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產(chǎn)生刃磨精度的誤差及其根源

作者:天乙數(shù)控機床時間:2021-08-271286次瀏覽

信息摘要:

在研究鉆尖數(shù)控刃磨理論,設(shè)計鉆尖數(shù)控刃磨機床時,除考慮從運動關(guān)系上能夠磨出正確形態(tài)的鉆尖外,還應(yīng)重視各種誤差因素對鉆尖刃磨結(jié)果的影響。刃磨質(zhì)量低的刃磨設(shè)備不僅磨出

在研究鉆尖數(shù)控刃磨理論,設(shè)計鉆尖數(shù)控刃磨機床時,除考慮從運動關(guān)系上能夠磨出正確形態(tài)的鉆尖外,還應(yīng)重視各種誤差因素對鉆尖刃磨結(jié)果的影響。刃磨質(zhì)量低的刃磨設(shè)備不僅磨出的鉆頭達不到要求,而且浪費人力、財力和原材料。但是無針對性地提高刃磨設(shè)備的精度,既不合理,又不現(xiàn)實。鉆尖數(shù)控刃磨工藝系統(tǒng)中,每個環(huán)節(jié)的誤差對*終刃磨質(zhì)量的影響程度是不同的。本文分析系統(tǒng)中影響刃磨精度的各種誤差因素,特別是確定主要影響因素,為合理提高鉆尖的刃磨精度提供參考。
 
  1影響刃磨精度的因素分析鉆尖數(shù)控刃磨的機械加工工藝系統(tǒng),由硬件和軟件組成。硬件包括控制驅(qū)動部分和機械部分:控制驅(qū)動部分是指微機及控制接口電路、步進電動機及位置檢測元件等;機械部分則包括機床、砂輪、夾頭和鉆頭等。軟件包括工藝方案、計算程序和控制程序等。在工藝系統(tǒng)中可能影響刃磨精度的誤差及其來源。
 
  機床運動的控制脈沖信號來自微機及控制接口電路,只要接口電路設(shè)計合理,產(chǎn)生脈沖信號誤差的可能性比較小。一旦出現(xiàn),則是故障,且具有破壞性,它影響加工的穩(wěn)定性,不屬于刃磨精度問題。
 
  步進電動機是機床運動的動力源,它的步距精度和運行中的失步,直接影響各數(shù)控軸的運動精度和定位精度,必須加以控制??梢酝ㄟ^選擇高精度大功率步進電動機或細分步距的辦法,也可以選用閉環(huán)和半閉環(huán)控制。
 
  位置檢測元件在刃磨中主要用于初始零點定位,它的檢測誤差會直接影響坐標軸的零點定位精度。機床作為刃磨的主體,是加工誤差的主要來源。各坐標軸的零點定位誤差、定位誤差和運動累積誤差,機床制造時的形位誤差,機床加工中的熱變形及剛性都會影響刃磨精度。因為砂輪直接與鉆尖接觸,所以砂輪的磨損以1∶1的比例影響磨削精度。
 
  夾頭是工件的重要定位元件,它對刃磨精度的影響主要為:夾頭本身制造誤差,工件在夾頭的定位誤差,夾頭在工件頭架上的定位誤差等。夾頭本身的制造誤差可通過其加工精度來減小;關(guān)鍵是定位誤差,數(shù)控系列刃磨機采用的是彈性自動定心夾頭,工件在夾頭上的定位誤差是一個常規(guī)問題,本文不作分析。
 
  夾頭在工件頭架上的定位形式如所示,配合間隙,會引起鉆尖位置徑向偏差,即= 2 1+ l s l t(1)式中l(wèi) s??鉆頭伸出長度l t??頭架導(dǎo)向長度磨后鉆尖型面產(chǎn)生幾何偏心。這種鉆頭在使用中會產(chǎn)生徑向振擺而加大孔徑,所以應(yīng)適當(dāng)減小間隙和鉆頭伸出長度l s,加大導(dǎo)向長度l t。
 
  鉆頭本身的原始誤差和剛性也會影響刃磨精度。如已經(jīng)彎曲的鉆頭,刃磨后的對稱度偏差就很大,因此刃磨前需對鉆頭進行篩選,剔除不合格鉆頭。在裝夾鉆頭時,應(yīng)盡可能減小鉆頭伸出長度,以保證刃磨時鉆頭有足夠剛性。
 
  鉆尖數(shù)控刃磨屬一次安裝,工藝方案主要體現(xiàn)在軟件控制程序中。計算過程產(chǎn)生的計算誤差和控制中插補誤差對刃磨精度有影響,因此必須減少近似性計算,選擇合適的插補方法,以減少由此帶來的原理性誤差。綜上所述,在諸多的誤差因素中,尤以機床誤差對刃磨精度的影響*大。
 
  2數(shù)控軸定位誤差對刃磨精度的影響機床各數(shù)控軸的定位誤差對磨后鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)精度的影響程度,將因刃磨原理和機床結(jié)構(gòu)的不同而不同。由于存在誤差敏感方向,同一臺機床的不同坐標軸的影響程度也不同。為了能從誤差和精度的角度對數(shù)控系列刃磨機的刃磨原理和機床結(jié)構(gòu)的合理性充分認識,以及借此指導(dǎo)今后的刃磨機設(shè)計,有必要對機床定位誤差的傳遞規(guī)律進行分析研究。
 
  以六自由度(六數(shù)控軸)的鉆尖刃磨機為例。六自由度的鉆尖刃磨機有6個坐標軸(數(shù)控軸) ,在刃磨錐面鉆尖時, C1軸起調(diào)整角向位置和刃磨分度作用, C2軸用于錐面成形運動, C3軸用于調(diào)整半錐角0及錐軸傾斜角# 0,X、Y軸用于調(diào)整水平面內(nèi)鉆尖相對砂輪的位置以及完成進給運動, Z軸用于在垂直平面內(nèi)鉆尖相對于砂輪位置的調(diào)整。刃磨的過程實際為6個坐標軸的運動合成。為便于比較,選該機刃磨錐面鉆尖,且以各坐標軸定位誤差對磨后結(jié)構(gòu)參數(shù)主刃鋒角和圓周后角f c的影響為例,進行分析。
 
  2. 1錐面鉆尖刃磨參數(shù)分析如所示,建立坐標系O 1 XYZ,坐標原點O 1在鉆芯尖上;選擇矢量坐標系Oij k,坐標原點O為鉆頭軸線與錐軸在面Oik上投影的交點。兩坐標系的Z軸、k軸與鉆頭軸線重合。O 2為錐軸與j軸的交點。圓錐頂點為P.0為錐頂角的半角,決定了圓錐的大小。C X和C Y表示錐頂點P的i、j坐標值的絕對值,決定了鉆尖在錐面上的位置。0為鉆頭軸線和砂輪面在Oik面上的交角,決定了鉆頭軸線相對錐軸的位置。0、C C、C Y、0等4個刃磨參數(shù)決定了所磨鉆尖后刀面的形狀。普通麻花鉆的刃溝是一螺旋面,在鉆尖軋制或磨溝時就已成形,不受鉆尖后刀面刃磨方法的影響。
 
  但是它的一部分與后刀面相交形成主切削刃,這一部分為前刀面。如所示,選擇矢量坐標系Oij k,坐標原點選在離鉆尖p 0處, A B段即為前刀面與后刀面相交形成的主切削刃。改變p 0值時,會影響前刀面在坐標系Oij k中的初始位置,從而導(dǎo)致主切削刃位置的變化??梢?,前刀面影響主切削刃形狀。令%= B- p 0,因此確定%為另一刃磨參數(shù)。至此,得到了鉆尖的5個刃磨參數(shù),即: C X、C Y、0、0、%.2. 2C1軸的定位誤差C1 C1軸無論是起調(diào)整角向位置作用,還是分度作用,它產(chǎn)生的C1都是通過影響刃磨參數(shù)%來間接影響和f c的。C1與%的誤差%的關(guān)系為% = r 0 tanC1( 2)式中r 0??鉆芯半徑表示了定位誤差C1與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線(刃磨參數(shù)為: C X = 50,C Y = 3,0 = 14°,0 = 60°,%= 0)。
 
  從中可以看出,隨著C1的增加(從鉆尖尾部看,逆時針) ,主刃鋒角和圓周后角誤差比例向負向增大。后角誤差比主刃鋒角誤差大。它們的關(guān)系為= - 1 150C1f c = - 1 80C1(3)從式(3)中可以看出誤差傳遞系數(shù)遠小于1,因此C1軸方向?qū)τ凇 c屬于誤差非敏感方向。2. 3C2軸的定位誤差C2軸用于錐面成形運動,它所引起的誤差C2對錐面鉆尖的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不會產(chǎn)生影響。2. 4C3軸的定位誤差C3 C3軸用于調(diào)整半錐角0及錐軸傾斜角# 0。C3軸產(chǎn)生的定位誤差會對5個刃磨參數(shù)中的4個產(chǎn)生影響,即: C X、0、0和%,使它們產(chǎn)生C XC3與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線。從圖中可以看出,隨著C3的增大,誤差、f c比例增大,而且C3對后角誤差影響大,C3 = 0. 5°時,f c達2. 5°。它們的關(guān)系式為= 1. 67 C3f c = 5 C3( 5)同樣道理, C3軸用于調(diào)整錐軸傾斜角# 0時,C3與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系為= 1. 33 C3f c = 4. 5 C3( 6)它們的誤差傳遞系數(shù)都大于1,尤其對于f c來說,誤差放大倍數(shù)高達5倍。因此應(yīng)嚴格控制使C3軸產(chǎn)生誤差的因素。
 
  2. 5X軸的定位誤差X X軸產(chǎn)生的定位誤差會導(dǎo)致刃磨參數(shù)C X、%出現(xiàn)誤差C X和%,如所示。X與它們關(guān)系為C X = cos(0 - 0)sin 0 sin 0 - 1 X = X tan 0( 7)為X與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線。從圖中可以看出,隨著X的增大,誤差、f c也成比例增大,它們的關(guān)系為它們的誤差傳遞系數(shù)比C2、C3軸的小,均小于1,但比C1大得多。
 
  2. 6Y軸的定位誤差Y軸產(chǎn)生的定位誤差會導(dǎo)致刃磨參數(shù)C X、%出現(xiàn)誤差C X和%,如所示,Y與它們的關(guān)系為C X = sin(0 - 0)sin 0 sin 0Y = Y( 9)f c的誤差、f c的關(guān)系曲線,從圖中可以看出,隨著Y的增大,、f c成比例增大,但f c增大的比例小,它們的關(guān)系為= 0. 8 Yf c = 0. 25 Y( 10)與X軸的定位誤差影響相反,Y對影響大,誤差傳遞系數(shù)也大。
 
  2. 7Z軸的定位Z如所示, Z軸方向產(chǎn)生Z的偏差,引起的砂輪徑向鉆尖相對砂輪位置的變動量p r。Z與p r的關(guān)系為pr = Z sinZ R S( 11)式中R S??砂輪半徑由于砂輪半徑很大( R S = 150 mm) , sinZ R S很小,所以pr很小。因此沿軸方向產(chǎn)生的誤差對錐面鉆尖刃磨精度的影響很小。這個方向為誤差非敏感方向。
 
  3結(jié)束語從刃磨錐面鉆尖時的誤差傳遞規(guī)律來看, 6個數(shù)控軸定位誤差對刃磨精度的影響程度從大到小的排序是: C3軸、Y軸、X軸、C1軸、Z軸和C2軸。C3軸是該機床刃磨精度的*薄弱環(huán)節(jié),在機床設(shè)計時,應(yīng)盡量減小它的定位誤差傳遞系數(shù),以確保鉆尖刃磨精度。
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