机械加工中工件作用尺寸的控制技巧与分析

王秋敏

摘 要：通过控制试切端实际尺寸，间接保证体外作用尺寸，进而获得足够装配精度;并且进一步提供了工艺保证。

关键词：实际尺寸 作用尺寸 喇叭形形状误差 鼓形形状误差 工艺措施

中图分类号：TG506文献标识码：A文章编号：1003-9082（2019）08-0-01

机械加工中，经常进行试切法调整。而试切法直接控制的是工件局部实际尺寸，对作用尺寸的控制则是间接的。如果工件形状误差过大，可能导致体外作用尺寸超出公差带，从而影响装配精度。因此，本文将通过分析工件实际尺寸和作用尺寸的关系，给出体外作用尺寸的控制技巧。

一、作用尺寸与实际尺寸的关系

作用尺寸是指工件装配时起作用的尺寸，是局部实际尺寸与形状误差的综合作用。作用尺寸包括体外作用尺寸和体内作用尺寸，见图1所示，dfe为体外作用尺寸，da为局部实际尺寸。对于外表面，体外作用尺寸=实际尺寸+形状误差。

体外作用尺寸影响工件的配合间隙，进一步影响装配精度。当零件有装配精度要求时，新国标推荐使用包容原则，保证体外作用尺寸和形状误差都能处于最大实体边界范围内。操作过程中，形状误差可由机床精度保证，而体外作用尺寸，可以通过压缩尺寸公差带、提高加工精度的方法来获得。

1.喇叭形形状误差轴的体外作用尺寸

在卧式车床或外圆磨床上加工短轴类零件时，可不使用顶尖，但这种装夹会产生一定的圆柱度误差，会影响体外作用尺寸。由于未采用尾座顶尖定位，远端受切削力作用会产生变形，从而出现“让刀”现象，导致远端切除的金属层较薄，使零件出现远端大、近端小的喇叭形圆柱度误差，见图2所示。所以，要控制试切端实际尺寸偏向最大极限尺寸，以避免小端尺寸超出最小极限尺寸。

2.鼓形形状误差轴的体外作用尺寸

如果工件较长，通常采用卡盘和尾座顶尖的组合装夹。该种装夹方法，零件中部刚性差，易变形，中部出现“让刀”现象，使零件中部切除的金属层较薄，两端切除的金属层较厚，因此，出现了中间大、两端小的鼓形圆柱度误差。见图3所示。

在采用卡盘和尾座顶尖的组合装夹时，如果机床卡盘刚度不足，则卡盘的变形会使工件产生左端大、右端小的锥形误差，而体外作用尺寸分析与上类似，不再赘述。

由于工件产生了形状误差，体外作用尺寸综合了实际尺寸和形状误差，对于外表面工件，体外作用尺寸应大于实际尺寸。或者说实际尺寸在公差带的位置，最后影响了体外作用尺寸，因此，应合理控制试切端实际尺寸，以便保证体外作用尺寸的合格性。

二、试切端生产公差

1.喇叭形形状误差轴的试切端生产公差

由于零件呈现喇叭形形状误差，试切端（即远端）尺寸较大，所以，控制试切端尺寸偏向而不超出最大极限尺寸即可，而小端尺寸也肯定不会超出该尺寸。如果机床精度足够，小端尺寸也不会超出最小极限尺寸，根据体外作用尺寸的原理，则体外作用尺寸也不会超出尺寸公差带，实际尺寸和体外作用尺寸均不会超出尺寸公差带，达到装配精度要求。

实际调整过程中，如果机床或工装精度不足，可能会导致小端尺寸超出最小极限尺寸的情况，所以，在保证机床或工装精度的前提下，将试切端生产公差带压缩到图纸公差带的上部，压缩量要能补偿形状误差的量。见图4所示，t为形状误差。

2.鼓形形状误差轴的试切端生产公差

鼓形误差轴的调整过程中，试切端（即远端）尺寸小，如试切时在公差带内，而中部尺寸大，可能超出最大极限尺寸，因此，试切端尺寸应控制在偏向最小极限尺寸，将生产公差带压缩到图纸公差带的下部，压缩量要能补偿形状误差的量，见图5所示。在形状误差能够由机床精度保证的前提下，零件中部尺寸也不会超过最大极限尺寸，同时体外作用尺寸也会在公差范围内。

三、工艺措施

为防止工件出现不可修复的废品，一方面可以通过控制零件试切端公差带来实现，即： 喇叭形形状误差轴，压缩试切端公差带到尺寸公差带的上部;鼓形形状误差轴，压缩试切端公差带到尺寸公差带的下部。另一方面，也可采用一定的工艺措施，确保零件的实际尺寸和作用尺寸均处于尺寸公差带内，以保证装配要求。

1.喇叭形形状误差轴的工艺措施

对于长度超过一定范围的轴，如果不用尾座顶尖辅助定位，可能会出现喇叭形圆柱度误差，所以，工艺上通过施加一个尾座顶尖定位，工艺系统的刚度会大大提高，喇叭形圆柱度误差会得到缓解。见图6所示。

2.鼓形形状误差轴的工艺措施

对于长度很长的轴，例如粗车削丝杠外圆时，如果采用卡盘、尾座顶尖装夹，由于长轴中部刚性差，会出现鼓形误差，所以，应提高长轴的刚性。工艺上可以采用安装跟刀架方案来解决。另外，为了解决长轴受压不稳定的问题，将走刀方向变为反向走刀，使工件受拉力，提高了工件的稳定性，见图7所示。该方案针对细长轴，采用卡盘或专用夹具夹紧、尾座辅助定位、跟刀架提高刚度、反向走刀提高稳定性，有助于提高工件各项精度。

由以上分析可知，我们可以通过控制试切端生产公差带、或采用有效的工艺措施，保證零件的实际尺寸和作用尺寸都在其尺寸公差带内，在试切保证实际尺寸的同时，也能保证作用尺寸，以获得足够的装配精度。