芻議車削加工中圓柱度超差的原因及改進(jìn)措施

摘 要：圓柱度是評(píng)定圓柱形零件形狀精度的一個(gè)較好的綜合指標(biāo)，但是受各種原因的影響，在對(duì)圓柱進(jìn)行車削加工的過程中往往會(huì)出現(xiàn)超差的現(xiàn)象。筆者結(jié)合多年加工經(jīng)驗(yàn)對(duì)車削加工出現(xiàn)圓柱度超差，從圓柱度超差的表現(xiàn)類型、車床本身引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施、裝夾不當(dāng)引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施和刀具形狀引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施等四個(gè)方面對(duì)車削加工中圓柱度超差的原因和改進(jìn)措施進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了改進(jìn)措施，希望為相關(guān)機(jī)械操作的技能提升提供幫助。

關(guān)鍵詞：圓柱度超差 車削 夾具 刀具

中圖分類號(hào)：TG801 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（b）-0066-01

圓柱度是評(píng)定圓柱形零件形狀精度的一個(gè)較好的綜合指標(biāo)。如：汽車起重機(jī)上的液壓柱塞、精密機(jī)床和量具的主軸軸頸等，設(shè)計(jì)時(shí)都要提出較高的圓柱度要求，但由于工件安裝、機(jī)床使用不當(dāng)和加工工藝等原因，常造成外圓或孔的圓柱度超差，它直接影響到車床加工零件的幾何精度和加工效率，所以圓柱度超差檢查倍受車床使用者的重視。

1 圓柱度超差的表現(xiàn)類型

圓柱度是限制實(shí)際圓柱面對(duì)理想圓柱面變動(dòng)量的一項(xiàng)指標(biāo)。圓柱度是零件的形狀公差，圓柱度公差帶時(shí)半徑差為公差值的兩同軸圓柱面之間的區(qū)域。圓柱度公差的作用是對(duì)圓柱面縱橫截面的各種形狀誤差進(jìn)行綜合控制，包括圓柱體橫截面和軸截面內(nèi)的各項(xiàng)形狀誤差，如圓度、素線直線度、軸線直線度等。所以，車削內(nèi)、外圓柱表面時(shí)，必須要求刀尖的直線運(yùn)動(dòng)軌跡與工件的回轉(zhuǎn)軸線，必須互相平行。否則，圓柱的縱截面內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生素線的直線度誤差和兩素線的平行度誤差，使圓柱表面呈現(xiàn)出圓錐形、腰鼓形、馬鞍形、彎曲形、波浪形、竹節(jié)形等缺陷，造成零件的形狀不符合要求。

2 車床本身引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施

車床主軸軸線與床身導(dǎo)軌面在垂直平面或水平面內(nèi)的平行度誤差，引起圓柱度超差。分析其原因：一是機(jī)床振動(dòng)或環(huán)境因素造成車床局部床身下沉，床身導(dǎo)軌彎曲，使主軸軸線與床身導(dǎo)軌面在水平面內(nèi)不平行， 這種情況易造成車削外圓會(huì)出現(xiàn)倒錐，即越靠近卡盤端面，工件直徑越小。調(diào)整時(shí)，先從床頭箱端開始（兩個(gè)水平儀分別放于床鞍縱、橫向?qū)к壏较蛏希?，確保靠近床頭箱端時(shí)，水平儀讀數(shù)為零（從而盡可能保證主軸軸線為水平狀態(tài)），這時(shí)使床頭箱后面的地腳螺栓比前面的地腳螺栓預(yù)緊力更大一些，以適應(yīng)車床的受力要求。然后床鞍逐段向床尾方向移動(dòng)（每次200 mm），水平儀讀數(shù)可適當(dāng)增加，以保證床身導(dǎo)軌中凸，但縱橫向誤差需符合技術(shù)要求，且使橫向扭曲的方向?yàn)椋捍采砩洗舶昂髮?dǎo)軌適當(dāng)偏高。試車校驗(yàn)時(shí)，不允許用尾座頂尖支承。因?yàn)槲沧鬏S與床頭箱主軸同軸度調(diào)整不到位，如再用尾座頂尖支承，校驗(yàn)時(shí)反而會(huì)帶來圓柱度誤差。

二是機(jī)床制造的原因，造成導(dǎo)軌在垂直平面或水平面內(nèi)的直線度誤差。如導(dǎo)軌加工精度不高；導(dǎo)軌的常用區(qū)段磨損嚴(yán)重。不管哪種原因造成的直線度誤差，都要及時(shí)調(diào)整與修復(fù)。

3 裝夾不當(dāng)引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施

（1）頂尖頂緊力不當(dāng)，常使圓柱度超差。頂緊力過大，工件產(chǎn)生彎曲變形，影響圓柱度；另外頂緊力過大，頂尖與錐孔產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦而導(dǎo)致高溫“燒壞”頂尖和中心孔。頂緊力過小，在切削力作用下，工件易產(chǎn)生振動(dòng)，使圓柱度超差，所以調(diào)整頂緊力時(shí)，應(yīng)松緊適宜。另外加工前，要清除中心孔內(nèi)異物。尾座套筒不能伸出太長，以防剛性差，工件產(chǎn)生振動(dòng)。（2）頂尖的剛度不夠，也會(huì)造成圓柱度超差。如果采用雙頂尖裝夾，在切削力作用下，易彎曲造成圓柱度超差，采取的措施為由前、后頂尖裝夾，改為剛性較好的卡盤加頂尖裝夾。（3）尾座的位置不當(dāng)，軸類零件常用尾座頂尖支承，不論是一夾一頂，還是兩端都用頂尖支承裝夾，都需要主軸中心線與尾座錐孔中心線同軸。如果兩者在水平面內(nèi)不同軸，加工出的工件表面將產(chǎn)生錐度，呈圓錐形；兩者在垂直平面內(nèi)不同軸，則加工出的工件表面將呈馬鞍形，且兩者在水平面內(nèi)的同軸度誤差對(duì)工件的尺寸及形狀精度影響更為明顯。在裝夾工件之前，要對(duì)主軸中心線與尾座錐孔中心線的同軸度進(jìn)行校對(duì)，簡單的方法就是：加工一個(gè)頂尖或在主軸錐孔內(nèi)安裝一個(gè)頂尖，與裝在尾座錐孔的頂尖相比較，若兩者在水平面內(nèi)不同軸，則對(duì)尾座做橫向調(diào)整；若兩者在垂直平面內(nèi)不同軸，則需要對(duì)尾座底板進(jìn)行刮研或加補(bǔ)償墊片。在調(diào)整尾座，使車床前、后頂尖或卡盤中心與尾座頂尖對(duì)準(zhǔn)。再用尾座頂尖支承時(shí)，最好先試車外圓圓柱。不要太相信尾座體與其底板之間的刻線，尾座體與其底板之間的刻線僅起參考指示作用。

4 刀具形狀引起的圓柱度超差及改進(jìn)措施

（1）幾何形狀的影響。

刀具的幾何形狀，直接影響切削力的大小，也影響徑向切削分力的大小。對(duì)于細(xì)長軸零件來說，由于剛性差，如刀具幾何形狀選擇不合理，產(chǎn)生的徑向切削力會(huì)使工件產(chǎn)生彎曲變形，從而造成工件圓柱度超差。

改進(jìn)措施：正確刃磨車刀，把握車刀的幾何形狀。具體來說主要考慮以下幾點(diǎn)：

①為了少徑向切削分力而引起細(xì)長軸的彎曲，車刀主偏角取kr=83～93 °。②為了減小切削力，應(yīng)選擇較大的前角，取γ0 = 15～30 °。③車刀前面應(yīng)磨有R1.5～3 mm的斷屑槽，使切屑卷曲折斷，防止切屑纏繞。④選擇負(fù)的刃傾角，取λs=-3～-10，使切屑流向待加工表面。⑤為了減少徑向切削分力，刀尖圓弧半徑應(yīng)選得較小（r< 0.3 mm）；倒棱的寬度也應(yīng)取得較小，取倒棱寬為進(jìn)給量的一半為宜。⑥切削刃要光潔，并要經(jīng)常保持鋒利，以減小切削力。

（2）刀具磨損的影響。

粗加工時(shí)，由于尺寸精度要求不高，所以刀具磨損對(duì)工件尺寸精度的影響意義不大。但對(duì)較長的軸類工件精加工時(shí)必須要考慮。例如精車一根為φ100 mm× 2000 mm的45鋼光軸，所用刀具材料為YT15，背吃刀量ap=0.5 mm，進(jìn)給量f = 0.2 mm/r，切削速度vc=100 m/min，雖然刀具正常切削，但由于走刀距離遠(yuǎn)與車刀的磨損，將使工件產(chǎn)生直徑相差46 um的錐度，這對(duì)精加工來說是不能忽視的。另外刀具彈性變形也對(duì)圓柱度產(chǎn)生影響，最典型的就是表現(xiàn)在孔加工過程中，由于受孔直徑和深度的限制，刀桿不可能做得太粗太短，刀桿的彈性變形使內(nèi)孔產(chǎn)生錐度。應(yīng)降低車削速度，提高刀具的耐磨性和增強(qiáng)刀桿的剛度。

5 結(jié)語

對(duì)于在車削加工中，當(dāng)出現(xiàn)圓柱度超差時(shí)，要結(jié)合出現(xiàn)的不同超差類型，及時(shí)排查、合理調(diào)整，即可取得滿意效果。

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