数控车削中刀尖高对零件尺寸精度的影响

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在数控车削中,车刀的刀尖高误差会影响车削工件的尺寸精度,这在车削高精度阶梯轴类零件时尤为明显。因为数控车削时,刀具的进给尺寸靠数控程序设定,而且人们往往习惯于对车削阶梯轴类零件采用一把刀将大、小外圆连续一刀车成,这样,对于加工精度高的阶梯零件,如其大、小外圆的公差值在IT7级以内,人们往往会发现在程序编制正确的情况下,小外圆尺寸在公差以内,而大外圆尺寸却不对,或者相反；镗阶梯孔也如此,这就是由刀具的刀尖高误差引起的,下面就刀具刀尖高误差对加工零件尺寸精度的影响作一下分析。

图1 加工示意图

图1所示为大圆半径为R,小圆半径为r的阶梯轴零件,当车刀刀尖和工件回转轴心线等高时,车削的台阶尺寸为L；当车刀刀尖低于或高于工件轴心线时,要满足大、小轴的尺寸要求,需车削的台阶尺寸为l,显然L≠l,也就是说从大外圆开始车削至数控程序设定值时,小外圆没有达到尺寸要求,明显存在误差。

假设正常刀尖高时,刀具从P点切削到Q点,径向进给尺寸为L,如刀尖低于工件轴心线高度为h,则刀具实际切削路径变成从N到M点就开始了小外圆的切削,即PQ=NM=L,此时以O点为圆心,OM为半径作圆,交OP于T点,这样小外圆的尺寸误差即为QT,设QT=d,d的大小可通过下面的几何运算求得。

已知:PQ=NM=L；OS=h；OT=OM；ON=R；OQ=r,

SN=(ON²-OS²)^½=(R²-h²)^½

SM=SN-MN-L=(R²-h²) ^½-L

OM=(OS²+SM²)^½={h²+[(R²-h²) ^½-L]²}^½=[R²+L²-2L(R²-h²)^½]^½

d=QT=OT-OQ=OM-r=[R²+L²-2L(R²-h²)^½]^½-r

以上即为小外圆尺寸误差d的计算公式,通过此式可定量计算出小外圆的尺寸误差。

表1 刀尖高误差值h和尺寸误差值d关系 h(mm) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 d(µm) 2.6 4.6 7.1 10.3 14.0 18.3 23.2 28.6 表2 刀尖高误差值h和尺寸误差值d关系 h(mm) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 d(µm) 0.4 1.6 3.6 6.4 10.0 14.4 19.6 25.6 32.4 40.0

下面通过具体例子的计算,来进一步说明d和h的关系。

如连续车削的阶梯轴零件,大外圆直径为14mm,小外圆的直径为10mm,那么通过上式可以求得h和d的关系(见表1)。

再如连续车削的阶梯轴零件,大外圆直径为100mm,小外圆的直径为20mm,那么通过上式可以求得h和d的关系(见表2)。

从以上两例的计算结果可以看出,对于加工高精度的阶梯轴(孔)类零件,刀尖高误差的影响往往不能忽视,特别是两轴(孔)的直径相差越大,刀尖高的误差对尺寸精度的影响也就越大。

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刀具车刀加工

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