对刀高度误差对车削精度的影响分析

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数控车刀安装过程 中的调试、测 量等环节 不可避免地存在偏 差 ，导致对 刀后的刀具产生 了-定程度 的对刀误差 ，限制 了车削加工精度 的提高 ，因此需要研究对刀误差对车削精度 的影响规律以指导实践 ，消除或减 小对刀误差对 车削精度 的影响。因刀尖与工件 回转 中心不在 同-高度而引起的 l，向误差(即对刀高度误差)，对零件的加工精度影 响较小 ，容易被人忽视 ，如现在常采用的试切法、ATC法等多注重修正刀具 的 向与 z向误差 ，较少关注对刀高度误差 。但 对 刀 高 度 误 差对 精 密 加 工 影 响 较大 ，分析其对 加工精度 的影 响，对提高加工 精度、保证加工质量具有重要意义。本文 以试切法对刀为例 ，确定对刀高度误差模型 ，分析对刀高度误差对零件加工精度的影响规律 。

1 对刀高度误差模型数控车削加工 中的试切法对刀 ，通 过试切分别确定 轴与 z轴坐标 ，如 图 1所示 。但很难保证刀尖与工件轴线处于 同- 高度 ，引起对 刀高度误差 e(即 。6)，如图 2所示。

图 1 试切 法对 刀对刀高度误差 e与试切法确定的直径尺寸 R(即2×Oa，简称对刀直径 )之间的关系为 ：收稿 日期：2012-08-13；修回 日期 ：2012-09-19作者简介：王守志(1977- )，男，山东邹城人 ，威海职业学院机电lT程系副教授，博士 ，主要从事机械设计、智能化检测与监控研究，(E-mail)wszokok###163.COrn。

· l16· 组合机床与自动化加工技术 第 3期。、 o d J bl，， 7- / /图 2 对7J高度误差e 厢 - l -0.5 0 0.5 1e(mm)图 3 对刀高度误差 P与加工误差 艿的关系图(1) 2. 2 直径尺寸 R对加工误差的影响若忽略测量等其它误差的影响，那么尺寸 R/2应为系统记忆的当前 刀尖在 轴上的准确位置 ，简称系统位置。由于对刀高度误差 的存在 ，致使刀 尖在 轴的实际半径位 置为 o6，与系统不-致 。现假设系统驱动刀具在 轴上进给 △ ，刀尖点处于 G点位置。系统的实际诉求是获得半径尺寸 r 。

r ：5 -- (2) 1 △ L J此时 ，切削加工获得的实际半径尺寸为 ：r od (3)由式(1)、(2)、(3)可知 ，因对刀高度误差 e造成工件在直径方向上的实际加工尺寸与理想尺寸的误差 6为：s：r，r。√等-2 x△ ×√等-e2△ 2-( -△ )(4)零件的-般车削加工中，对刀高度误差 e相对于对刀直径 R较小，即 e《R，若忽略对刀高度误差 e，则6-0；但对于精密加工 ，误差 6相对于所允许 的尺寸波动范围来说仍然较大，必须加以考虑与控制。

2 影响加工误差 6的因素分析如式(4)所示 ，加工误差产生的根本原因是对刀高度误差 e的存在。当对刀高度误差为某定值时 ，加工误差 6大小又受 轴上进 给量 、对刀直径 R等因素影响。为探索加工误差 与影响因素之间的变化规律 ，本节分别分析对刀高度误差 、对刀直径 、进给量 对加工误差的影响规律。

2.1 对刀高度误差 e对加工误差的影响由式(4)可知 ，加工误差 6随对刀高度误差 e的绝对值增大而增大 ，即对刀高度误差越大，其加工误差 占越大" 。对刀直径 尺分别为 20mm、30mm，进给量 Ax为 5mm时 ，对刀高度误差 e与加工误差 6的关系如图 3所示。关系图掖映 了加工误差 6与对刀高度误差 e之间这-变化规律。

值得注意的是 ，当对刀高度误差 e0时，加工误差 e不受对刀直径 尺和进给量 Ax的影响 ，其值始终为零 ，即不存在加工误差 ；当加工误差 e为某定值时 ，加工误差 6会因对刀直径的不同而不同，也就是加工误差 受对刀直径 尺的大小影响 。对刀时 ，-方面应旧能减少对刀高度误差 ，还需考虑对刀直径 R由式(4)可知，加工误差 关于对刀直径 R的偏导数为l R丁6 ：- - - ： ： / 二：：：：：-- 1 (5)z×√等-可见 ，偏导数 6 ≤0，即加工误差 6随着对刀直径 的 增 大 而 减 少。对 刀 高 度 误 差 e分 别 为0.1mm、0.2mm，X轴上进给量 △ 为0.3mm时，对刀直径 与加工误差 6的关系如图4所示 ∩见，对刀直径越大 ，其 对加工误差 的影响越小 。对刀时应选用旧能大的对刀直径 R，以提高车削精度。

飞-0图 5 进给量 与加工误差 艿的关 系图2.3 进给量 对加工误差的影响误差 6关于进给量 △ 的偏导数为： 至- ㈩ √等×缸 ×√等-2△ 2偏导数 6 ≥0，即加工误差 6随着进给量 △ 的增大而增大。刀直径 分别为 20mm、30ram，对刀高度误差 e为 0.1mm时，进给量 △ 与加工误差 6的关系如图 5所示 。由图 5可知 ，当进给量大于零 时，加工误差大于零 ，此时实际加工尺寸偏大 ，且增大量随进给量 △ 的增大而增大 ；反之 ，实际加工尺寸偏小 ，且减小量随进给量 △ 的增大而增大。对刀时，若选用零件所有直径尺寸的中间值作为对刀直径，使零件的每个直径尺寸与对刀直径 的差值最小 ，即进 给童 响影的2013年 3月 王守志 ，等：对刀高度误差对车削精度 的影响分析 ·l l7·量 Ax最小，可减小零件的加工误差；另-方面，若要降低零件加工 的废 品率 应选用较小 的对 刀直径，此时零件实际加工尺寸偏 大 ，对于不合格 产品可采取相应措施 弥补。

但是 ，对比图 5与图 4可知 ：若对刀高度误差-定 ，进给量对加工误差的影 响为微米级，是影响加工误差的次要 因素 ；对刀直径对加 工误 差的影响为毫米级 ，是主要 因素 。因此 ，对 于具体 的零件 ，是选用旧能大的对 刀直径 ，还是选用 中间值或较小 的对刀直径 ，应具体问题具体分析p 。

3 对刀高度误差 e对零件形状的影响分析对刀高度误差引起 的零件加工误差随对刀直径和加工进给量 的变化而变化 ，这种加工误差不仅对零件加工精度有影响 ，还对零件 形状有影响，且对直线、斜线、圆弧等不同形状的影响不同 。

3.1 对刀高度误差 e对直线形状的影响对于平行于零件轴线的直线 ，其进给量 Ax为定值 ，由公式 (4)及 2.3分析可知 ，加工误差也为定值 ，即这类直线只是偏离或偏 向于零 件轴线 ，而对直线形状没有影响。

3.2 对刀高度误差 e对斜线形状的影响对不平行于零件轴线的斜线来说，在直径方向的进给量 Ax随轴 向位置不同而不同 ，加工误差也随轴向位置不 同而不 同，此时加工误差对斜 线形状有影响。具体来说，若斜线段的最大直径小于对刀直径 ，其零件的实际加工相形状呈内凹形 ，且实 际形状尺寸大于理想形状尺寸，如图 6a所示 ；反之 ，其零件的实际加工相形状呈外 凸形，且实 际形状 尺寸小于理想形状尺寸 ，容易出现废品 ，如图 6b所示 ；若对刀直径处于斜线段 的最大直 与最小值之 间，此时实际加工相形状是 凸凹叠加 的复合形状 ，也容易 出现废品 .如图 6c。

- - (a)最大直径小于对刀直径 (b)最大直径大于对刀直径(c)对刀直径处于最大值与最小值之问图 6 加工误差对斜线段 的影 响3.3 对刀高度误差 e对圆弧形状的影响对于不平行 于零件轴线的 圆弧 ，其各点到零 件轴线的距离不-，加工误差不 。现以圆弧最大直径小于对刀直径探讨对刀高度误差对圆弧形状的影响 ，距轴线最远 的点其进给量最小 ，加 工误差最小 ，而距轴线最近的点其进给量最大，加工误差最大，致使圆弧的实际加工形状有扁平 变化趋势 ，如图 7所示。同理可知，若 圆弧最小直径大于对刀直径 ，有 中凸变化趋势 。

图 7 加 工误 差对 圆弧形状的影响4 结论本文以对刀高度误差模 型为基础 ，系统分析 了对刀高度误差的影响因素，探讨了对刀高度误差对零件形状误差的影响 ，结论如下 ：(1)对刀高度误差会引起零件加工误差 ，且加工误差随对刀高度误差增大而增大 。对刀高度误差-定时 ，加工误差随对刀直径的增大而减少；随进给量的增大而增大 。

(2)对刀高度误差会影响斜线段、圆弧等不平行于零件轴线部分的形状精度 。

(3)加工误差受对刀高度误差、对刀直径和进给量等多因素影响 ，采任种措施提高车削精度 ，应具体问题具体分析选择合适的解决方法 。