淺談提高零件加工精度的工藝系統(tǒng)柔性

趙康原

【摘 要】在以工藝方法提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施中，進(jìn)一步提高機(jī)加工的精度尤其重要。其中最復(fù)雜的問(wèn)題是如何使箱體件孔達(dá)到高的同心度。但是不論用高精度座標(biāo)鏜床鏜孔，或是外加研磨工序，同心度偏差都會(huì)受到一系列工藝系統(tǒng)柔性影響，本文將對(duì)這些因素的本質(zhì)進(jìn)行充分研究。

【關(guān)鍵詞】箱體孔；同心度；工藝系統(tǒng)柔性

機(jī)床-夾具-刀具-工作系統(tǒng)的不均勻柔性就是這些因素中的一個(gè)。經(jīng)確定，在座標(biāo)鏜床上，無(wú)論是主軸回轉(zhuǎn)角度或是主軸套懸伸長(zhǎng)度的柔性都是不均勻的，且性質(zhì)十分復(fù)雜?？梢园巡煌瑧疑炝肯轮鬏S套筒柔性圓圖的封閉特性看作是柔性假定表面的橫截面。那么柔性圓圖的幾何中心位置，可以按與表面軸線相似的原則，看作是機(jī)床-夾具-刀具-工作系統(tǒng)柔性的軸線。

所以，機(jī)床-夾具-刀具-工作系統(tǒng)的柔性可用下列指標(biāo)評(píng)定：柔性表面（可看作綜合指標(biāo)）；柔性的圓曲線圖；柔性表面的母線或縱斷面外形；柔性軸線，即柔性表面的軸線。

研究表明，在鏜孔過(guò)程中上述各柔性指標(biāo)是以一定的方式轉(zhuǎn)移給被加工表面。其中的每一項(xiàng)都會(huì)造成一定的誤差：圓柱度偏差，真圓度偏差，縱斷面外形偏差，孔的母線或中心線的直線性偏差以及孔的同心度偏差。曾采用諧波分析法及動(dòng)態(tài)模擬法求得，機(jī)床-夾具-刀具-工作系統(tǒng)柔性指標(biāo)的解析式及相應(yīng)的轉(zhuǎn)移系數(shù)，這樣就可以用計(jì)算方法確定上述加工誤差。

柔性軸線特性是評(píng)定不均勻柔性對(duì)鏜孔形狀及鏜孔中心線相互位置影響的依據(jù)。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，座標(biāo)鏜床柔性軸線是曲線。也就是說(shuō)，柔性軸線的這種特性不但引起了新鏜孔的中心線的直線性偏差，而且也造成了它們的相互位置的誤差。這在很大程度上說(shuō)明了一個(gè)往往是不可預(yù)期的事實(shí)，即在座標(biāo)鏜床幾何誤差不大、剛性也很大的情況下，在其上鏜出的孔的同心度偏差卻很大。

為了控制工藝系統(tǒng)的柔性，廣泛采用了控制系統(tǒng)。但是由于結(jié)構(gòu)特性及對(duì)座標(biāo)鏜床的幾何精度要求極高，在這類(lèi)機(jī)床上就難于應(yīng)用這種適應(yīng)控制系統(tǒng)。因此最有效的方法是采用一種可以控制工藝系統(tǒng)剛度的裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)剛度控制裝置）。這類(lèi)裝置的不均勻剛度與機(jī)床8的剛度綜合在一起，要能保證工藝系統(tǒng)柔性軸線的直線特性。

剛度控制裝置柔性軸線的表達(dá)式可寫(xiě)成

使用外裝工作臺(tái)（見(jiàn)圖）或剛度控制裝置能夠控制蠕變性軸線的形狀。此裝置由下支承板1和上頂板5組成。上支承板上的槽用來(lái)固定坯件。當(dāng)偏心套2和3相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，總偏心距e在0～10mm的范圍內(nèi)變化。套筒2的上部裝有用錐體4漲開(kāi)的彈簧卡頭。這種結(jié)構(gòu)可以獲得各種曲率的柔性軸線，所以該裝置可以在不同型號(hào)的座標(biāo)鏜床上使用。

式中：l——兩偏心套筒工作部分高度；

L，L0——由刀具至剛度控制裝置的距離（分別為主輛套筒當(dāng)時(shí)的伸出量和零伸出量。）；

E——套筒材料的彈性模數(shù)。

剛度控制裝置的柔性軸線在座標(biāo)鏜床上定方們時(shí)，應(yīng)使它與機(jī)床的柔性軸線反向?qū)ΨQ(chēng)。它們相加可保證機(jī)床-夾具-刀具-工件系統(tǒng)柔性軸線綜和的直線性。選定剛度控制裝置的體積尺寸時(shí)，應(yīng)考慮所述工工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，把它納入工藝系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)不使刀具和壞件相對(duì)的強(qiáng)迫振動(dòng)振幅增大。

在剛度控制裝置的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)過(guò)程中，采用了相當(dāng)于座標(biāo)鏜床上半精鏜和精鏜時(shí)的切削用量。試驗(yàn)表明，在半精鏜時(shí)，采用剛度控制裝置，產(chǎn)生了劇烈的高頻振動(dòng)。而在精鏜床中應(yīng)用效果最好，在這種情況下，同心度的偏差幾乎比傳統(tǒng)用鏜削法的降低了一半；精鏜孔徑得出的數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)還表明，剛度控制裝置對(duì)孔的相互位置誤差有良好的影響。鏜d0=100mm的孔，υ=80m/min，s=0.03mm/r，t=0.2mm時(shí)，同心度偏差減小了，見(jiàn)表2。

提高箱體件同心孔相互位置精度的上述方法，也可以推薦在結(jié)構(gòu)布局和用途與座標(biāo)鏜床類(lèi)似的多工序機(jī)床上進(jìn)行精加工時(shí)應(yīng)用。

在設(shè)計(jì)新型號(hào)機(jī)床時(shí)，必須探求這樣的設(shè)計(jì)方案，即它能在最大程度上保證柔性軸線曲率的減小。此外，在制造機(jī)床時(shí)應(yīng)規(guī)定其允許曲率及空間方位。