摘要：曲軸和凸輪軸等非圓類零件的加工精度對汽車和船舶（bó）發動（dòng）機的性能起到決定性作用，其加工效率和加工質量將（jiāng）直接影響到我國汽車製造、船舶製造行業的發展。針對非圓磨削過（guò）程中引起加（jiā）工誤差的主要因素進行探討（tǎo），為以後非圓類（lèi）零（líng）件的加工誤差補償提供理論依據。
 
       關鍵詞：曲軸；凸輪軸；磨（mó）削；加工誤差

        引言
 
       近幾年，市場對（duì）高精度的非圓曲麵類零（líng）件的需求越來越大，同時機床的自動化程度也在不斷提高。為了保證加工零件質量的（de）可（kě）靠性，提高加工精度和加（jiā）工效率，對非（fēi）圓磨削（xuē）加工過程中引起加工誤差主要因素（sù）的分析就顯得越來越重要［１］。下麵從工藝係統、加工過程和數控係統３個方麵分別進行討論（lùn）。
 
       １ 、工藝係統對（duì）加工精度的影響
 
       工藝係統誤（wù）差（chà）由組成磨床的砂輪、導軌、主軸、中心支架等（děng）的安裝定位誤（wù）差及前道工序的各類誤差等組成。通過（guò）分析工藝係（xì）統誤差對工件加工精度的影響，以尋求改善機（jī）床性（xìng）能的方法。
 
       （１）主軸設計時通常都是使其相對於旋轉（zhuǎn）軸線軸對稱（chēng），由於加工和裝配工藝（yì）上（shàng）的一係列誤差，轉子組裝完後總是（shì）做不（bú）到（dào）在質量上的完全對稱，會導致主軸的偏心質量在不同（tóng）的回轉平（píng）麵內分布不（bú）均勻，從（cóng）而導致加工過程中慣性力偶的（de）產生，因此實際加工過程中需要對主軸進（jìn）行動平（píng）衡和靜平衡。
 
      磨床主軸回轉誤差，是指主軸的實際回轉軸線相對（duì）於其理（lǐ）想回轉軸線（平均回轉軸線）的漂移。因為在磨削加工過程（chéng）中工件（jiàn）隨（suí）磨床主軸一起做（zuò）旋轉運動，因此工件表麵的幾何形（xíng）狀是（shì）由砂輪在（zài）坐標係中的相對軌跡決（jué）定的。高 速 磨（mó） 削 時 磨 床 的“主（zhǔ） 軸 單 元”動 態 性 能好，回（huí）轉精度一般（bān）可以小於１μｍ，但（dàn）高速（sù）狀態下所產生的慣性力卻很大，遠遠大於磨削加工（gōng）時作用在主軸承上的磨（mó）削力（lì）。因此高速磨床相比於（yú）傳統磨床（chuáng）要有更高的靜態、動態剛度和更高的抗振性［２－３］。
 
     （２）組成磨床的零件（jiàn）在（zài）其加工過程中會存在一定（dìng）的加工（gōng）誤差（chà），同時在（zài）磨床的裝配過程中也會產生（shēng）一定的裝配誤差，因此砂輪安裝在磨床上（shàng）時會不可（kě）避免地（dì）導致砂輪架產生安裝誤差。這種位置偏差能夠直接影（yǐng）響磨削加工的精度，所以要分析砂輪中心高誤差和砂輪中心 Ｘ 軸坐標誤差對加工誤差的影響［４－５］。
 
      （３）工件導軌平行度誤差對凸輪軸（zhóu）和曲軸加工精度的影響因素主要包括兩方麵：一（yī）個是水平麵的直（zhí）線度，它主要引起工件半徑方向上的誤差；另一個（gè）是垂直麵直線度，當（dāng）磨削外圓時，工件沿砂輪切線方向產生位移，對加工工件造（zào）成水平麵上（shàng）的形狀誤差［６］。
 
      （４）由於凸輪（lún）軸和曲軸為細長類零件，在 加 工 過程中（zhōng）會產生彈性變形（xíng），這就需要采用中心支架對其（qí）進行受力補償（cháng），均（jun1）衡磨削加工過程中（zhōng）產生的磨削力的影響。但如果中心支架的定位不準確，無法實現（xiàn）其預期的目的，那麽（me）在加工過程中就不可避免地會引（yǐn）起（qǐ）加工誤差［７］。
 
      ２ 、加（jiā）工過程中產生的誤差
 
      工件加工（gōng）過程產生的誤差主要有工件受加（jiā）工過程中磨削力的作用（yòng）產生變形而引起的誤差、砂輪的磨損以及磨床的振動造成的誤差和檢測係（xì）統引起的誤差。
 
      ２．１ 磨削力引起的加工誤差
    
      普通外圓磨削加工過程中（zhōng），磨削力（lì）引起（qǐ）工件軸向的彎（wān）曲變形，該變形對於同一截麵上的（de）徑向（xiàng）影響恒定，且圓（yuán）周方（fāng）向的變形對外圓精度無影（yǐng）響。因（yīn）此，實際加工（gōng）過程中，隻需（xū）要保證工件良好的剛性、較小的振動（dòng），就能夠獲得 較 好 的 加 工 精 度。而 在 Ｘ－Ｃ 兩 軸 聯動 非（fēi）圓磨（mó）削（xuē）加工過程中，非圓輪廓外表麵上磨削點在法向磨削力Ｆｎ 和（hé）切向磨削力Ｆｔ 的作用下，其合力的作用
點和（hé）方向會隨著非圓輪廓轉角的（de）變化而不斷變化。此外，非圓磨削力由（yóu）於單位時間磨除金屬的變化，磨削力的大小也會變化，這（zhè）點（diǎn）與普通外圓磨削也不相同［８－９］。
 
      磨削加工過程中，磨削力影響零部（bù）件的加工精（jīng）度、表麵（miàn）質量以及工具的損耗和使用壽命。由於非圓曲麵輪廓類零部件形狀複雜，而且沿徑向方（fāng）向及圓周（zhōu）各（gè）方向上的剛性均不相等，因此（cǐ）在非圓磨削加工過程（chéng）中，由於磨削力的作（zuò）用（yòng），將導致工（gōng）件在非圓輪廓各方向上（shàng）出現大小不一的彈性變形，甚至（zhì）在一（yī）些磨削點處產生轉角誤差（chà），對工件（jiàn）加工的廓（kuò）形誤差產生較大影響［１０］。
 
      ２．２ 砂輪磨損引起的加工誤差
 
      磨削工件時必（bì）然會造成（chéng）砂（shā）輪的磨損（sǔn），一般通過經常修整或（huò）者更換砂輪來提高工件的表麵加工質量（liàng）。因此在實際磨削加工過程中砂（shā）輪的實際（jì）加工（gōng）半徑會（huì）隨著磨削時間的增（zēng）加（jiā）發生很（hěn）大的變化。加工凸輪軸和曲軸類非圓零（líng）件時，砂輪半徑的變化對凸輪軸的升（shēng）程值和曲軸連杆頸直徑的磨削影響是由於磨削（xuē）點不能始終在（zài）砂（shā）輪中心與凸輪軸（zhóu）和曲軸中心（xīn）的連線上，並且砂輪半徑變化產生的（de）影（yǐng）響比較複雜，必須對之進行細（xì）致的（de）分析研究［１１－１２］。按加工零件的形狀不同，砂輪半徑的變化對加工精度的影響可以分為兩類：
 
      （１）對於凸圓弧類 零 件，由 於 實 際 加 工 過（guò） 程 中 砂輪理論加工半徑的變（biàn）化會引起磨削（xuē）點的偏移，導致升程角和升程值同時發生改變，產生係統誤差。
      （２）對於（yú）凹圓弧類 零 件，由 於 實（shí） 際 砂 輪 半 徑 比（bǐ） 理論小，實際磨削點與理論磨削點有偏差，實際測量出的某磨削點的升（shēng）程也會產生誤差。由於凹圓弧（hú）類零件的
頂圓和基圓部分的磨削過（guò）程跟普通外圓磨削類似，其升程為（wéi）零，因此砂輪半徑的變化對這兩個部分（fèn）的磨削沒（méi）有（yǒu）影響。在過渡（dù）圓弧處，由於其曲率半徑和曲率中心同基圓部分相接近，因（yīn）此實（shí）際加工過程中砂輪半徑的變化對（duì）其（qí）也不會產生影響。
 
      ２．３ 磨床振動引起的加工誤差
 
      由於數控（kòng）磨削加工工藝的柔性和工序的多變，使其運行狀態落入不穩定區域的可（kě）能性增大，從而激（jī）起強烈的顫振，顫振在加工過程中（zhōng）會引起凸輪軸和曲軸廓（kuò）形（xíng）的表麵質量惡化和幾（jǐ）何形狀誤差。
 
      ２．４ 檢測係統引起的加工（gōng）誤差（chà）
 
      檢測（cè）係統一（yī）般安裝在磨床（chuáng）的工作台上，其作用是準確地（dì）測量角位移或直線位移（yí）並迅速地反饋給數控係統，以便隨時同數控加工程序中給定的指令進行比較，如果數控係統通過比較發現存在誤差，將向伺（sì）服係統發出修正後的新指（zhǐ）令，從而使工件和砂輪按規定的（de）加（jiā）工軌跡和（hé）坐標移動（dòng）。
 
      檢測係統誤差包括以下（xià）兩個方麵（miàn）：①由於測量反饋設備的製（zhì）造誤差及其測（cè）量傳感器在磨床（chuáng）上的安裝位置誤（wù）差引（yǐn）起的測量傳感（gǎn）器反饋係統本身的誤差；②由於磨床零件和機構誤（wù）差以及在使用中由於摩擦熱和外界輻射熱（rè）引起的變形導（dǎo）致測量（liàng）傳感器出現的（de）誤差（chà）。
 
      ３ 、數控係統本身引起的誤差
 
      數控係統 誤 差 主 要 分 為 采 用 插 補 算 法（fǎ） 引 入 的 誤差、控製電路誤差和伺服係統誤差。
 
     （１）逼（bī）近插補等算（suàn）法引入的誤差可分為３類（lèi）：逼近誤差、插補誤 差、圓 整 誤 差。近似計算（suàn）逼近零件廓形曲（qǔ）線時產生的誤差叫做逼近誤差；插補誤差是在計（jì）算刀具運行軌（guǐ）跡時，采用插值算法（fǎ）而引入的誤差；在程序運行時，小數脈衝圓（yuán）整（zhěng）成整數脈衝時（shí）產生的誤差叫做圓整誤差［１３－１４］。
 
     （２）控製電路誤差由控製電路的直流信號零點漂移、放（fàng）大器的線性誤差引起。
 
     （３）伺服係統誤差是伺服係統在執行運動時由摩擦力引起的誤 差，主（zhǔ） 要 包 括 Ｘ 軸 進 給誤 差（chà）、Ｃ 軸 進 給誤差。其中，Ｘ 軸進給誤差是由於砂輪架在伺服控（kòng）製下沒有進（jìn）給到（dào）理論位置，通常表現（xiàn）為 Ｘ 軸定位不準所引起的誤差，直接影（yǐng）響輪廓磨削精度［１５－１６］。Ｃ 軸進給誤差是Ｃ 軸轉角與理論（lùn）位置存在誤差，在 控 製 時，轉（zhuǎn）
角誤差直接（jiē）影響凸輪的磨削（xuē）轉角精度，從而影響凸輪（lún）廓 形 磨（mó） 削 精 度，通常表現為磨削起始點的定位不準確［１７］。
 
      ４ 、結語
 
      總結了影響凸輪軸和曲軸非圓類零件磨削精度的一些因素，針（zhēn）對非圓磨削過程中引起（qǐ）加工誤差的主要因素進行探討，分析了這些（xiē）因素對非圓（yuán）類工件加工誤差的影響程度及變化規律，為以後非圓類零（líng）件的加工（gōng）誤差（chà）補（bǔ）償提供理論依據（jù）。