數(shù)控車床外圓加工的誤差分析
2021-11-5 來源： 甘肅能源化工職業(yè)學(xué)院 作者：李凌鵬
摘要：對外圓數(shù)控車床在不同條件下進(jìn)行加工，測量活塞的最大直徑尺寸帶下，結(jié)合車床加工基本原理梳理了活塞加工過程中的系統(tǒng)工作流程，通過實驗數(shù)據(jù)分析，結(jié)合活塞尺寸誤差變化規(guī)律找出影響數(shù)控車床外圓加工的因素，旨在能夠為機(jī)床研究者提供一個可靠的數(shù)據(jù)支持，也為未來提升外圓數(shù)控車床加工指明方向。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；外圓加工；誤差分析
在外圓數(shù)控車床使用的過程中，活塞是一個十分重要的組成構(gòu)件，活塞性能優(yōu)劣直接影響發(fā)動機(jī)的使用性能。同時，活塞的外形也會對燃油系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性等產(chǎn)生深刻的影響。考慮到發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中外界多個壓力所造成的活塞變形問題，發(fā)動機(jī)活塞現(xiàn)常用凹凸變橢圓型面。本文所研究的外圓數(shù)控車床在使用的過程中能夠承擔(dān)各種類型的車削加工，包含車削內(nèi)外圓柱面、圓錐面和其他回轉(zhuǎn)面。
1、外圓數(shù)控車床的加工原理
1.1 微進(jìn)給刀架結(jié)構(gòu)
微進(jìn)給機(jī)構(gòu)在加工制造的時候會涉及多個伸縮材料，在具體實施操作的時候可以通過改變線圈電流應(yīng)用產(chǎn)生的磁場來調(diào)整伸縮縫的使用。但是，從實際操作上來看，超磁伸縮材料的反應(yīng)速度比較快、系數(shù)較高、能量密度高，在加工操作時產(chǎn)生的伸縮裂縫難以滿足施工操作的基本要求。在施工操作的時候，需要相關(guān)人員采取有效的方式來嚴(yán)格把控伸縮裂縫、材料密度、材料精準(zhǔn)度，從而確保伸縮材料的選擇和使用能夠滿足車裝加工操作的需要。
1.2 車床工作原理分析
活塞橢圓度的加工一般是通過調(diào)節(jié)電流電量來實現(xiàn)對系統(tǒng)參數(shù)的控制，基于參數(shù)控制的這個要求，在實施加工操作時，為了能夠確保加工活塞和系統(tǒng)運(yùn)行要求的適應(yīng)，在具體實施操作的時候，還需要采取一定的措施來減少因為溫度過度升高所引發(fā)的伸縮縫控制不合理問題。在全面了解材料信息后，本文選擇根據(jù)橢圓基準(zhǔn)信號來檢查和調(diào)整反饋芯片中的數(shù)據(jù)信息，在加工操作的時候，全面地收集整理電渦流傳感器數(shù)據(jù)信心，在獲得兩個差值數(shù)據(jù)信息后，將這些信息傳輸?shù)綌?shù)控操作系統(tǒng)中。
2、外圓數(shù)控車床活塞實驗誤差分析
2.1 程序參數(shù)調(diào)節(jié)控制不合理引發(fā)的問題
參數(shù)比值是設(shè)備板材和固定彈簧到達(dá)渦流傳感器檢測中心位置（c）和鋁板、彈簧板固定位置到刀尖位置的距離的對比分析比值。在實驗操作的時候，如果經(jīng)過測定分析后發(fā)現(xiàn)，通過讀鋁板以及彈簧板的固定，需要準(zhǔn)確地檢測到傳感器距離中心位置的距離，而且也可以根據(jù)彈簧板固定位置，分析各項數(shù)據(jù)的比值，就會使得系統(tǒng)補(bǔ)償量變小。在對實驗研究的外圓數(shù)控車床研究分析后，可以確定鋁板以及彈簧板的固定位置，當(dāng)其距離為 105mm 時，鋁板以及彈簧板到尖刀的位置保持在70mm 的狀態(tài)，并得到其比值參數(shù)：1.5。需要注意的是，在結(jié)構(gòu)匯總的彈簧板分析中，需要掌握其弧度問題，且比值是變動的，而非一個固定的數(shù)值，最終將比值的參數(shù)范圍設(shè)定在 1.4 ～ 1.6，只有參數(shù)的數(shù)值被控制在這個范圍內(nèi)，才能夠提升外圓數(shù)控車床加工的安全性和穩(wěn)定性。
2.2 溫度導(dǎo)致的鋁板偏差
（1）鋁板熱變形。通過對機(jī)床刀架系統(tǒng)運(yùn)行狀況的分析，在刀架安裝鋁板的過程中，其核心目的是降低鋁板運(yùn)行中的慣性應(yīng)力。在機(jī)床剛開始較高的時候，機(jī)床的整體溫度會從室內(nèi)25℃的溫度提升到35℃的狀態(tài)。
在具體實施操作的時候，受鋁板熱膨脹系數(shù)的影響，鋁板熱變形是影響活塞加工誤差的重要因素。
（2）鋁板熱變形的影響。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀況，在設(shè)備操作中，由于電渦流傳感器對鋁的感應(yīng)能力較低，在實際操作中，容易引起鐵片強(qiáng)度較高的問題，檢測溫度的變化范圍在 0 ～ 10℃，在將關(guān)聯(lián)系數(shù)代入指定的參數(shù)后，得到電渦流初始狀態(tài)下的檢測數(shù)值，因此，在具體的設(shè)備操作中，設(shè)備人員應(yīng)該根據(jù)電渦流檢測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，對鐵片的位置進(jìn)行控制及調(diào)整，以及時消除刀架在橫軸熱變中的誤差問題。需要注意的是，對于相關(guān)設(shè)備維護(hù)人員，在具體的工程操作中，需要根據(jù)鐵皮檢測面以及傳感器斷面的平行度等，確定各個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)參數(shù)，以避免鋁板熱變對系統(tǒng)運(yùn)行造成的影響。
2.3 數(shù)控車刀安裝高度的影響
（1）數(shù)控車刀安裝位置的影響。
通過對數(shù)控車刀安裝方案的分析，若出現(xiàn)高度不同的問題，會降低系統(tǒng)的切削性能，也就是說，在具體的刀具安裝以及操作的過程中，當(dāng)遇到刀尖高于中心面的問題，會在刀具工作面上形成夾角，導(dǎo)致刀具工作之前的夾角偏差比較大。在具體操作時可以發(fā)現(xiàn)，工作前角在不斷變大的時候，就會減少切削層的變形，最終在使用操作的時候，會減少整個機(jī)床運(yùn)行管理的消耗，和減少這些消耗伴隨出現(xiàn)的切削溫度的降低。在實施操作的時候為了能夠解決以上問題，需要操作人員采取恰當(dāng)?shù)姆绞教嵘庸ぎa(chǎn)品加工質(zhì)量。在具體操作的時候，若刀具安裝相對較高，會影響后續(xù)工件的生產(chǎn)，而且也無法提高零件的生產(chǎn)效率，降低各個設(shè)備流程的操作價值，嚴(yán)重的會出現(xiàn)刀具崩裂的問題。因此，在具體的設(shè)備粗加工中，應(yīng)保證刀頭切割的輕度，通過刀具安裝高于中心位置的問題分析，增強(qiáng)各個工序施工的穩(wěn)定性，由此在確保刀具強(qiáng)度的同時，還能為切削操作的開展提供重要支持。而且，在精加工操作的過程中，通常會選擇后角施工方法，將刀具安裝在比較高的位置，避免刀面及工件不對稱問題的出現(xiàn)，以增強(qiáng)工件表面的施工質(zhì)量。
（2）刀具安裝高度對刀具加工精準(zhǔn)度的影響。
第一，尺寸誤差的分析。數(shù)控車床在不使用刀儀的時候一般會采用試切對刀方式，在試切操作后測量出數(shù)值對刀基準(zhǔn)圓直徑的影響。試切后測量出對刀基準(zhǔn)圓直徑的影響，輸入系統(tǒng)會自動用刀具當(dāng)前橫軸機(jī)械坐標(biāo)剪去試驗切除的外圓直徑大小，由此會得到工件坐標(biāo)系橫軸原點(diǎn)的位置。車刀安裝高矮、尺寸大小對刀基準(zhǔn)誤差的影響具體如表 1 所示。
表 1 車刀安裝高矮、尺寸大小對刀基準(zhǔn)誤差的影響
第二，在形狀誤差檢測的過程中，項目操作人員需要仔細(xì)分析錐度以及圓弧面的操作狀況，通過高度安裝以及高度的調(diào)節(jié)等，確定具體的工件加工方案，以避免加工工序不合理對施工工序造成的影響。例如，在進(jìn)行圓錐加工中，相關(guān)人員應(yīng)該將半徑作為基本的編程參數(shù)，按照 x=az+c 方程式進(jìn)行圓錐加工，以增強(qiáng)各個參數(shù)的精準(zhǔn)性。整個過程中需要注意的是，當(dāng)?shù)谰叩陌惭b高度過高時，圓錐工件的加工程序會出現(xiàn)雙曲輪廓的狀態(tài)，導(dǎo)致兩條線會變成一個直線。而且，在車削外圓錐工件設(shè)計中，其形狀的標(biāo)準(zhǔn)性與過切或欠切存在關(guān)聯(lián)，因此，在工件參數(shù)設(shè)定中，一定要認(rèn)識到刀的基準(zhǔn)尺寸對圓錐形狀造成的影響，避免誤差增大問題的出現(xiàn)。小端欠切，越朝著小端的方向發(fā)展，由此產(chǎn)生的誤差也會增大。
第三，切削直徑向力帶來的加工誤差。結(jié)構(gòu)中的刀尖位移量和彈簧板的變形量之間存在密切的關(guān)聯(lián)，其中，彈簧板變形量又深受切削向力的影響。考慮到整個系統(tǒng)是在加工之前完成補(bǔ)償?shù)模虼耍邢飨蛄κ欠治黾庸ふ`差的一個重要因素。在具體實施操作的時候，由于活塞要求的誤差范圍為 20um，由撓度公式可以推導(dǎo)出向力波動的范圍在 ±1.5N 左右。
3、結(jié)語
綜上所述，車刀安裝位置一般比較高，由此得到的切削力也會降低，在具體應(yīng)用操作的過程中，會產(chǎn)生一定的尺寸誤差和形狀誤差，由此影響了零件的加工質(zhì)量。為此，在進(jìn)行零件加工操作的時候，需要確保車刀對準(zhǔn)工件的加工中心，通過選擇適合的刀具和加工工藝參數(shù)來提升切削性能。在安裝操作的時候如果無法規(guī)避偏差則需要使對刀基準(zhǔn)尺寸和被加工的尺寸大小相適應(yīng)。在具體操作的時候，對于連續(xù)加工的階梯軸則是要選擇軸的大端尺寸對刀基準(zhǔn)尺寸。活塞尺寸誤差的計算和分析會受到程序參數(shù)設(shè)定的影響，
在具體實施操作的時候，如果參數(shù)設(shè)定不夠合理就會使得活塞在使用的時候出現(xiàn)比較大規(guī)模的誤差，導(dǎo)致刀架的徑向力發(fā)生變化，從而影響彈簧板的彈性變形量。在具體加工操作處理的時候，需要相關(guān)人員能夠結(jié)合實際情況做到具體問題具體分析。
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