摘要：曲軸和凸輪軸等（děng）非圓類零件的加工（gōng）精度對汽車和船舶發動機的性能（néng）起到決定性作用，其加工效率和加工質量將直接影響到我國汽車製造、船舶製造行（háng）業的發展。針對非圓磨削過程（chéng）中引起（qǐ）加工誤差的主要因素（sù）進行探討（tǎo），為以後非圓類零件的加工誤差補償提供理（lǐ）論依（yī）據。
 
       關鍵詞：曲軸；凸輪軸；磨削；加工誤差

        引言
 
       近幾（jǐ）年，市場對高精度的非圓曲麵類零件的需求越來越大，同時機（jī）床的（de）自（zì）動化程度也在不斷提高。為了保證加工零件質量（liàng）的可靠性，提高加工精度和加工效率，對非圓磨削加工過程中引起（qǐ）加工誤差主要因（yīn）素的分析就顯得越來越（yuè）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。
 
       １ 、工藝係統對（duì）加工精度的影響
 
       工藝係統（tǒng）誤差（chà）由組成磨（mó）床的砂輪、導軌、主軸、中心（xīn）支架等的安裝定位誤差及前道（dào）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（gōng）精度的（de）影響，以尋（xún）求改善（shàn）機（jī）床性（xìng）能的方（fāng）法。
 
       （１）主軸（zhóu）設計時通常都是使其相對於旋轉軸線軸對稱，由於加工和裝配工藝上的一係列誤差，轉子組裝完後總是做不到在質量上的完全對稱，會導致主軸的偏心質量在不（bú）同的回轉平（píng）麵（miàn）內分布（bù）不均勻，從而導致加工過程中（zhōng）慣性力偶的（de）產生（shēng），因此實際加工過程中需要對主軸進行動平衡（héng）和靜平衡。
 
      磨（mó）床主軸回轉誤差，是（shì）指主軸的實際回轉軸線（xiàn）相對（duì）於其理想回轉（zhuǎn）軸線（平均回轉軸線）的漂（piāo）移。因為在磨削加（jiā）工過程中工件隨磨床主軸一起做（zuò）旋轉運動（dòng），因此工件表麵的幾何形狀是由砂輪在坐標係中的（de）相對軌跡決定的。高 速 磨 削 時 磨 床 的“主（zhǔ） 軸 單 元”動 態 性 能好，回轉精度一般可以小於１μｍ，但高（gāo）速狀態下所產生的慣性力卻（què）很大，遠遠大於（yú）磨削加工時作用在主軸承上的磨削力。因此高速磨床相比於傳統磨床要有（yǒu）更高的靜態、動態剛度和更高（gāo）的抗振性［２－３］。
 
     （２）組（zǔ）成磨床的零件在其加工過程中會存在一定的加工誤差，同時（shí）在磨床的裝配過程中也會產生一定的裝配誤差，因此砂輪安（ān）裝在磨床上（shàng）時會不可避免地導（dǎo）致砂輪架產生安裝（zhuāng）誤差。這種位置偏差能夠直接影響磨削加工的精度，所以要分析砂輪中心高誤差和砂輪中心（xīn） Ｘ 軸坐標誤差（chà）對加工誤差（chà）的影響［４－５］。
 
      （３）工件導軌平行度誤差（chà）對凸輪軸和曲（qǔ）軸（zhóu）加工精度的影（yǐng）響因素主要包括兩方麵（miàn）：一個是水平麵的直線度，它（tā）主要引（yǐn）起工件半徑方向上的誤差；另一個是垂直麵（miàn）直線度，當磨削外圓時，工件沿砂輪切線方向產（chǎn）生位移，對加工工件造成水平麵上的形狀誤差［６］。
 
      （４）由於凸輪軸和曲軸為細長（zhǎng）類零（líng）件，在 加 工 過（guò）程中會產生（shēng）彈性變形，這就需要采用中心支架對其進行受（shòu）力補償，均衡磨削加工（gōng）過程中產生的磨削力的影響。但如（rú）果中心支架的定位不準確，無法實現其預期的目的，那麽在加工過程中就不可避免地會引起加工誤差（chà）［７］。
 
      ２ 、加工（gōng）過程中產生的（de）誤差
 
      工件（jiàn）加工過程產（chǎn）生的誤差主要有工件受加工過程中磨削力的作用產（chǎn）生變形而引起（qǐ）的（de）誤差、砂輪的磨損（sǔn）以及磨床的振（zhèn）動造成的誤差和檢（jiǎn）測係統引起的誤差。
 
      ２．１ 磨削力引起的（de）加工誤差
    
      普通外圓磨削加工過程（chéng）中，磨削力引起工件軸向的彎曲變形，該變（biàn）形對於同一截麵（miàn）上的徑向影響恒（héng）定，且圓周方向的變形對外圓精度無影響（xiǎng）。因此，實際加工過程中，隻需要保證工件良好的剛（gāng）性、較小的振動，就能夠獲得 較 好 的 加 工 精 度。而（ér） 在 Ｘ－Ｃ 兩 軸 聯動 非圓磨削加工過（guò）程中，非圓輪廓外表麵上磨削點在法向（xiàng）磨削力Ｆｎ 和切向磨削力Ｆｔ 的作用下，其合力的作用
點和方向會隨著非圓輪廓（kuò）轉角的變化而不（bú）斷變（biàn）化。此外，非圓（yuán）磨削力由於單位時（shí）間磨除金屬的變化，磨削力的大小也會變化，這點與普通外圓磨（mó）削也（yě）不相同［８－９］。
 
      磨削加工過程中（zhōng），磨削力影響零部件的加工精度、表麵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）向及圓周各方向上的剛性（xìng）均不相等，因此在（zài）非圓磨削加工過程中，由於磨削力的作用，將導致工（gōng）件在非圓輪廓各方向上出現大（dà）小不一的彈（dàn）性（xìng）變形，甚至在一些磨削點（diǎn）處產生轉角誤差，對工件加工的廓形誤差產生較大（dà）影響［１０］。
 
      ２．２ 砂（shā）輪磨損引起的加工誤（wù）差（chà）
 
      磨削工件時必然會（huì）造成砂輪的磨損，一般通過經（jīng）常修整或者更換砂輪（lún）來提高工件的（de）表麵加工質量。因此在實（shí）際磨削加工過程中砂輪的實際加工半徑會隨著（zhe）磨削時間的增加發生很大的變化。加工凸輪軸和（hé）曲軸類非圓零件（jiàn）時，砂輪半徑的變化對凸輪軸的升程值和曲軸連杆（gǎn）頸直徑的磨削影響（xiǎng）是由於磨削點不能始終在砂輪中心與凸輪軸和曲軸中心的連線上，並且砂輪半徑變化產（chǎn）生的影響比較複雜，必須對之進行（háng）細致（zhì）的分析研究［１１－１２］。按（àn）加工零件的形狀不同（tóng），砂輪半徑的變化對加工精（jīng）度的影響可以（yǐ）分（fèn）為兩類（lèi）：
 
      （１）對於凸圓（yuán）弧類 零 件，由 於（yú） 實 際 加 工 過 程 中 砂（shā）輪理論加（jiā）工半徑的變化會引起磨削點的（de）偏移，導致升程角和升程值同時發生改變，產生係統誤差。
      （２）對於凹圓弧類 零 件，由 於 實 際 砂 輪 半 徑（jìng） 比 理（lǐ）論小，實際磨削點與理論磨削點有偏差，實際（jì）測量出的某磨削點的升程也會（huì）產生誤差。由（yóu）於凹圓弧類（lèi）零（líng）件的
頂圓和基（jī）圓部分的（de）磨削過程跟普通外圓磨削類似，其升程為零（líng），因此砂（shā）輪半徑的變化對這兩個部分的磨削沒有影響。在過渡圓弧處，由於其曲率半徑和曲率（lǜ）中心同基圓部分相接近，因此實際加工過程中砂輪半徑（jìng）的（de）變化對其也不會（huì）產生影響。
 
      ２．３ 磨床振動引起的加工誤（wù）差
 
      由於數控磨削加（jiā）工工藝的柔性和工序的多變，使其運行狀態落入不穩（wěn）定區域的可能性（xìng）增大，從而激起強烈的顫振，顫振在加工過程中會引起凸（tū）輪軸和曲軸廓形的表（biǎo）麵質量惡化（huà）和幾何形狀誤差。
 
      ２．４ 檢測係統引起的加工誤差（chà）
 
      檢測係統一般安裝在磨（mó）床的工作台上，其作用是準確地測量角位移或直線位移並迅速地反饋給數控係統，以便隨時同數控（kòng）加工程序（xù）中給定的指令進行比較，如果數（shù）控係統（tǒng）通過比（bǐ）較發現存在誤差，將向伺服係統發出修正後的新指令，從而使工件和砂輪按規定的加工軌跡和坐標移（yí）動（dòng）。
 
      檢測係統誤差包括以下兩個（gè）方（fāng）麵：①由於測量反饋設（shè）備的製造誤（wù）差（chà）及其測量傳感器在磨床上的安裝位置誤差引起的（de）測量傳感器反饋係（xì）統本身的誤差；②由於磨床零件和（hé）機構誤差以及在使用中由於摩擦熱和外界輻射熱引（yǐn）起的變形導致（zhì）測（cè）量傳（chuán）感器出現的誤差。
 
      ３ 、數控係統本身引起的誤差（chà）
 
      數控係統 誤 差 主 要 分 為 采 用 插 補 算 法 引 入 的 誤差、控製電路誤（wù）差和伺（sì）服係統誤差。
 
     （１）逼近插補等算法引入的誤差（chà）可分為３類：逼近誤差、插補誤 差、圓 整 誤 差。近似計算逼近零件廓形曲（qǔ）線時產生的誤差（chà）叫做逼近誤差；插補誤差是在計算（suàn）刀（dāo）具運行軌跡（jì）時，采用插值算法而引入的誤差；在程（chéng）序運行（háng）時，小數脈衝圓整成整數脈衝（chōng）時產生的誤差（chà）叫做圓整誤差［１３－１４］。
 
     （２）控製電路誤差由控製電路的直流（liú）信號零點漂移、放大器的線性誤（wù）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（kuò） Ｘ 軸 進 給誤 差、Ｃ 軸 進 給誤差。其中，Ｘ 軸進給誤差（chà）是由於砂（shā）輪架（jià）在伺服控製下（xià）沒有進給到（dào）理論位置，通（tōng）常（cháng）表現為 Ｘ 軸定位不準所引起的（de）誤差，直接影響輪（lún）廓（kuò）磨削精度［１５－１６］。Ｃ 軸進給誤差是Ｃ 軸轉角與理論位置存在誤差，在 控 製 時，轉
角誤差直（zhí）接影響凸輪的磨削（xuē）轉角精度，從而影響凸輪（lún）廓 形 磨 削 精 度（dù），通常表（biǎo）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（xiē）因素，針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）因素對非圓類工件加工誤（wù）差的影響程度及變化規律，為以後非圓類零件的加工誤差補償提供理論依據。