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数控车削中刀尖高对零件尺寸精度的影响

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。
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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)?=(r2-h2)?
sm=sn-mn-l=(r2-h2) ?-l
om=(os2+sm2)?={h2+[(r2-h2) ?-l]2}?=[r2+l2-2l(r2-h2)?]?
d=qt=ot-oq=om-r=[r2+l2-2l(r2-h2)?]?-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
d(μm)
2.6
4.6
7.1
10.3
14
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
d(μm)
0.4
1.6
3.6
6.4
10
14.4
19.6
25.6
32.4
40
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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