《機(jī)制工藝學(xué)》中誤差復(fù)映實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計

摘 要： 本文通過對《機(jī)制工藝學(xué)》中原始差復(fù)映實(shí)驗(yàn)曲線失真原因的分析，并對其影響因素逐個進(jìn)行論證，裝置改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線基本吻合，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確、穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞： 《機(jī)制工藝學(xué)》 誤差復(fù)映實(shí)驗(yàn) 改進(jìn)設(shè)計

誤差復(fù)映主要由加工余量變化而引起的。在加工過程中，由于工件的余量發(fā)生變化，就會引起切削力的變化，從而引起工藝系統(tǒng)變形的變化，致使產(chǎn)生加工誤差。為了能更清晰、直觀地反映復(fù)映現(xiàn)象，我校在《機(jī)制工藝學(xué)》中增加了誤差復(fù)映實(shí)驗(yàn)，最初幾次實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線基本吻合，但復(fù)映現(xiàn)象不明顯，而且在實(shí)驗(yàn)中由于切深過大，造成振動。同時，在以后的實(shí)驗(yàn)中所得的曲線嚴(yán)重失真，使實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中無法開設(shè)，為了能得到明顯的且與理論曲線相近的誤差復(fù)映曲線，對原實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)過程大致可分為三個階段，改進(jìn)后所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論曲線基本吻合，且較為明顯穩(wěn)定，滿足實(shí)驗(yàn)要求。

1.分析誤差復(fù)映曲線失真的原因。

1.1首先在原有實(shí)驗(yàn)裝置上做3次實(shí)驗(yàn)，所得到的曲線波動幅度大，且正值、負(fù)值兼有，與理論曲線相比較，曲線很不規(guī)則，理論上應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)曲線的滯后現(xiàn)象根本不存在，同時還有負(fù)剛度現(xiàn)象出現(xiàn)。如圖1所示。

從實(shí)驗(yàn)裝置表面和整個過程來看，影響曲線失真的因素可能有以下幾點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)不合理。具體表現(xiàn)為：偏心盤與芯軸之間為圓柱面配合，間隙為0.052mm；芯軸軸肩與外圓柱面軸線垂直度誤差較大；芯軸采用一夾一頂裝夾，而夾緊部分較長；有過定位現(xiàn)象；試件與芯軸用來聯(lián)接的普通平鍵兩工作面有磨損跡象。

（2）刀具結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)不適當(dāng)。實(shí)驗(yàn)采用焊接式硬質(zhì)合金刀具，牌號為YG8的45°偏刀。其各幾何角度為：后角α=10°-12°，前角γ=3°-4°，刀傾角λ=+3°，刀尖圓弧半徑r=0.2mm，副后角α′=7°-8°。

（3）在切削過程中，工藝系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)剛度現(xiàn)象，從試驗(yàn)曲線中發(fā)現(xiàn)部分曲線在零線以下，很明顯，是工藝系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)剛度引起的。

（4）測量誤差與加工誤差的質(zhì)量對曲線失真也有一定的影響。

1.2為了弄清研究哪些是影響誤差復(fù)映曲線的主要因素，我們通過實(shí)驗(yàn)對其作了驗(yàn)證。

（1）在結(jié)構(gòu)上采用整體式，仍采用原來的刀具和切削條件，以避免實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)對曲線的影響，但通過實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)畫出的曲線全部處于零線以下，整體呈現(xiàn)下凹的趨勢，是典型的負(fù)剛度問題，說明工藝系統(tǒng)產(chǎn)生的負(fù)剛度是影響曲線失真的一個主要因素，這在本次實(shí)驗(yàn)中是個意外的收獲，只有先消除了負(fù)剛度，才能進(jìn)一步驗(yàn)證原裝置結(jié)構(gòu)對曲線的影響是否是主要因素。因此，針對這個問題，決定從改變刀具幾何參數(shù)方面入手，將原來刀具的刃傾角λ從+3°改為-15°—-25°，即采用大負(fù)刃傾角，增大Fy/Fz的比值λ，提高刀尖部分的強(qiáng)度和剛度，使整個切削過程平穩(wěn)，刀尖部分免受大的沖擊。利用改進(jìn)后的刀具再在整體式裝置上采用原來?xiàng)l件下進(jìn)行，得出數(shù)據(jù)全為正值，曲線基本呈上凸趨勢，但復(fù)映不明顯。消除負(fù)剛度后，再回頭考慮裝置結(jié)構(gòu)對曲線的影響，將改進(jìn)后的大刃傾角刀具在實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所得到的曲線比較光滑，且有滯后現(xiàn)象，但曲線呈正負(fù)大致各半的狀態(tài)，與上述實(shí)驗(yàn)相比較，可確定產(chǎn)生這種狀態(tài)的原因是原裝置中鍵與鍵槽，以及試件與芯軸配合間隙過大造成的。

（2）同時，在上述實(shí)驗(yàn)中曲線有些微小波動，這是由試件測量表面質(zhì)量差引起的。

1.3一系列的實(shí)驗(yàn)表明，影響原實(shí)驗(yàn)裝置誤差復(fù)映曲線失真的因素有下列幾個。

（1）工藝系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)剛度。

（2）原實(shí)驗(yàn)裝置使用時間過長，由于結(jié)構(gòu)上設(shè)計不合理，造成個部件間間隙過大，造成曲線失真。

（3）試件測量表面質(zhì)量差，也是影響實(shí)驗(yàn)的一個原因，但不是主要因素。

2.針對上述分析結(jié)果，對原實(shí)驗(yàn)裝置提出了如下改進(jìn)措施。

2.1結(jié)構(gòu)上，為便于更換試件，仍采用裝配式，但各零件之間需加強(qiáng)接觸剛度，具體做法如下。

（1）試件與芯軸間采用1∶10的錐面配合，以提高其配合精度和同軸度，芯軸錐面經(jīng)表面淬火處理，硬度為HRC35-45，避免芯軸在多次裝拆后產(chǎn)生劇烈磨損，保證其接觸精度。

（2）提高芯軸與偏心試件上鍵槽的對稱度，要求小于0.015mm，并采用半圓鍵聯(lián)接。

（3）提高芯軸夾持部分與中心孔的同軸度，并縮短芯軸夾持部分長度，采用B型中心孔，避免產(chǎn)生過定位。

2.2刀具方面。

（1）為能清晰地表示出誤差復(fù)映現(xiàn)象，使曲線更加清晰明了，同時為了消除工藝系統(tǒng)負(fù)剛度對其影響，采用了彈性機(jī)械夾固式刀具，刀頭牌號為YT15，彈性刀具在結(jié)構(gòu)上采用了增大刀頭回轉(zhuǎn)半徑，增大開縫長度等措施，使其切削力的合力方向趨向于水平。

（2）刀頭部分主偏角為45°，采用了較大的刃傾角，λ在-25°左右，適當(dāng)加大刀尖圓弧半徑，取r=0.25—0.4mm。

2.3試件材料方面。原來采用的鑄鐵試件牌號為HT200，試驗(yàn)過程中沖擊較大，測量表面缺陷較多，因此，采用鑄鋼，能減小沖擊，提高測量表面質(zhì)量。

3.經(jīng)過上述改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，在CA6140普通車床上用彈性刀具進(jìn)行試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)條件：轉(zhuǎn)速n=100r/mm，s=0.61mm/r

偏心距e=2.21mm，切深a=4.5mm

試件直徑：Φ293mm，材料：鑄鋼

刀頭牌號：YT15

刀頭幾何參數(shù)：a=6°—8°，γ=5°—7°，λ=-20°—-25°，r=0.3—0.4mm，k=45°，k′=45°，b=0.3—0.5mm，b=0.03—0.08mm。

在這樣的實(shí)驗(yàn)條件下所得到的復(fù)映曲線與理論曲線基本吻合，且有明顯的滯后現(xiàn)象，經(jīng)幾次重復(fù)實(shí)驗(yàn)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較穩(wěn)定。如圖2所示，至此誤差復(fù)映實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計基本完成。

參考文獻(xiàn)：

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