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： 數控加工 等 級： 數控銑高級工 培 訓 單 位： 開封技師學院 鑒 定 單 位： 開封技師學院 年 月 日內容摘要：該論文主要針對在機械加工中車外圓時常會遇到的加工誤差，進行分析；并采用相應的措施對其加工誤差進行控制，以保證零件的加工質量。關鍵詞：機械加工 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械加工中工件受到外力、內力、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，經濟性也會隨之降低，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。當出現(xiàn)質量問題時，我們就要對其分析原因提出解決、改進的措施，以提高零件的加工質量、提高勞動生產率、提高零件的經濟效益。在機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)在細長軸的加工中。在加工細長軸的過程中，由于機床的剛度遠遠大于工件的剛度，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），最終使工件產生腰鼓形圓柱度誤差。圖3工件彎曲產生誤差3.改進措施：（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）采用反向進給 將工件的軸向壓力轉變?yōu)楣ぜ妮S向拉力，如圖14所示。圖1-4反向進給方式二、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）在加工細長軸時形成馬鞍形誤差 有圖12的受力分析中可以看出當主偏角Kr在090°時，背向力Fp向外，使細長軸向外產生彎曲變形，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，細長軸則向刀具一側發(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 當在車床上采用兩頂尖支撐短粗軸對工件進行切削加工時，因為這

6、時工件的剛性遠遠大于機床的剛性，工件的變形可忽略不計，機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，經過實際操作實驗證明，在粗短軸類零件在全長上加工時，當刀具靠近尾座時，尾座的位移量最大；當刀具靠近主軸箱時，主軸箱的位移量最大；當刀具在中間時尾座、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）機床誤差引起馬鞍形圓柱度誤差 如果車床的導軌與主軸的回轉軸線在垂直平面內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機床誤差引起的馬鞍形誤差3.改進措施：（1）對細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，可以通過改進刀具的幾何參數，減小切削深度從而減小徑向切削力Fp，以及增強機床剛性等方面采取措施。（3）對機床誤差形成的馬鞍形誤差，應加強機床導軌的保護與保養(yǎng)，以減小導軌磨損，延長導軌的使用壽命。定期檢修，保證機床加工精度。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）車床導軌與主軸回轉軸線在水平面內存在平行度誤差，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、主軸的回轉中心線沒有在一個直線上。如果車床尾座中心線向遠離刀具的一側偏移，則加工出來的周就會產生如圖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際回轉軸線與平均的回轉軸線成一定的傾斜角度，但其交點位置固定不變的運動如圖18所示。圖1-8主軸純角度擺動3.3改進措施：（1）定期檢驗機床，保證車床導軌與主軸回轉軸線在水平面內的平行度能夠符合零件的技術。（2）在使用車床前應檢驗尾座中心線和主軸回轉軸線是否在同一直線上。（3）調整主軸軸承間隙，消除主軸純角度擺動。四、毛坯誤差復映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)，車削時工件每旋轉一周切削深度也在不斷的發(fā)生著變化，當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 。而當車削的是短軸時理論切削深度Ap2最??；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之間不斷往復變化。當系統(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)生相應的變化。3.改進措施：改進工藝措施，增加進給次數，可采用誤差分組法進行加工。五、直線度誤差1.基本形式：軸的回轉中心線發(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生變形。（2）經過粗加工半、精加工后，

11、零件的外形和毛坯發(fā)生很大的變化，零件的內應力也會從新分布，而導致零件發(fā)生彎曲變形。3.改進措施：（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應力，減小工件的彎曲變形。（3）改進刀具幾何形狀，適當增加主偏角，采用硬質材料的刀具，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，如果采用中間大直徑表面作為定位基準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為基準的不統(tǒng)一而造成同軸度誤差。（3）機床精度低也是造成同軸度誤差的原因之一。3.改進措施：（1）加工兩端軸頸均采用兩中心孔作為統(tǒng)一的定位基準，并在精加工之前修正中心孔，提高定位基準的定位精度，可以有效地提高軸頸的同軸度。（2）保證機床精度能夠滿足零件的加工精度要求。結束語：機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、毛坯誤差復映、直線度誤差復映和同軸度誤差復映。造成這些誤差的原因有機床精度、外力、內力、環(huán)境和人為因素等，誤差不可避免但經過我們的分析、改進卻可以有效地減小，一般可從檢修機床提高機床精度；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