浅谈提高零件加工精度的工艺系统柔性

赵康原

【摘 要】在以工艺方法提高产品质量的措施中，进一步提高机加工的精度尤其重要。其中最复杂的问题是如何使箱体件孔达到高的同心度。但是不论用高精度座标镗床镗孔，或是外加研磨工序，同心度偏差都会受到一系列工艺系统柔性影响，本文将对这些因素的本质进行充分研究。

【关键词】箱体孔；同心度；工艺系统柔性

机床-夹具-刀具-工作系统的不均匀柔性就是这些因素中的一个。经确定，在座标镗床上，无论是主轴回转角度或是主轴套悬伸长度的柔性都是不均匀的，且性质十分复杂。可以把不同悬伸量下主轴套筒柔性圆图的封闭特性看作是柔性假定表面的横截面。那么柔性圆图的几何中心位置，可以按与表面轴线相似的原则，看作是机床-夹具-刀具-工作系统柔性的轴线。

所以，机床-夹具-刀具-工作系统的柔性可用下列指标评定：柔性表面（可看作综合指标）；柔性的圆曲线图；柔性表面的母线或纵断面外形；柔性轴线，即柔性表面的轴线。

研究表明，在镗孔过程中上述各柔性指标是以一定的方式转移给被加工表面。其中的每一项都会造成一定的误差：圆柱度偏差，真圆度偏差，纵断面外形偏差，孔的母线或中心线的直线性偏差以及孔的同心度偏差。曾采用谐波分析法及动态模拟法求得，机床-夹具-刀具-工作系统柔性指标的解析式及相应的转移系数，这样就可以用计算方法确定上述加工误差。

柔性轴线特性是评定不均匀柔性对镗孔形状及镗孔中心线相互位置影响的依据。理论和实验研究表明，座标镗床柔性轴线是曲线。也就是说，柔性轴线的这种特性不但引起了新镗孔的中心线的直线性偏差，而且也造成了它们的相互位置的误差。这在很大程度上说明了一个往往是不可预期的事实，即在座标镗床几何误差不大、刚性也很大的情况下，在其上镗出的孔的同心度偏差却很大。

为了控制工艺系统的柔性，广泛采用了控制系统。但是由于结构特性及对座标镗床的几何精度要求极高，在这类机床上就难于应用这种适应控制系统。因此最有效的方法是采用一种可以控制工艺系统刚度的装置（简称刚度控制装置）。这类装置的不均匀刚度与机床8的刚度综合在一起，要能保证工艺系统柔性轴线的直线特性。

刚度控制装置柔性轴线的表达式可写成

使用外装工作台（见图）或刚度控制装置能够控制蠕变性轴线的形状。此装置由下支承板1和上顶板5组成。上支承板上的槽用来固定坯件。当偏心套2和3相对转动时，总偏心距e在0～10mm的范围内变化。套筒2的上部装有用锥体4涨开的弹簧卡头。这种结构可以获得各种曲率的柔性轴线，所以该装置可以在不同型号的座标镗床上使用。

式中：l——两偏心套筒工作部分高度；

L，L0——由刀具至刚度控制装置的距离（分别为主辆套筒当时的伸出量和零伸出量。）；

E——套筒材料的弹性模数。

刚度控制装置的柔性轴线在座标镗床上定方们时，应使它与机床的柔性轴线反向对称。它们相加可保证机床-夹具-刀具-工件系统柔性轴线综和的直线性。选定刚度控制装置的体积尺寸时，应考虑所述工工艺系统的动态特性，把它纳入工艺系统时，应不使刀具和坏件相对的强迫振动振幅增大。

在刚度控制装置的实验室试验和生产试验过程中，采用了相当于座标镗床上半精镗和精镗时的切削用量。试验表明，在半精镗时，采用刚度控制装置，产生了剧烈的高频振动。而在精镗床中应用效果最好，在这种情况下，同心度的偏差几乎比传统用镗削法的降低了一半；精镗孔径得出的数据见表1。

试验还表明，刚度控制装置对孔的相互位置误差有良好的影响。镗d0=100mm的孔，υ=80m/min，s=0.03mm/r，t=0.2mm时，同心度偏差减小了，见表2。

提高箱体件同心孔相互位置精度的上述方法，也可以推荐在结构布局和用途与座标镗床类似的多工序机床上进行精加工时应用。

在设计新型号机床时，必须探求这样的设计方案，即它能在最大程度上保证柔性轴线曲率的减小。此外，在制造机床时应规定其允许曲率及空间方位。