差相似，如圖19所示。圖1-9毛坯誤差復(fù)映2.形成原因：因毛坯形狀誤差造成切削力大小變化引起加工誤差。在車床上加工短軸時，當(dāng)工藝系統(tǒng)確定后，一般來說其剛度就基本不發(fā)生變化，刀具與工件之間相對正確位置的改變一般是由于外力的影響而造成，如圖19所示，在加工有橢圓形誤差的軸時，加工之前先把刀尖調(diào)整到規(guī)定的正確位置(圖中畫虛線的位置)，車削時工件每旋轉(zhuǎn)一周切削深度也在不斷的發(fā)生著變化，當(dāng)車削具有橢圓形誤差的長軸毛坯時理論切削深度Ap1最大；此時切削力最大；工藝系統(tǒng)的變形Y1也最大 。而當(dāng)車削的是短軸時理論切削深度Ap2最小；此時切削力最小；工藝系統(tǒng)的變形Y2也最小。由

10、此可以看出，切削深度的變化直接影響著徑向切削力Fp的變化，并在FmaxFmin之間不斷往復(fù)變化。當(dāng)系統(tǒng)的剛性不變時，這種變化的切削力將作用在工藝系統(tǒng)上，使得工藝系統(tǒng)在這樣變化的切削力作用下也隨著發(fā)生相應(yīng)的變化。3.改進(jìn)措施：改進(jìn)工藝措施，增加進(jìn)給次數(shù)，可采用誤差分組法進(jìn)行加工。五、直線度誤差1.基本形式：軸的回轉(zhuǎn)中心線發(fā)生彎曲不是一條直線，圖110所示的彎曲變形時軸類零件最常見的一種直線度誤差。圖1-10彎曲變形2.形成原因：（1）工件在加工過程中，需要切除掉大量的金屬，因而會產(chǎn)生較大的切削力和切削熱，同時也需要加大的夾緊力，在這些力和熱的作用下引起工件產(chǎn)生變形。（2）經(jīng)過粗加工半、精加工后，

11、零件的外形和毛坯發(fā)生很大的變化，零件的內(nèi)應(yīng)力也會從新分布，而導(dǎo)致零件發(fā)生彎曲變形。3.改進(jìn)措施：（1）劃分加工階段，使零件的變形盡量發(fā)生在粗加工與半精加工階段，以便在精加工時可以得到修正；（2）在加工工藝過程中安排退火、時效等熱處理工藝消除內(nèi)應(yīng)力，減小工件的彎曲變形。（3）改進(jìn)刀具幾何形狀，適當(dāng)增加主偏角，采用硬質(zhì)材料的刀具，減小徑向切削分力，控制零件的彎曲變形。六、同軸度誤差1.基本形式：被測兩軸頸的軸線不在同一軸線上，如圖111所示。圖1-11同軸度誤差2.形成原因：（1）選擇工藝方法不當(dāng)，如果采用中間大直徑表面作為定位基準(zhǔn)裝夾加工一端后再掉頭裝夾加工另一端，這時由于安裝誤差造成加工同軸度

12、誤差（2）加工時選用的基準(zhǔn)不統(tǒng)一，如果加工時一端采用大徑定位，另一端采用小徑定位則會因?yàn)榛鶞?zhǔn)的不統(tǒng)一而造成同軸度誤差。（3）機(jī)床精度低也是造成同軸度誤差的原因之一。3.改進(jìn)措施：（1）加工兩端軸頸均采用兩中心孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，并在精加工之前修正中心孔，提高定位基準(zhǔn)的定位精度，可以有效地提高軸頸的同軸度。（2）保證機(jī)床精度能夠滿足零件的加工精度要求。結(jié)束語：機(jī)械加工中加工外圓時通常會出現(xiàn)腰鼓形圓柱度誤差、馬鞍形圓柱度誤差、錐形圓柱度誤差、毛坯誤差復(fù)映、直線度誤差復(fù)映和同軸度誤差復(fù)映。造成這些誤差的原因有機(jī)床精度、外力、內(nèi)力、環(huán)境和人為因素等，誤差不可避免但經(jīng)過我們的分析、改進(jìn)卻可以有效地減小，一般可從檢修機(jī)床提高機(jī)床精度；采用剛性高的刀具；采用合理的加工工藝等方面。來保證零件的加