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試（shì）論車刀幾何參數對數控車床加工精度的影響

2018-5-14 來（lái）源：四（sì）川職業技術學院作者：李進東吳國明

【摘要】隨著工業技術的發展，數控車床在工業加工中的（de）應用越來越廣泛。數控加工過（guò）程（chéng）中，一般（bān）對刀具刀尖的圓弧半徑 r、主偏角 kr、刀尖距離零件中心高的偏差尺寸等幾（jǐ）何參數進行重點探究，以提高工件表麵的光滑（huá）程度、減緩（huǎn）刀具磨損，便（biàn）於（yú）對刀具的切削力（lì）進行控製。刀具幾何（hé）參數（shù）對加工零件的軸向尺（chǐ）寸誤差和縱向尺（chǐ）寸誤差產生影響，加工零件的表麵形狀也會（huì）出現變（biàn）化。本文重點探究了數控車床刀具刀尖（jiān）圓弧半（bàn）徑對零件加工精度的影響，便（biàn）於零件加工過程中采取有效的措施。

【關鍵詞】刀具幾何參數零件（jiàn）加（jiā）工精度影（yǐng）響

數控車床加工過程中，零件的質量會受到多種因素的影響，例如車刀刀具刀尖圓弧半徑、主（zhǔ）偏角等幾何（hé）參數，刀具使用過程中幾何參（cān）數將會出現（xiàn）變（biàn）化，影響零件的加工質量、尺寸精度和（hé）形狀精度，加快刀具的磨損程度（dù）。因（yīn）此在零件加工的過程中，必須結合實際零件的尺寸，合理選（xuǎn）擇刀具刀尖的圓弧半徑，應用（yòng）有效的方法（fǎ）提高（gāo）零件的（de）加工精度和加工質（zhì）量。

1 、刀尖圓弧半徑影響圓柱類零件尺寸精度

車（chē）刀（dāo）與被（bèi）加工零件表麵的接觸切點運動形成完（wán）整的表麵，圖1 是幾種常見的零件加工方式。

圖（tú） 1 典型零件加工方式

圖中 A 為刀尖圓弧頂點（diǎn），當主偏角 kr= 90° 時，刀尖圓弧頂點（diǎn）A 可以滿足被加工零件軸向尺寸的精度要求。如( a) 所示（shì），如果( D － d) /2 = ap＞ r，加（jiā）工過程中刀尖圓（yuán）弧半徑將會導致被加工零件的軸向尺寸出現變化，將變化量記為△a，則△a = b － a = r，其中 a 表示刀具的（de）實際（jì）軸向位移尺寸，b 表示（shì）被加（jiā）工零件的軸向尺寸，r 表示車刀（dāo）刀具刀尖的圓（yuán）弧半徑。

此時的 a即為刀具實際軸向位移尺寸，其值為 a = b － △a = b － r。

圖中 A 為刀尖圓弧（hú）頂點，當主（zhǔ）偏角 kr= 90° 時，刀尖圓（yuán）弧頂點A 可以滿足（zú）被加工零件軸向尺寸的精度（dù）要求。如( a) 所示，如果（guǒ）( D － d) /2 = ap＞ r，加工過程（chéng）中刀尖圓弧半徑將會導致（zhì）被加工零件的軸向尺寸出現變化，將變化量記為△a，則（zé）△a = b － a = r，其中 a 表示刀（dāo）具的實際軸向位移尺（chǐ）寸，b 表示被加工零件的軸向尺寸，r 表示車刀刀具刀（dāo）尖的圓弧半徑。此時的 a即為刀（dāo）具實際軸向位移尺寸，其值為 a = b － △a = b － r。

如果( D － d) /2 = ap＜ r，刀尖的圓弧（hú）部分（fèn）將承擔全部的切削力，軸向尺寸變化量△a 和車刀刀具的實際位移長度 a 和（hé）前（qián）述計算方法相同。總之，在加（jiā）工圓柱類零件的過程中，車刀刀具刀尖圓弧（hú）半徑和車（chē）刀的主偏角將會對被加（jiā）工零件的（de）軸向尺寸產生較大的影響，在刀尖圓弧（hú）半徑不斷增大（dà）的過（guò）程中，軸向尺寸的變化量也會越大，反之亦然。

因此在（zài）編製零件加工（gōng）程序的同時，必須注（zhù）重軸向位（wèi）移尺（chǐ）寸的改變，但是刀尖圓弧（hú）半徑和主偏角對圓柱類零件的徑（jìng）向尺寸精（jīng）度不會產生影響。2 刀（dāo）尖圓弧半徑影響單段錐體類零件尺寸精度圖 2 是單段錐體類零件的加工示意圖。

圖 2 單段錐體類零件的加工示意

加工單段錐體（tǐ）類零件的過程中，如果車刀刀具位於初始加工（gōng）店，即Ⅰ位置時（shí），刀尖圓弧上的 B'點將與椎體類零件的小端（duān）起（qǐ）點（diǎn）相切（qiē）。軟件編程時也會（huì）以車刀刀具刀尖圓弧（hú）的中心點為（wéi）基準，將錐（zhuī）體類零件小端部分的軸向尺寸變化量記為。零件加工結束後，車刀將（jiāng）會停止在Ⅱ位置，刀具刀尖圓弧半徑與錐體類零件相切於B 點。因此（cǐ），如果刀具的（de）實際位移寸為 a，椎體類零件的軸向長

因此，在加工（gōng）單段錐體（tǐ）類（lèi）零件的過（guò）程中，必須重點考慮車刀刀尖圓環半徑的尺寸影響，在（zài）椎體軸向尺寸、徑向尺（chǐ）寸發生變化的過程中，刀尖圓弧半（bàn）徑增大（dà），被加工零件的軸向尺寸也會增大，而徑向尺寸減小，刀尖圓弧半徑減小，被加工零件的軸向尺寸減（jiǎn）小（xiǎo），徑向尺寸增大; 椎（zhuī）體零件（jiàn）的錐角增大，軸向尺寸的變化量增大，徑向尺寸減小，椎體零件的錐角減小，軸向尺寸減小，徑向尺寸增大。

3 、刀（dāo）尖圓弧半徑影響雙段外錐麵零（líng）件表麵尺寸

加工雙段外錐麵零件的（de）過程（chéng）中，車刀刀具（jù）和零件的相對（duì）位置如圖 3 所示。

圖 3 雙段外錐麵零件加工

如果刀具（jù）位於初始加工（gōng）位置，此時可以看（kàn）作單椎體（tǐ）零件加工，軸（zhóu）向尺寸（cùn）的變化與前述類似，如（rú）果刀具位於圖 3 位置，處於第一段單段椎（zhuī）體加工的（de）結束（shù）階（jiē）段，也位（wèi）於第二段椎體的（de）初始加工位置。這種情況下的刀（dāo）尖圓弧和第一段（duàn）單段椎體零件和第二段椎體零件分別相（xiàng）切於點 B 和點 E。圖中 DBLEF 即為理論（lùn）要（yào）求軌跡，被加工零件受到圓弧半徑尺寸的（de）影響，實際軌跡會（huì）變化為 DBL'EF，其中圓弧主要由車刀刀具刀尖圓弧（hú）形成（chéng）。

在刀尖圓弧半（bàn）徑的影響下，被（bèi）加工（gōng）兩段椎體零件的軸向（xiàng）尺寸和徑向（xiàng）尺（chǐ）寸都會受到影響，其中第一段椎體（tǐ）的軸向尺寸變化量△a1= b1－ a1= LC，由於 ∠BOH= α，∠EOH = β，因此∠BOE = β － α，刀尖圓弧與兩段椎體零件分別相切於 B、E 兩點，由幾（jǐ）何關係可知（zhī） EL = BL，因此 ∠BOL =∠EOL = ( β － α) /2。在∠BOL 中有 BL = rtg［( β － α) /2］，在∠BCL中（zhōng）有 LC = BLcosα = rcosαtg［( β － α) /2］，此時車刀刀（dāo）具的實際軸向位（wèi）移尺寸為 a1= b1－ △a1= b1－ rcosαtg ［( β － α) /2 ］，其中（zhōng）

α、β分別表示第一段和第二段椎體的斜度，同時也可以直接得（dé）出第二段椎體零件的軸向尺寸變化（huà）大小△a2= EG = rcosβtg［( β － α) /2 ］，零件的實際軸向位移尺寸 a

2= b2－ △a2= b2－ rcosβtg ［( β － α) /2］。

此時第（dì）一段椎體的（de）最大直徑尺（chǐ）寸為（wéi） dmax= d1－ △d1= d1－2rsinαtg［( β － α) /2］，第二段椎體（tǐ）的小端徑向尺寸變化量 △d2=2LG = 2rsinβtg［( β － α /2 ］，第二段椎體的最小直徑（jìng）為 dmin= d2+△d2= d2+ 2rsinβtg［( β － α) /2］。

由以上分析可知，在加工雙段外椎體零件的過程中，受到刀尖圓弧尺寸的變化，零件的軸向尺寸也會出現變化，刀尖圓弧半徑增（zēng）大的同（tóng）時，零件軸向尺寸增大，軸向尺（chǐ）寸的變化會受到兩椎體錐角的（de）差值影響（xiǎng），兩椎體錐角增（zēng）大時軸向尺寸也會增大。分析徑向尺寸的過程中發（fā）現（xiàn），刀尖圓弧增大時，第一（yī）段椎體大端的徑向尺寸減小，第二段椎體小端徑向尺（chǐ）寸（cùn）增大，兩椎體（tǐ）錐（zhuī）角差值增大時（shí），第一段椎體大端（duān）的徑向尺寸減小，第二段椎體小端徑向尺寸增大。4 刀尖圓弧半徑影響球麵類零件（jiàn）表麵加工尺寸加工過程中，車（chē）刀和被加工零件的相對位置如圖 4 所示。

圖 4 球麵（miàn）類零件加工示意（yì）

如果加工過程中由內向外（wài）走刀，刀具處於位（wèi）置Ⅰ時，此時零件（jiàn）的軸向尺寸變化為△a = b － a = r，在將非整半球麵時，刀具處於位置Ⅱ，此時刀尖圓弧 B 點與（yǔ）球麵類零件相切，這種情（qíng）況下（xià）零件的軸線尺寸變（biàn）化（huà）量（liàng）為△a = b － a = EF = rsinα，其中 α 表示（shì）刀（dāo）具和（hé）球麵類零件的夾角（jiǎo），此時刀具的實際軸向位移尺寸可以表示為 a = b －△a =

( Ｒ－ r) sinα，在加工外球麵的過程中△a 取負值。

球麵（miàn）零件加工過程中，刀具圓弧 BC 上的不（bú）同（tóng）點依次進行切削，零（líng）件的軸向尺寸變化量（liàng）為△a = EF，球麵加（jiā）工結束後進行大端評價加工時，刀（dāo）尖圓弧頂點和（hé）零件的端麵相切，零件的軸向尺寸變為 EF + AE，此時的徑向尺寸變化量△d = 2BE = 2rcosα，此時球（qiú）麵的最大（dà）直徑變為 Dmax= D － △d = D － 2rcosα，零件的軸向尺寸由原來的 b 變為b' = b － AE。由以上分析可（kě）知，加工內球麵零件的過（guò）程中，刀（dāo）尖圓弧半徑影響零件的軸向尺寸變化，刀尖圓弧半徑增大的同時，軸向尺寸減小，球麵夾角增大時，軸向尺寸也（yě）會減（jiǎn）小。

5 、結語

車刀刀具刀尖圓弧半徑影響零件的加工精度，在不同形狀（zhuàng）零件的加（jiā）工過程中，需要重視對零件加工精度的控製。例如在軟件編程過程轉給你可以對（duì）刀具刀尖的軌（guǐ）跡進行調整，保證刀尖的實際加工（gōng）軌跡和理想軌跡相（xiàng）符合（hé），可以借助幾何計（jì）算的方法將刀尖軌跡（jì）轉換為理（lǐ）想刀尖軌（guǐ）跡，編（biān）程過程中嚴格（gé）遵守草圖繪製、軌跡模擬、編程的（de）步（bù）驟。

另外在實際加工（gōng）過程中需要及時檢查所應用刀具的圓弧半徑 r，對（duì）刀過程中充分考慮刀具刀尖圓弧半徑的（de）影響，可以借（jiè）助數控車床係統（tǒng）刀具補償功能進（jìn）行尺寸優化。

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