箱體零件鏜孔精度的分析與研究

嚴(yán) 紅

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712000）

筆者結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，分析了影響箱體零件鏜孔精度的主要因素，并提出了行之有效的工藝措施。

1 機(jī)床的影響

（1）主軸回轉(zhuǎn)精度的影響。在鏜孔時(shí)，主軸的軸向竄動，會引起箱體端面不平并與孔中心不垂直；而主軸的徑向跳動，將造成同軸孔的同軸度誤差、被鏜孔的圓度誤差和表面粗糙度值增大。

（2）主軸與導(dǎo)軌位置誤差的影響。鏜床主軸與橫向?qū)к壍拇怪倍日`差、與縱向?qū)к壍钠叫卸日`差，都會造成被鏜孔與箱體端面的垂直度誤差和孔自身的圓度誤差；尤其在采用“掉頭鏜”加工同軸孔時(shí)，會造成同軸度誤差。

（3）機(jī)床進(jìn)給的方式對鏜孔的影響。當(dāng)鏜桿與機(jī)床主軸浮動連接支承鏜孔時(shí)，機(jī)床進(jìn)給的方式對鏜孔精度的影響不大。當(dāng)鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時(shí)，機(jī)床進(jìn)給的方式對鏜孔精度的影響比較明顯。

當(dāng)鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時(shí)，如果采用主軸進(jìn)給的方式，此時(shí)鏜桿在重力和切削力的作用下，偏離理想的回轉(zhuǎn)中心（如圖1所示），隨著主軸的進(jìn)給，鏜桿將不斷伸長，鏜桿回轉(zhuǎn)誤差不斷增大，造成同軸孔的同軸度誤差和孔自身的圓柱度誤差。

相反，如果采用工作臺進(jìn)給，則鏜桿伸出長度不變（如圖2所示），在鏜孔過程中，鏜桿回轉(zhuǎn)誤差不會增大，此時(shí)，鏜桿雖有彎曲變形，但彎曲變形不會隨著鏜孔的深入而增大，因此，對于鏜孔精度的影響不大。

圖1 鏜桿進(jìn)給的影響圖

圖2 工作臺進(jìn)給的影響

但是，當(dāng)采用工作臺進(jìn)給時(shí)，鏜床導(dǎo)軌在水平面和垂直面內(nèi)的直線度誤差，會導(dǎo)致加工后產(chǎn)生圓柱度誤差；對于同軸孔，會產(chǎn)生同軸度誤差。

除此之外，工作臺與導(dǎo)軌的配合間隙，也會影響鏜孔精度，工作臺與導(dǎo)軌配合間隙越大，則工作臺的擺動越大，而工件是通過夾具安裝在機(jī)床的工作臺上，因此工作臺的擺動，實(shí)際上代表著工件的擺動，工件的擺動會改變刀具與工件既定好的相對位置，會給加工帶來誤差：即鏜同軸孔時(shí)，會產(chǎn)生同軸度誤差；鏜平行孔時(shí)，則會產(chǎn)生孔距誤差和平行度誤差。

2 刀具系統(tǒng)的影響

2.1 鏜桿受力變形的影響

當(dāng)鏜桿與鏜床主軸剛性連接懸臂鏜孔時(shí)，在切削力矩M、切削力Fr和鏜桿自重G的作用下，鏜桿會產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致鏜桿的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心偏離理想的回轉(zhuǎn)中心，造成鏜孔誤差超差。

其中，切削力矩M造成鏜桿彈性扭曲、刀具耐用度和內(nèi)孔表面品質(zhì)的下降；而切削力Fr和鏜桿重力G造成鏜桿彈性彎曲，對鏜孔精度的影響尤為嚴(yán)重。

下面，主要分析切削力Fr和鏜桿自重G對于鏜孔精度的影響。

（1）受切削力變形引起的誤差。在鏜孔過程中，切削力會造成鏜桿彈性彎曲變形。眾所周知，鏜床是刀具回轉(zhuǎn)類機(jī)床，在主軸回轉(zhuǎn)過程中，切削力的方向不斷發(fā)生變化，假定切削力的大小不變，在主軸旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期，鏜桿的彎曲變形，會使刀具出現(xiàn)等量的讓刀，其結(jié)果如圖3所示，鏜后孔是一個(gè)比調(diào)整尺寸小fF的正圓。

圖3 切削力對鏜桿撓曲變形的影響

但實(shí)際中，鏜前的底孔必然存在形狀誤差，它會因切削深度不均而引起切削力的變化，導(dǎo)致加工后不是一個(gè)正圓，存在圓度誤差。同理，在被加工孔的軸線方向上，由于加工余量和材質(zhì)的不勻，也會造成孔在軸線方向的圓柱度誤差。

（2）鏜桿受重力變形引起的誤差。在鏜孔過程中，鏜桿在重力的作用下，相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，自重使鏜桿產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致鏜桿實(shí)際回轉(zhuǎn)中心偏離理想回轉(zhuǎn)中心一個(gè)fG值（如圖4所示），從而使被鏜孔的底部被切得多，造成孔的圓度誤差。

圖4 自重對鏜桿撓曲變形的影響

（3）鏜桿的實(shí)際撓曲變形引起的誤差。在實(shí)際鏜孔的過程中，鏜桿撓曲變形，是切削力和重力撓曲變形的綜合表現(xiàn)，其實(shí)質(zhì)是鏜桿的實(shí)際回轉(zhuǎn)中心偏離了理想回轉(zhuǎn)中心。由于材質(zhì)不勻、加工余量的變化、切削用量的不一，以及鏜桿伸出長度的變化，造成同軸孔的同軸度誤差、平行孔的平行度和孔距誤差、對同一孔的加工，引起圓度和圓柱度誤差。

2.2 鏜桿與導(dǎo)向套精度及配合間隙的影響

支承鏜孔時(shí)，采用導(dǎo)套支承鏜桿，鏜桿的剛性足以減小鏜桿受力變形對于鏜孔精度的影響。此時(shí)，導(dǎo)套內(nèi)孔的形狀誤差與波度、鏜桿與導(dǎo)套的配合間隙，就成為影響鏜孔精度的核心因素。因此，針對這種情況，以下重點(diǎn)分兩種情況加以討論。

（1）當(dāng)Fr＞G時(shí)。由于鏜桿與導(dǎo)套間的配合間隙，粗鏜時(shí)，切削力較大，通常Fr＞G，切削力足以推動鏜桿緊貼在導(dǎo)套內(nèi)與切削位置相反的一側(cè)，加之切削力的方向不斷的變化，導(dǎo)致鏜桿在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，始終以某一固定部位與導(dǎo)套的整個(gè)內(nèi)表面接觸。因此，鏜桿的運(yùn)動軌跡，受導(dǎo)套內(nèi)表面的形狀影響較大。在這種情況下，導(dǎo)套內(nèi)表面的形狀誤差與波度，對被鏜孔的形狀影響較大。

（2）當(dāng)Fr＜G時(shí)。精加工時(shí)，由于加工余量小，切削力小，通常Fr＜G。在鏜孔的過程中，鏜桿在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，鏜桿的每一點(diǎn)與導(dǎo)套內(nèi)孔下半部分在接觸，即鏜桿以不同部位在導(dǎo)套內(nèi)孔下方擺動（如圖5所示），造成孔的圓度誤差。

圖5 鏜桿在導(dǎo)套下方的擺動

實(shí)際上，由于材質(zhì)不勻等因素，會引起切削力的變化。因此，鏜桿在導(dǎo)套內(nèi)的擺動幅度，也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。其結(jié)果是：加工同軸孔，可能會造成同軸度誤差；加工平行孔，會造成孔距和平行都誤差。

此外，鏜桿和導(dǎo)套的配合間隙對加工也有一定影響。如果配合間隙過小，鏜桿與導(dǎo)套的摩擦加劇，會導(dǎo)致鏜桿受熱卡死，加工無法正常進(jìn)行；如果配合間隙過大，在切削力作用下，鏜桿的擺幅增大，所引起的誤差也就隨之越大。

3 受力受熱變形產(chǎn)生的影響

（1）切削力引起的誤差。受零件使用性能的限制，有些箱體零件在設(shè)計(jì)時(shí)，箱壁厚度相差比較懸殊，在實(shí)際鏜孔時(shí)，當(dāng)切削力較大時(shí)，箱體薄壁處受彈性變形的影響，容易產(chǎn)生過大的讓刀，加工后，箱體薄壁處彈性恢復(fù)，被鏜孔產(chǎn)生圓度誤差。

（2）夾緊力引起的誤差。鏜孔時(shí)，如果夾緊力過大，方向不正確，作用點(diǎn)工件的剛性差，會使毛坯孔在夾緊力的作用下變形，在變形的情況下，將孔鏜成正圓，卸下工件后，孔徑彈性恢復(fù)，變成橢圓。

（3）切削熱引起的誤差。粗鏜時(shí)，切削熱量多，箱體壁薄處溫度升得快，熱變形大；壁厚處溫度升得慢，熱變形小。如果在工件還未完全冷卻的情況下進(jìn)行精鏜，則壁薄處實(shí)際被切去的余量比壁厚處少，冷卻后，會造成孔的圓度誤差。

4 保證鏜孔精度的工藝措施

4.1 保證機(jī)床的幾何精度

為防止由于機(jī)床部分幾何精度的下滑而造成鏜孔誤差超差，應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備的日常保養(yǎng)和維護(hù)，定期對機(jī)床進(jìn)行檢查和維修，以保證機(jī)床的幾何精度。

4.2 保證刀具系統(tǒng)品質(zhì)

（1）減小刀具系統(tǒng)受力變形。首先，應(yīng)合理設(shè)計(jì)鏜桿直徑，以保證鏜桿有足夠的剛性，也可采用“掉頭鏜”的方式，來減小鏜桿的旋伸長度；其次，通過采用輔助支承（導(dǎo)向裝置）來提高鏜桿的剛性；再次，也可通過階梯鏜桿、空心鏜桿來減小鏜桿自重的影響，通過切削參數(shù)的調(diào)整來減小切削力，以減小鏜桿撓曲變形的影響；最后，對于小的深孔，可采用拉鏜的方式，以鏜桿的受力彎曲變形。

（2）合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向裝置。首先，從加工的實(shí)際出發(fā)，選擇合理的導(dǎo)向方式；其次，要保證鏜桿與導(dǎo)套有足夠的幾何形狀精度；再次，要始終保持鏜桿與導(dǎo)套有合理的配合間隙和充分的潤滑；最后，應(yīng)各支承的配合間隙相同。

4.3 合理的工藝設(shè)計(jì)與實(shí)施

工藝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理選擇定位基準(zhǔn)，以保證加工余量得均勻，減小切削力變化所引起的誤差；合理的選擇切削用量，以減小受力受熱變形的影響。

工藝實(shí)施時(shí)，尤其是精加工，應(yīng)適當(dāng)增加走刀次數(shù)，以保持切削力的穩(wěn)定和盡量減少切削力的影響。為消除夾緊變形的影響，精鏜時(shí)夾緊力要適當(dāng)，不宜過大，著力點(diǎn)應(yīng)選擇在剛度較強(qiáng)部位。為消除工件熱變形的影響，加工必須粗、精兩個(gè)階段進(jìn)行，對于加工中沒有粗、精加工明顯分開的情況，應(yīng)注意粗加工與精加工間保持一段較長時(shí)間的間隔，可使熱變形的影響能得到一定的改善，生產(chǎn)檢驗(yàn)說明可保證零件加工精度要求。

5 結(jié)束語

文章從箱體零件加工的實(shí)際出發(fā)，分析了影響鏜孔精度的主要因素，以及產(chǎn)生的各類加工誤差，系統(tǒng)、全面地提出了保證箱體零件鏜孔精度的工藝措施，對于優(yōu)化箱體類零件加工工藝方案的設(shè)計(jì)，分析、解決箱體類零件工藝實(shí)施過程中的質(zhì)量問題，具有普遍的參考借鑒作用。

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