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數(shù)控車床外圓加工的誤差分析

2021-11-5 來(lái)源：甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院作者：李凌鵬

摘要：對(duì)外圓數(shù)控車床在不同條件下進(jìn)行加工，測(cè)量活塞的最大直徑尺寸帶下，結(jié)合車床加工基本原理梳理了活塞加工過(guò)程中的系統(tǒng)工作流程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)合活塞尺寸誤差變化規(guī)律找出影響數(shù)控車床外圓加工的因素，旨在能夠為機(jī)床研究者提供一個(gè)可靠的數(shù)據(jù)支持，也為未來(lái)提升外圓數(shù)控車床加工指明方向。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；外圓加工；誤差分析

在外圓數(shù)控車床使用的過(guò)程中，活塞是一個(gè)十分重要的組成構(gòu)件，活塞性能優(yōu)劣直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。同時(shí)，活塞的外形也會(huì)對(duì)燃油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性等產(chǎn)生深刻的影響。考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中外界多個(gè)壓力所造成的活塞變形問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞現(xiàn)常用凹凸變橢圓型面。本文所研究的外圓數(shù)控車床在使用的過(guò)程中能夠承擔(dān)各種類型的車削加工，包含車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面和其他回轉(zhuǎn)面。

1、外圓數(shù)控車床的加工原理

1.1 微進(jìn)給刀架結(jié)構(gòu)

微進(jìn)給機(jī)構(gòu)在加工制造的時(shí)候會(huì)涉及多個(gè)伸縮材料，在具體實(shí)施操作的時(shí)候可以通過(guò)改變線圈電流應(yīng)用產(chǎn)生的磁場(chǎng)來(lái)調(diào)整伸縮縫的使用。但是，從實(shí)際操作上來(lái)看，超磁伸縮材料的反應(yīng)速度比較快、系數(shù)較高、能量密度高，在加工操作時(shí)產(chǎn)生的伸縮裂縫難以滿足施工操作的基本要求。在施工操作的時(shí)候，需要相關(guān)人員采取有效的方式來(lái)嚴(yán)格把控伸縮裂縫、材料密度、材料精準(zhǔn)度，從而確保伸縮材料的選擇和使用能夠滿足車裝加工操作的需要。

1.2 車床工作原理分析

活塞橢圓度的加工一般是通過(guò)調(diào)節(jié)電流電量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的控制，基于參數(shù)控制的這個(gè)要求，在實(shí)施加工操作時(shí)，為了能夠確保加工活塞和系統(tǒng)運(yùn)行要求的適應(yīng)，在具體實(shí)施操作的時(shí)候，還需要采取一定的措施來(lái)減少因?yàn)闇囟冗^(guò)度升高所引發(fā)的伸縮縫控制不合理問(wèn)題。在全面了解材料信息后，本文選擇根據(jù)橢圓基準(zhǔn)信號(hào)來(lái)檢查和調(diào)整反饋芯片中的數(shù)據(jù)信息，在加工操作的時(shí)候，全面地收集整理電渦流傳感器數(shù)據(jù)信心，在獲得兩個(gè)差值數(shù)據(jù)信息后，將這些信息傳輸?shù)綌?shù)控操作系統(tǒng)中。

2、外圓數(shù)控車床活塞實(shí)驗(yàn)誤差分析

2.1 程序參數(shù)調(diào)節(jié)控制不合理引發(fā)的問(wèn)題

參數(shù)比值是設(shè)備板材和固定彈簧到達(dá)渦流傳感器檢測(cè)中心位置（c）和鋁板、彈簧板固定位置到刀尖位置的距離的對(duì)比分析比值。在實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)候，如果經(jīng)過(guò)測(cè)定分析后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)讀鋁板以及彈簧板的固定，需要準(zhǔn)確地檢測(cè)到傳感器距離中心位置的距離，而且也可以根據(jù)彈簧板固定位置，分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)的比值，就會(huì)使得系統(tǒng)補(bǔ)償量變小。在對(duì)實(shí)驗(yàn)研究的外圓數(shù)控車床研究分析后，可以確定鋁板以及彈簧板的固定位置，當(dāng)其距離為 105mm 時(shí)，鋁板以及彈簧板到尖刀的位置保持在70mm 的狀態(tài)，并得到其比值參數(shù)：1.5。需要注意的是，在結(jié)構(gòu)匯總的彈簧板分析中，需要掌握其弧度問(wèn)題，且比值是變動(dòng)的，而非一個(gè)固定的數(shù)值，最終將比值的參數(shù)范圍設(shè)定在 1.4 ～ 1.6，只有參數(shù)的數(shù)值被控制在這個(gè)范圍內(nèi)，才能夠提升外圓數(shù)控車床加工的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 溫度導(dǎo)致的鋁板偏差

（1）鋁板熱變形。通過(guò)對(duì)機(jī)床刀架系統(tǒng)運(yùn)行狀況的分析，在刀架安裝鋁板的過(guò)程中，其核心目的是降低鋁板運(yùn)行中的慣性應(yīng)力。在機(jī)床剛開(kāi)始較高的時(shí)候，機(jī)床的整體溫度會(huì)從室內(nèi)25℃的溫度提升到35℃的狀態(tài)。

在具體實(shí)施操作的時(shí)候，受鋁板熱膨脹系數(shù)的影響，鋁板熱變形是影響活塞加工誤差的重要因素。

（2）鋁板熱變形的影響。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，在設(shè)備操作中，由于電渦流傳感器對(duì)鋁的感應(yīng)能力較低，在實(shí)際操作中，容易引起鐵片強(qiáng)度較高的問(wèn)題，檢測(cè)溫度的變化范圍在 0 ～ 10℃，在將關(guān)聯(lián)系數(shù)代入指定的參數(shù)后，得到電渦流初始狀態(tài)下的檢測(cè)數(shù)值，因此，在具體的設(shè)備操作中，設(shè)備人員應(yīng)該根據(jù)電渦流檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)鐵片的位置進(jìn)行控制及調(diào)整，以及時(shí)消除刀架在橫軸熱變中的誤差問(wèn)題。需要注意的是，對(duì)于相關(guān)設(shè)備維護(hù)人員，在具體的工程操作中，需要根據(jù)鐵皮檢測(cè)面以及傳感器斷面的平行度等，確定各個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)參數(shù)，以避免鋁板熱變對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行造成的影響。

2.3 數(shù)控車刀安裝高度的影響

（1）數(shù)控車刀安裝位置的影響。

通過(guò)對(duì)數(shù)控車刀安裝方案的分析，若出現(xiàn)高度不同的問(wèn)題，會(huì)降低系統(tǒng)的切削性能，也就是說(shuō)，在具體的刀具安裝以及操作的過(guò)程中，當(dāng)遇到刀尖高于中心面的問(wèn)題，會(huì)在刀具工作面上形成夾角，導(dǎo)致刀具工作之前的夾角偏差比較大。在具體操作時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，工作前角在不斷變大的時(shí)候，就會(huì)減少切削層的變形，最終在使用操作的時(shí)候，會(huì)減少整個(gè)機(jī)床運(yùn)行管理的消耗，和減少這些消耗伴隨出現(xiàn)的切削溫度的降低。在實(shí)施操作的時(shí)候?yàn)榱四軌蚪鉀Q以上問(wèn)題，需要操作人員采取恰當(dāng)?shù)姆绞教嵘庸ぎa(chǎn)品加工質(zhì)量。在具體操作的時(shí)候，若刀具安裝相對(duì)較高，會(huì)影響后續(xù)工件的生產(chǎn)，而且也無(wú)法提高零件的生產(chǎn)效率，降低各個(gè)設(shè)備流程的操作價(jià)值，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)刀具崩裂的問(wèn)題。因此，在具體的設(shè)備粗加工中，應(yīng)保證刀頭切割的輕度，通過(guò)刀具安裝高于中心位置的問(wèn)題分析，增強(qiáng)各個(gè)工序施工的穩(wěn)定性，由此在確保刀具強(qiáng)度的同時(shí)，還能為切削操作的開(kāi)展提供重要支持。而且，在精加工操作的過(guò)程中，通常會(huì)選擇后角施工方法，將刀具安裝在比較高的位置，避免刀面及工件不對(duì)稱問(wèn)題的出現(xiàn)，以增強(qiáng)工件表面的施工質(zhì)量。

（2）刀具安裝高度對(duì)刀具加工精準(zhǔn)度的影響。

第一，尺寸誤差的分析。數(shù)控車床在不使用刀儀的時(shí)候一般會(huì)采用試切對(duì)刀方式，在試切操作后測(cè)量出數(shù)值對(duì)刀基準(zhǔn)圓直徑的影響。試切后測(cè)量出對(duì)刀基準(zhǔn)圓直徑的影響，輸入系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)用刀具當(dāng)前橫軸機(jī)械坐標(biāo)剪去試驗(yàn)切除的外圓直徑大小，由此會(huì)得到工件坐標(biāo)系橫軸原點(diǎn)的位置。車刀安裝高矮、尺寸大小對(duì)刀基準(zhǔn)誤差的影響具體如表 1 所示。

表 1 車刀安裝高矮、尺寸大小對(duì)刀基準(zhǔn)誤差的影響

第二，在形狀誤差檢測(cè)的過(guò)程中，項(xiàng)目操作人員需要仔細(xì)分析錐度以及圓弧面的操作狀況，通過(guò)高度安裝以及高度的調(diào)節(jié)等，確定具體的工件加工方案，以避免加工工序不合理對(duì)施工工序造成的影響。例如，在進(jìn)行圓錐加工中，相關(guān)人員應(yīng)該將半徑作為基本的編程參數(shù)，按照 x=az+c 方程式進(jìn)行圓錐加工，以增強(qiáng)各個(gè)參數(shù)的精準(zhǔn)性。整個(gè)過(guò)程中需要注意的是，當(dāng)?shù)谰叩陌惭b高度過(guò)高時(shí)，圓錐工件的加工程序會(huì)出現(xiàn)雙曲輪廓的狀態(tài)，導(dǎo)致兩條線會(huì)變成一個(gè)直線。而且，在車削外圓錐工件設(shè)計(jì)中，其形狀的標(biāo)準(zhǔn)性與過(guò)切或欠切存在關(guān)聯(lián)，因此，在工件參數(shù)設(shè)定中，一定要認(rèn)識(shí)到刀的基準(zhǔn)尺寸對(duì)圓錐形狀造成的影響，避免誤差增大問(wèn)題的出現(xiàn)。小端欠切，越朝著小端的方向發(fā)展，由此產(chǎn)生的誤差也會(huì)增大。

第三，切削直徑向力帶來(lái)的加工誤差。結(jié)構(gòu)中的刀尖位移量和彈簧板的變形量之間存在密切的關(guān)聯(lián)，其中，彈簧板變形量又深受切削向力的影響。考慮到整個(gè)系統(tǒng)是在加工之前完成補(bǔ)償?shù)模虼耍邢飨蛄κ欠治黾庸ふ`差的一個(gè)重要因素。在具體實(shí)施操作的時(shí)候，由于活塞要求的誤差范圍為 20um，由撓度公式可以推導(dǎo)出向力波動(dòng)的范圍在 ±1.5N 左右。

3、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，車刀安裝位置一般比較高，由此得到的切削力也會(huì)降低，在具體應(yīng)用操作的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的尺寸誤差和形狀誤差，由此影響了零件的加工質(zhì)量。為此，在進(jìn)行零件加工操作的時(shí)候，需要確保車刀對(duì)準(zhǔn)工件的加工中心，通過(guò)選擇適合的刀具和加工工藝參數(shù)來(lái)提升切削性能。在安裝操作的時(shí)候如果無(wú)法規(guī)避偏差則需要使對(duì)刀基準(zhǔn)尺寸和被加工的尺寸大小相適應(yīng)。在具體操作的時(shí)候，對(duì)于連續(xù)加工的階梯軸則是要選擇軸的大端尺寸對(duì)刀基準(zhǔn)尺寸。活塞尺寸誤差的計(jì)算和分析會(huì)受到程序參數(shù)設(shè)定的影響，

在具體實(shí)施操作的時(shí)候，如果參數(shù)設(shè)定不夠合理就會(huì)使得活塞在使用的時(shí)候出現(xiàn)比較大規(guī)模的誤差，導(dǎo)致刀架的徑向力發(fā)生變化，從而影響彈簧板的彈性變形量。在具體加工操作處理的時(shí)候，需要相關(guān)人員能夠結(jié)合實(shí)際情況做到具體問(wèn)題具體分析。

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