試論車刀幾（jǐ）何參數對數控車床加工精度（dù）的（de）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應（yīng）用越來（lái）越廣（guǎng）泛。數控加工過程中，一般對刀具刀尖的圓弧半徑 r、主偏角 kr、刀尖（jiān）距離（lí）零件中心高的偏差尺寸等幾何參數進行重點探（tàn）究，以提高（gāo）工件表（biǎo）麵的光滑程度、減緩刀具磨損，便於對刀具（jù）的切削力進行控製（zhì）。刀具幾何參數對（duì）加工零件的軸向尺寸（cùn）誤差和縱向尺寸誤差產生影響，加工零件的表（biǎo）麵形狀也會出現變化。本文重點探究了數控車床刀（dāo）具刀尖圓弧半徑（jìng）對零件加工精度的影響，便於零件加工過（guò）程中采（cǎi）取有效的措施。
【關鍵（jiàn）詞】刀具 幾何參數 零（líng）件加工 精（jīng）度影響
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、主偏角等（děng）幾何參數，刀（dāo）具使用過程中幾何參數將會出現（xiàn）變化，影響零件的加工質量、尺寸精度和形狀精度，加快刀具的磨損程（chéng）度。因此在零件加工的過程中，必須結合實際零件（jiàn）的尺寸，合理選擇刀具刀尖的圓（yuán）弧半徑，應用（yòng）有效的方法提高零件的加工精度（dù）和加（jiā）工質量。
1 、刀尖圓弧（hú）半徑影響圓柱類零件尺寸精度
車刀與被加工零件表麵的接觸切點運動形成完整的表麵，圖（tú）1 是幾種（zhǒng）常見的零件加工方式。
圖 1 典型（xíng）零件（jiàn）加工方式
圖中 A 為刀尖圓弧頂點，當主偏角 kr= 90° 時，刀尖圓（yuán）弧頂點A 可以滿足被（bèi）加工零件軸向尺寸的精度（dù）要求。如( a) 所示（shì），如果（guǒ）( D － d) /2 = ap＞ r，加（jiā）工過程中刀尖圓弧半徑將會導致被加工零件的軸向尺寸出現變化，將（jiāng）變化量記為△a，則△a = b － a = r，其中 a 表示刀具的實際軸向位移尺寸，b 表示被加工零件的軸（zhóu）向尺寸，r 表示車刀刀具刀尖的圓弧半徑（jìng）。
此時（shí）的（de） a即為刀具實際軸向位移尺寸，其值（zhí）為 a = b － △a = b － r。
圖中 A 為刀（dāo）尖圓弧頂點，當主（zhǔ）偏角 kr= 90° 時，刀尖圓弧（hú）頂點A 可以滿足被（bèi）加工零（líng）件軸向尺寸的精度要求。如( a) 所（suǒ）示，如果( D － d) /2 = ap＞ r，加工過程中（zhōng）刀尖圓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（zhōng） a 表示刀具的實際軸向位移尺寸，b 表示被加工零件的軸向尺寸，r 表示車刀刀具刀尖的圓弧半徑。此時的 a即為刀具實際軸向位移尺寸，其值為 a = b － △a = b － r。
如（rú）果（guǒ）( D － d) /2 = ap＜ r，刀尖的圓弧部（bù）分將承擔全部的切削（xuē）力，軸（zhóu）向尺寸變化量△a 和車刀刀具的實際位移長度 a 和前述計（jì）算方法相同。總（zǒng）之，在加工圓（yuán）柱類零件的過（guò）程中，車刀刀（dāo）具刀尖圓弧半（bàn）徑和車刀的主偏角將（jiāng）會對被加（jiā）工零（líng）件的軸向尺寸（cùn）產生（shēng）較大的影響，在刀尖圓弧半徑不斷增大（dà）的過程中（zhōng），軸向尺寸的變化量也會越（yuè）大，反之亦然。
因（yīn）此在編製零件加工程序的同時，必（bì）須注重軸向位移尺寸的改變，但是刀尖圓弧半徑和主偏角（jiǎo）對圓柱類零件的徑（jìng）向尺寸精度不會產生影響。2 刀尖圓弧半徑影響單段（duàn）錐體類（lèi）零件尺寸精度圖 2 是單段錐體類零件的加工示意（yì）圖。
圖 2 單段錐體類零件的加工示意
加工單段錐體類零件的過程中，如（rú）果車刀刀具位於初始加工店，即Ⅰ位（wèi）置時，刀尖圓弧上的 B'點將與椎體類零（líng）件的小端起點相切。軟件（jiàn）編程時也（yě）會以車刀刀具刀尖（jiān）圓弧的中心點為基準，將錐體（tǐ）類零件小端部（bù）分的軸向尺（chǐ）寸變化（huà）量記為。零件加（jiā）工結束後，車刀將會停止在Ⅱ位置，刀具刀尖圓弧半徑與錐體（tǐ）類零件相切於B 點。因（yīn）此（cǐ），如果刀具的實際位移寸（cùn）為 a，椎體類零件的軸向長
因此，在加（jiā）工單段錐體類零件的過程中，必須重點考慮車刀（dāo）刀尖圓環半徑的尺（chǐ）寸影響，在椎體軸向尺寸、徑向尺寸發生變（biàn）化的過程中，刀尖（jiān）圓弧半徑增大，被加工零件（jiàn）的（de）軸向尺寸也會增大，而徑向（xiàng）尺（chǐ）寸減小，刀尖圓弧半徑減小，被加工零件的軸向尺寸減小，徑向尺寸增大（dà）; 椎（zhuī）體零件的錐角增大（dà），軸向尺（chǐ）寸的變化量增大，徑（jìng）向尺寸減小，椎（zhuī）體零（líng）件的錐角減小，軸向尺寸減小，徑向尺寸增大。
3 、刀尖圓弧半徑影響雙段外錐麵零件表麵尺寸（cùn）
加工雙段外錐麵零件的過程（chéng）中，車（chē）刀刀具和零件的相對位置如圖（tú） 3 所示。
圖 3 雙段外錐麵零件加（jiā）工
如果刀具位於初始（shǐ）加工位置，此時可以看作單椎體零件加工（gōng），軸向尺寸的變化與前述類似，如果刀具位於圖 3 位置，處於第一段單段椎體加（jiā）工的結束階段，也位於第二（èr）段椎體（tǐ）的初始（shǐ）加工位置。這種情況下的刀尖（jiān）圓弧和第一段單（dān）段椎體零件和第二段椎體零件分別相切於點 B 和點 E。圖（tú）中 DBLEF 即為理論要求軌跡，被加工零件受到圓弧半徑尺寸的影響，實際軌跡會變（biàn）化為（wéi） DBL'EF，其中（zhōng）圓弧主要由車刀刀具刀尖圓弧形（xíng）成。
在刀（dāo）尖圓（yuán）弧半徑的影響下，被加（jiā）工兩段椎體（tǐ）零件的軸（zhóu）向尺寸和徑（jìng）向尺寸都會受到影響，其中（zhōng）第一段椎體（tǐ）的軸（zhóu）向（xiàng）尺寸變化量△a1= b1－ a1= LC，由於（yú） ∠BOH= α，∠EOH = β，因此∠BOE = β － α，刀尖圓弧與（yǔ）兩段椎體零件（jiàn）分別相切於 B、E 兩點，由幾何 關 係 可 知 EL = BL，因（yīn） 此 ∠BOL =∠EOL = ( β － α) /2。在（zài）∠BOL 中有 BL = rtg［( β － α) /2］，在∠BCL中有 LC = BLcosα = rcosαtg［( β － α) /2］，此時車刀刀具的實際軸向位移尺（chǐ）寸為（wéi） a1= b1－ △a1= b1－ rcosαtg ［( β － α) /2 ］，其中
α、β分別表示第一段和第二段椎體的斜度，同時也可以直接得出第二段椎體零件的軸向尺（chǐ）寸變化（huà）大小△a2= EG = rcosβtg［( β － α) /2 ］，零件的（de）實際軸（zhóu）向位移尺寸 a
2= b2－ △a2= b2－ rcosβtg ［( β － α) /2］。
此時第一段椎體的最大直徑尺寸為 dmax= d1－ △d1= d1－2rsinαtg［( β － α) /2］，第二段椎體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為 dmin= d2+△d2= d2+ 2rsinβtg［( β － α) /2］。
由以上分析可知，在加工雙段外椎（zhuī）體（tǐ）零（líng）件的過程中，受到刀尖（jiān）圓弧尺寸（cùn）的變化，零件的軸向尺寸也會出現（xiàn）變（biàn）化，刀尖圓弧半徑（jìng）增大的同時，零件軸向尺寸增大，軸向尺寸的（de）變化（huà）會受到兩椎體錐角的差值影響，兩（liǎng）椎體錐角增大時軸向尺寸（cùn）也（yě）會增大。分（fèn）析徑向尺寸的過程中發現，刀尖圓弧增大時，第一段（duàn）椎體大端的徑（jìng）向尺寸減小，第（dì）二段椎體小端徑向尺寸增大，兩椎體錐角差值增大時，第一段椎體大端的徑向尺寸減小，第二段椎體小端徑向尺寸增大。4 刀尖（jiān）圓弧半徑影（yǐng）響（xiǎng）球麵類零件表麵（miàn）加工尺寸（cùn）加工過程中，車刀和被加工零件的相（xiàng）對（duì）位置如圖 4 所示。
圖 4 球麵類零件加工示意
如果加工過程（chéng）中由內向外走刀，刀具處於（yú）位置Ⅰ時，此時零件的軸向尺寸變化為△a = b － a = r，在將非整半球麵時，刀具處於位置Ⅱ，此時刀（dāo）尖圓弧（hú） B 點與球麵類零件相切（qiē），這種（zhǒng）情況下零（líng）件的軸線尺寸變化（huà）量為△a = b － a = EF = rsinα，其中 α 表示刀具和球（qiú）麵類零件的夾角，此時刀具的（de）實（shí）際軸向位移尺寸可以表示為 a = b －△a =
( Ｒ － r) sinα，在（zài）加（jiā）工外球麵的過程中△a 取（qǔ）負值。
球麵零件加工過程中，刀具圓弧 BC 上的不同（tóng）點（diǎn）依（yī）次進行（háng）切削，零件的軸（zhóu）向尺寸變化量為△a = EF，球麵加工結（jié）束後進行大端評價加工時，刀尖圓弧頂點和零件的端麵相切，零件的軸向尺寸變為 EF + AE，此時的徑（jìng）向尺寸變化量△d = 2BE = 2rcosα，此時球麵的最（zuì）大直徑變為 Dmax= D － △d = D － 2rcosα，零件的軸向尺寸由原來的 b 變為b' = b － AE。由以上分析可知，加工內球麵零件的過程中，刀尖（jiān）圓弧半徑影（yǐng）響零件的軸向尺寸變化，刀尖圓弧半徑增大的同時（shí），軸向尺寸減小，球麵夾角增大時，軸向尺寸也會減小。
5 、結語
車刀刀具刀尖（jiān）圓弧半（bàn）徑影響零件的加（jiā）工精（jīng）度，在不同形狀零件的加工過程中，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（kě）以對（duì）刀具刀尖的軌跡進行調整，保證刀尖的實際加（jiā）工（gōng）軌跡和理想軌（guǐ）跡相符合，可以（yǐ）借助幾何計算的方法將刀尖軌跡轉換為理想刀尖軌跡（jì），編程過程中嚴格遵守草圖繪製、軌跡模擬、編程的步驟。
另外在實際加工過程中需要及時檢查所應用刀具的圓弧半徑 r，對刀過程中充分考慮刀具刀尖圓弧半徑的（de）影響，可以借助數控車床係統（tǒng）刀（dāo）具補償功能進行尺寸優化。
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