车削加工的误差分析及其补偿

高旭丽

烟台工程职业技术学院，山东烟台 264006

0 引言

在车削加工中，我们经常会存在对阶梯轴的数控车削加工的作业，如果需要进行车削加工的阶梯轴的轴径梯度相对较大或者刚度又较小，那么这个阶梯轴的加工就会出现对于阶梯轴的各段轴径加工结果的误差不同，例如对于大轴径的尺寸偏差太厉害，小轴径的误差却在公差可以允许的范围内。如果需要加工的轴径的梯度越大，或者刚度越小，那么加工的误差出现不一致的可能就会越高，正是因为需要加工的元件存在的不受控因素导致了加工误差的不受控。本文针对加工工艺和力学两个方面对加工误差的不受控的原因进行了深入剖析，并且对于这些因素给予了合理的解决方法，另外，这种解决方法对于提高阶梯轴的加工精度有着很大的推广价值。

图1 阶梯轴剖面图

1 对加工误差不同的分析

1.1 刀尖高误差对于轴径不相同的误差的分析结果

1.1.1 刀尖高偏离

如图 1 所示，在刀尖低（高）于零件回转中心 Z轴距离为 h的条件下，连续进行车削图不但引起相应的加工误差，还有对于相差较大的阶梯轴将会给加工误差带来不同的误差后果。此误差的是可以通过以下的几何运算进行运算得到的。

设轴径半径为 R，轴径加工误差为 δ，刀尖偏离轴心高度为 h，如图 1（b）所示。

当 R=5 时 ，在 Δoca 中

如此我们可以算出 R=10，R=15时的加工时候出现的误差和高度之间的关系。

1.1.2 分析结果

对阶梯轴的轴径的加工误差的加工计算的结果进行分析，我们就能够对刀尖高误差h对需加工的阶梯轴的尺寸精度的影响得出以下结论：

1）对于同一刀尖高误差 h，而且不同轴径的阶梯轴进行加工时，如果轴径越小，那么加工产生的误差δ就会越大；2）对于相同轴径的阶梯轴进行加工时，如果刀尖高误差h越大，那么阶梯轴的加工误差δ就会越大。

也就是说，对于需要加工的阶梯轴，如果阶梯轴的轴径梯度越大，那么刀尖高误差产生的轴径加工误差差距越大。

1.2 切削力对加工轴类尺寸精度的影响

为了对于切削力的大小对阶梯轴尺寸的加工精度的影响，我们就把切削力进行了力的分解，这三个力相互垂直，为切削力Fc、进给力Ff和背向力Fp，如图2所示。

图2 切削合力和分力

1.2.1 挠曲线方程分析

根据图3（a），图 3（b）以及相关的材料力学的知识，能够得到任意切削力作用下的挠曲线：

公式里面y表示挠度变形量。

1.2.2 分析结果

从上面的式（2）、式（3）可以看出：

1）如果阶梯轴的轴径截面越小，同时弯曲刚度 EI 越小，那么引起“挠度变形量”的y 值就会越大；2）随着切削力Fp′的作用点位置的变化，“挠度变形量”y 值也会进行相应的变化。

2 提高加工精度的动态补偿方法

2.1 对于梯度大的阶梯轴

根据上文的分析和计算，为了降低加工误差，所要采取的措施有：

图3 轴在切削力作用下的变形

1）对于装刀和对刀，为了降低刀尖高误差h对阶梯轴的加工精度的影响，刀尖都要尽量对准加工工件的回转中心；2）对于梯度大的阶梯轴进行加工时，我们要采用合适的补偿方法，对阶梯轴进行精细加工之前要先用试车的方法对需要加工的工件的各个分段进行详细的检查。即后，操作人员针对测量的要求误差范围对程序中相应的轴径尺寸进行对应的更改，最后对整个工件进行彻底的精细加工，达到降低误差的整体要求。

2.2 对于刚度小的阶梯轴

据上文分析得知，对于在对阶梯轴进行加工的过程中，不能忽略由于弯曲变形形成的“挠度让刀”误差。在每一次装夹的过程中都要对阶梯轴的各个轴径进行相应的计算，然后根据误差随曲线的变化特点，应用宏程序按照工件的弯曲变形的整个曲线编程，并且对于不同位置的误差进行直接性的动态补偿措施。

3 结论

本文对数控车削加工存在的误差进行了相应的理论误差分析，并且对刀尖高误差和切削力大小对加工误差的大小的影响进行了深入的理论分析。分析得出，在对阶梯轴进行加工处理中，始终做到尽量保持刀尖高和零件的回转中心保持到一个水平高度。另一方面，本文指出对于切削力产生的轴的弯曲变形可以采用对应用宏程序进行动态补偿的方法适量的降低“挠度让刀”误差。

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