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試（shì）論車刀幾何參數對（duì）數控車床加工精度的影響

2018-5-14 來源：四川職業技術學（xué）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用越來（lái）越廣泛。數控加工過程中，一般對刀具刀尖的圓弧半（bàn）徑 r、主偏角 kr、刀尖距離零件中心高的偏差尺寸等幾（jǐ）何參數進行重（chóng）點探究，以提高工件表麵的光滑程度、減緩刀具磨損，便於對刀（dāo）具的切削力（lì）進行控製。刀（dāo）具幾何（hé）參數對（duì）加工零件的軸向尺寸（cùn）誤差和（hé）縱向尺寸誤差產生影（yǐng）響，加工零件的表麵形狀也會出現變化（huà）。本文重點（diǎn）探（tàn）究了數控車床刀具刀尖圓弧半徑對零件（jiàn）加工精（jīng）度的影響，便於零件加（jiā）工過程中采取（qǔ）有效的措施。

【關鍵詞】刀具幾何參（cān）數零件加工精度（dù）影響

數控車床加工過程中，零件的質量會受到多種因（yīn）素的影響（xiǎng），例如車刀刀具刀尖圓弧半（bàn）徑、主偏角等幾何參數（shù），刀具使用過程中幾何參數將會出現變化，影響（xiǎng）零件的加工質量、尺寸精度和形狀（zhuàng）精度，加快刀具的磨損（sǔn）程度。因（yīn）此（cǐ）在零（líng）件（jiàn）加工的過程（chéng）中，必須（xū）結合實際零件的尺寸，合理選（xuǎn）擇刀（dāo）具刀尖的圓弧半徑，應用有效的方法提高零件的（de）加工精度和加工質量（liàng）。

1 、刀尖圓弧半徑影響圓柱（zhù）類零（líng）件尺寸精度

車刀與被加工零件表麵（miàn）的接觸切（qiē）點運動形成完整的表（biǎo）麵，圖1 是幾種常（cháng）見的（de）零件加工方式。

圖 1 典型零件加工方式

圖中 A 為刀尖圓弧頂點，當（dāng）主偏角 kr= 90° 時，刀（dāo）尖圓弧頂點A 可（kě）以滿足被加工零件軸向尺寸的精（jīng）度要求。如( a) 所示，如果( D － d) /2 = ap＞ r，加工過程中刀尖（jiān）圓弧半徑將會導致被加工零（líng）件的軸向尺寸出現變化，將（jiāng）變化（huà）量記為（wéi）△a，則△a = b － a = r，其中 a 表示刀（dāo）具的實（shí）際軸向位移尺寸，b 表示（shì）被加工零件的軸向尺寸，r 表示車刀刀具刀（dāo）尖的圓弧半徑。

此時的 a即為刀具實際軸向位移尺（chǐ）寸，其值為 a = b － △a = b － r。

圖（tú）中 A 為刀尖圓弧頂點，當主偏角 kr= 90° 時，刀尖圓弧頂點A 可以滿足被（bèi）加工零件軸向尺寸的精度要求。如( a) 所示（shì），如果( D － d) /2 = ap＞ r，加工過程中刀（dāo）尖圓弧（hú）半（bàn）徑將會導致被加工零件的軸向（xiàng）尺寸出（chū）現（xiàn）變（biàn）化，將變化量記為△a，則△a = b － a = r，其中 a 表示刀具的實際軸向位移尺寸（cùn），b 表示被加工零件的軸向尺（chǐ）寸，r 表示車（chē）刀刀具刀尖的圓弧半徑。此時的（de） a即為（wéi）刀具實際軸向（xiàng）位移尺寸，其值（zhí）為（wéi） a = b － △a = b － r。

如果( D － d) /2 = ap＜ r，刀尖的圓弧部分將承擔全部（bù）的切削力，軸向尺（chǐ）寸變化量△a 和車刀刀具的實際位移（yí）長度（dù） a 和（hé）前述計算方法相同。總之（zhī），在加工（gōng）圓柱類（lèi）零件的過程中，車刀刀具刀尖圓弧半徑和車刀的主偏角將會對被加工零件的軸向尺寸產生較大的影（yǐng）響，在刀尖圓弧半徑不斷增（zēng）大的過（guò）程中，軸向尺（chǐ）寸的變化量也會越大，反之亦然。

因此在編製零件加工程（chéng）序的同時，必須注重軸（zhóu）向位移尺寸的改變，但是（shì）刀尖圓弧半徑和主偏角對圓柱類零件（jiàn）的徑向尺寸精度不會產（chǎn）生影響（xiǎng）。2 刀尖圓弧半徑（jìng）影響單（dān）段錐體類零件尺（chǐ）寸精度圖 2 是單段錐體類零件（jiàn）的加工示意圖。

圖（tú） 2 單段錐體類零件的加工示意

加工單（dān）段錐（zhuī）體類零件的過程中，如果（guǒ）車刀刀具位於初始加工店，即Ⅰ位置時，刀尖圓弧（hú）上的 B'點將與椎體類零（líng）件的小端起點相切（qiē）。軟件編程時也會以車刀刀具刀尖圓弧的中心點為（wéi）基準，將（jiāng）錐（zhuī）體類零（líng）件（jiàn）小端部分的軸向尺寸變化量記（jì）為。零件加工結束後，車刀將會停（tíng）止在Ⅱ位置，刀（dāo）具刀（dāo）尖圓弧（hú）半徑（jìng）與錐體類零件相切於B 點（diǎn）。因此，如果刀具的實際（jì）位移（yí）寸為 a，椎體類零件的軸向長

因此，在加工單段錐體類零件的過（guò）程中，必須（xū）重點考慮車（chē）刀刀尖圓環半（bàn）徑（jìng）的尺寸影響，在椎體軸向尺寸、徑向尺寸（cùn）發生變化的過程中（zhōng），刀尖圓弧半徑增大，被加工零件的（de）軸向尺寸也會增大，而（ér）徑向尺寸減小，刀尖（jiān）圓（yuán）弧半（bàn）徑減小，被加工零件的軸向尺寸減小，徑（jìng）向尺（chǐ）寸增大（dà）; 椎體零件的錐角增大，軸向尺寸的變化量增大，徑向尺（chǐ）寸減小，椎體零件的（de）錐角減小，軸向尺寸減小，徑向尺寸增大。

3 、刀（dāo）尖圓（yuán）弧半徑影響雙段外錐麵（miàn）零件表麵尺寸

加工雙段外錐麵零（líng）件（jiàn）的過程中（zhōng），車刀刀（dāo）具和零件（jiàn）的相對位置如圖 3 所示。

圖 3 雙段外錐麵零件加工

如果刀具位於初（chū）始加工位置，此時（shí）可（kě）以看作單椎（zhuī）體零件加工，軸向尺寸的變化與前述類似，如果刀具位於圖 3 位置（zhì），處於第一段單段椎體加工的結束階段，也位於第二段椎體（tǐ）的初始（shǐ）加（jiā）工位置。這種情況下的刀尖圓弧和第一段單段椎（zhuī）體零件和第二段椎體零件分別相切於點 B 和點 E。圖中（zhōng） DBLEF 即為理論要求軌跡，被加工零（líng）件（jiàn）受到圓弧（hú）半（bàn）徑尺寸的影（yǐng）響，實際軌（guǐ）跡會變化為 DBL'EF，其中圓弧主要由車刀刀具刀尖圓弧（hú）形成（chéng）。

在刀（dāo）尖圓弧半徑的影響下，被（bèi）加工兩（liǎng）段（duàn）椎（zhuī）體零件的軸向尺寸和徑向尺寸都會受到影響，其（qí）中第一段椎體的軸向尺寸變化量△a1= b1－ a1= LC，由於 ∠BOH= α，∠EOH = β，因此∠BOE = β － α，刀（dāo）尖圓弧與兩段椎體零件分別相切於 B、E 兩點，由幾何（hé）關係可（kě）知 EL = BL，因（yīn）此 ∠BOL =∠EOL = ( β － α) /2。在∠BOL 中（zhōng）有 BL = rtg［( β － α) /2］，在∠BCL中有（yǒu） LC = BLcosα = rcosαtg［( β － α) /2］，此時車刀刀具的實際軸向位移尺寸為 a1= b1－ △a1= b1－ rcosαtg ［( β － α) /2 ］，其中（zhōng）

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）寸變化大小△a2= EG = rcosβtg［( β － α) /2 ］，零（líng）件的實際軸向位移尺寸 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（cùn）變化量 △d2=2LG = 2rsinβtg［( β － α /2 ］，第二段椎體的最小直徑為（wéi） dmin= d2+△d2= d2+ 2rsinβtg［( β － α) /2］。

由以上分析可知，在加（jiā）工雙段外椎體零件的過程中，受（shòu）到刀尖圓弧尺（chǐ）寸的變化，零件的軸向尺寸也會出現變化，刀尖（jiān）圓弧（hú）半（bàn）徑增大的同時（shí），零件軸向尺寸增大，軸向尺寸（cùn）的變化會（huì）受到兩椎體錐角的（de）差（chà）值影響，兩椎體錐角（jiǎo）增大時軸向尺寸也會增大。分析（xī）徑向尺寸的過程中發現，刀（dāo）尖圓弧增大時，第（dì）一段椎體（tǐ）大端的徑向尺寸減小，第二段椎體小端徑向尺寸增大，兩椎體（tǐ）錐角差值增大時（shí），第一段椎體大端的徑向尺（chǐ）寸減小，第（dì）二段椎體（tǐ）小端徑向尺寸增大。4 刀尖圓弧半徑（jìng）影響球麵類零件表（biǎo）麵加工尺（chǐ）寸加工過程中，車刀（dāo）和被加工零件（jiàn）的相（xiàng）對位置如圖 4 所示。

圖 4 球麵類零件加工示意

如（rú）果加工過程中由內向（xiàng）外走刀，刀具處於位置Ⅰ時，此時零件的軸向尺寸變（biàn）化為△a = b － a = r，在將（jiāng）非整半球麵時，刀（dāo）具處於位置Ⅱ，此時刀尖圓弧 B 點與球麵類（lèi）零件相切，這種情況下零件（jiàn）的軸線尺寸變化量為△a = b － a = EF = rsinα，其中 α 表示（shì）刀具和球麵類零件的夾角，此時刀具的實際軸向位移尺寸可以表示為 a = b －△a =

( Ｒ－ r) sinα，在（zài）加工外球（qiú）麵的（de）過程中△a 取負值。

球（qiú）麵零件加工過程中，刀具圓弧 BC 上的不同點依次進（jìn）行切削，零件（jiàn）的（de）軸向（xiàng）尺寸變化（huà）量為△a = EF，球麵加工結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（xiàng）尺寸（cùn）變為（wéi） EF + AE，此時的徑向尺寸變化量△d = 2BE = 2rcosα，此時球麵的最大直徑（jìng）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（miàn）零件的過程中，刀尖圓弧半徑影（yǐng）響零件的軸向尺寸變化，刀尖圓（yuán）弧半徑增大的同（tóng）時，軸向尺寸減小，球麵夾角增大時，軸（zhóu）向尺寸也會（huì）減小。

5 、結（jié）語

車刀刀具刀尖圓弧半徑（jìng）影響零件（jiàn）的加工精度，在不同形狀零件的加工過程中（zhōng），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以對刀具（jù）刀尖的軌跡進行調整，保證刀尖的實際加工軌跡和理想軌（guǐ）跡相符（fú）合，可（kě）以借助幾何計算的方法將刀（dāo）尖軌跡（jì）轉（zhuǎn）換為理（lǐ）想（xiǎng）刀尖軌跡，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（jiǎn）查所應用刀具的圓弧半徑 r，對刀過程中（zhōng）充（chōng）分考慮刀具刀尖圓弧半徑的影響，可以借助數控車（chē）床（chuáng）係統刀具（jù）補償功能進行尺寸優化。

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