1、1车轴类零件外圆表面常见的加工误差与控制姓 名： 王新青 身份证号码：410211198803123016工 种： 数控加工 等 级： 数控铣高级工 培 训 单 位： 开封技师学院 鉴 定 单 位： 开封技师学院 年 月 日2内容摘要：该论文主要针对在机械加工中车外圆时常会遇到的加工误差，进行分析；并采用相应的措施对其加工误差进行控制，以保证零件的加工质量。关键词：机械加工 车床 外圆表面 加工误差外圆表面常见的加工误差与控制由于在机械加工中工件受到外力、内力、工艺装置、环境因素及人为因素等影响，不可避免的会出现加工误差。而加工误差总是最终的反映到零件的已加工表面上，如果加工误差超过了零件的技
2、术要求就将会出现报废现象，这样就会增加加工成本，降低总加工效率，经济性也会随之降低，这样的现象是我们所不期望的，我们也不希望出现报废现象。当出现质量问题时，我们就要对其分析原因提出解决、改进的措施，以提高零件的加工质量、提高劳动生产率、提高零件的经济效益。在机械加工中加工外圆表面时一般常会出现的加工误差有：腰鼓形圆柱度误差、马鞍形圆柱度误差、锥形圆柱度误差、毛坯误差复映、直线度误差和同轴度误差等。一、腰鼓形圆柱度误差1.基本形式：两端小中间大，如图 1 所示：图 1 腰鼓形圆柱度误差32.形成原因：腰鼓形圆柱度误差一般来说主要的出现在细长轴的加工中。在加工细长轴的过程中，由于机床的刚度远远大于
3、工件的刚度，所以变形主要来源于工件的变形。工件在加工中受到外力的综合作用下发生弯曲，从而造成加工误差，所以减小此类加工误差，主要的是要降低工件在加工过程中所受的外力。工件在加工过程中所受的外力一般有三个方面分别有：（1）一方面是工件在加工外圆时，刀具给工件的切削力分力 Fp（背向力） ，如图 2 所示。图 2 受力分析（2）另一方面是工件在加工外圆时，刀具切削力分力Ff（轴向切削力）给工件的压迫，造成工件不稳定弯曲。（3）另一方面是由切削热引起的工件热胀伸长，当尾座使用的又是刚性顶尖时，工件就会受到约束无法伸长，而造成弯曲。综合上述的三方面因素，工件在外力作用下发生弹性变形而出现变形“让刀”现
4、象，在工件的全长上切削时背吃刀量由大到4小，在由小变大（如图 3 所示） ，最终使工件产生腰鼓形圆柱度误差。图 3 工件弯曲产生误差3.改进措施：（1）增加工件的刚度，采用跟刀架，这样可以有效的减小工件发生的弯曲，从而减小加工误差；（2）增大主偏角 背向力 Fp 是造成工件变形的最主要原因，由图 12 可知，背向力 Fp 与主偏角的关系：Fp=Fc * cosKr增大主偏角可以减小背向力 Fp，从而减小工件工件变形。（3）避免出现工件轴向约束 采用弹性顶尖，保证工件受热伸长的时候能有一定的空间。（4）采用反向进给 将工件的轴向压力转变为工件的轴向拉力，如图 14 所示。5图 1-4 反向进给方
5、式二、马鞍形圆柱度误差1.基本形式：两头大中间小，如图 15 所示。图 1-5 马鞍形圆柱度误差2.形成原因：在零件的加工过程中产生马鞍形圆柱度误差的原因一般有以下的三个方面：（1）在加工细长轴时形成马鞍形误差 有图 12 的受力分析中可以看出当主偏角 Kr 在 090时，背向力 Fp 向外，使细长轴向外产生弯曲变形，从而造成“让刀”的现象。如果主偏角在 90180范围，则背向力 Fp 方向与图示方向相反，细长轴则向刀具一侧发生弯曲变形，从而使工件出现“扎刀”现象。在工件的全长上进行切削时，背吃刀量由小变大、再有大变小，最终使加工出来的工件出现马鞍形误差。（2）加工粗短轴时形成马鞍形误差 当在
6、车床上采用两顶尖支撑短粗轴对工件进行切削加工时，因为这时工件的刚性远远大于机床的刚性，工件的变形可忽略不计，机床的加工精度将直接性的影响工件的加工精度。工艺系统的变形主要有主轴箱、尾座和刀架的变形。在背向力 Fp 的作用下主轴箱、尾座和刀架6就会发生一定的位移，经过实际操作实验证明，在粗短轴类零件在全长上加工时，当刀具靠近尾座时，尾座的位移量最大；当刀具靠近主轴箱时，主轴箱的位移量最大；当刀具在中间时尾座、主轴箱的位移量都比较小。最终形成如图 15 所示的马鞍形误差。（3）机床误差引起马鞍形圆柱度误差 如果车床的导轨与主轴的回转轴线在垂直平面内的平行度存在着误差，那么在加工时，加工出来的轴就会
7、形成双曲线面回转体，也就是我们所常说的马鞍形圆柱度误差，如图 16 所示。图 1-6 机床误差引起的马鞍形误差3.改进措施：（1）对细长轴加工时形成的马鞍形误差，可以采用与腰鼓形误差改进的方法和措施；（2）对于短粗轴加工时形成的马鞍形误差，可以通过改进刀具的几何参数，减小切削深度从而减小径向切削力 Fp，以及增强机床刚性等方面采取措施。（3）对机床误差形成的马鞍形误差，应加强机床导轨的保护与保养，以减小导轨磨损，延长导轨的使用寿命。定期检修，保证机床加工精度。7三、锥形圆柱度误差1.基本形式 ：一头大一头小，如图 17 所示。图 1-7 锥形圆柱度误差2.形成原因：（1）车床导轨与主轴回转轴线
8、在水平面内存在平行度误差，加工出来的轴就会出现锥形圆柱度误差。（2）车床尾座中心线和主轴的回转中心线没有在一个直线上。如果车床尾座中心线向远离刀具的一侧偏移，则加工出来的周就会产生如图 17 所示的锥形圆柱度误差，如果车床尾座中心线向靠近刀具一侧偏移，则加工出来的轴的大小头就与图17 所示的相反。（3）主轴纯角度摆动 主轴纯角度摆动是指主轴实际回转轴线与平均的回转轴线成一定的倾斜角度，但其交点位置固定不变的运动如图 18 所示。图 1-8 主轴纯角度摆动3.3 改进措施：8（1）定期检验机床，保证车床导轨与主轴回转轴线在水平面内的平行度能够符合零件的技术。（2）在使用车床前应检验尾座中心线和主
9、轴回转轴线是否在同一直线上。（3）调整主轴轴承间隙，消除主轴纯角度摆动。四、毛坯误差复映1.基本形式：工件的已加工表面的误差与毛坯形状误差相似，如图 19所示。图 1-9 毛坯误差复映2.形成原因：因毛坯形状误差造成切削力大小变化引起加工误差。在车床上加工短轴时，当工艺系统确定后，一般来说其刚度就基本不发生变化，刀具与工件之间相对正确位置的改变一般是由于外力的影响而造成，如图 19 所示，在加工有椭圆形误差的轴时，加工之前先把刀尖调整到规定的正确位置(图中画虚线的位置)，车削时工件每旋转一周切削深度也在不断的发生着变化，当车削具有椭圆形误差的长轴毛坯时理论切削深度 Ap1 最大；此时切削力9最
10、大；工艺系统的变形 Y1 也最大 。而当车削的是短轴时理论切削深度 Ap2 最小；此时切削力最小；工艺系统的变形 Y2 也最小。由此可以看出，切削深度的变化直接影响着径向切削力 Fp 的变化，并在 FmaxFmin 之间不断往复变化。当系统的刚性不变时，这种变化的切削力将作用在工艺系统上，使得工艺系统在这样变化的切削力作用下也随着发生相应的变化。3.改进措施：改进工艺措施，增加进给次数，可采用误差分组法进行加工。五、直线度误差1.基本形式：轴的回转中心线发生弯曲不是一条直线，图 110 所示的弯曲变形时轴类零件最常见的一种直线度误差。图 1-10 弯曲变形2.形成原因：（1）工件在加工过程中，
11、需要切除掉大量的金属，因而会产生较大的切削力和切削热，同时也需要加大的夹紧力，在这些力和热的作用下引起工件产生变形。（2）经过粗加工半、精加工后，零件的外形和毛坯发生很大的变化，零件的内应力也会从新分布，而导致零件发生弯曲变10形。3.改进措施：（1）划分加工阶段，使零件的变形尽量发生在粗加工与半精加工阶段，以便在精加工时可以得到修正；（2）在加工工艺过程中安排退火、时效等热处理工艺消除内应力，减小工件的弯曲变形。（3）改进刀具几何形状，适当增加主偏角，采用硬质材料的刀具，减小径向切削分力，控制零件的弯曲变形。六、同轴度误差1.基本形式：被测两轴颈的轴线不在同一轴线上，如图 111 所示。图
12、1-11 同轴度误差2.形成原因：（1）选择工艺方法不当，如果采用中间大直径表面作为定位基准装夹加工一端后再掉头装夹加工另一端，这时由于安装误差造成加工同轴度误差（2）加工时选用的基准不统一，如果加工时一端采用大径定位，另一端采用小径定位则会因为基准的不统一而造成同轴度误差。（3）机床精度低也是造成同轴度误差的原因之一。113.改进措施：（1）加工两端轴颈均采用两中心孔作为统一的定位基准，并在精加工之前修正中心孔，提高定位基准的定位精度，可以有效地提高轴颈的同轴度。（2）保证机床精度能够满足零件的加工精度要求。结束语：机械加工中加工外圆时通常会出现腰鼓形圆柱度误差、马鞍形圆柱度误差、锥形圆柱度
13、误差、毛坯误差复映、直线度误差复映和同轴度误差复映。造成这些误差的原因有机床精度、外力、内力、环境和人为因素等，误差不可避免但经过我们的分析、改进却可以有效地减小，一般可从检修机床提高机床精度；采用刚性高的刀具；采用合理的加工工艺等方面。来保证零件的加工精度。12参考文献：1吕崇明.机械制造工艺学M.北京:中国劳动社会保障出版社，2006 年.2彭德荫.车工工艺与技能训练M.北京:中国劳动社会保障出版社，2001 年.3李亚军,武开军.应用力学(内部资料)M.河南：开封技师学院，2006 年.4张梦欣.金属切削原理与刀具M.北京:中国劳动社会保障出版社，2006 年.5张金凤.机械工程材料M.北京：中国劳动社会保障出版社，2006 年.
