夏狄鋒

【摘 要】通過分析控制超長(zhǎng)軸類工件的內(nèi)應(yīng)力、拱度、位移滯留來減小派生誤差；大多數(shù)派生誤差是可控、可調(diào)的，只要在加工過程中配合合理的工藝系統(tǒng)，充分發(fā)揮自位補(bǔ)償功能和形位補(bǔ)償功能，就可以有效的減少或消除工件在機(jī)械加工過程中的派生誤差，來達(dá)到工件加工精度的要求。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)軸；派生誤差；自位補(bǔ)償；形位補(bǔ)償

0.前言

對(duì)于超長(zhǎng)軸類工件來說，由于本身的特殊性，機(jī)械加工過程難以控制，并且伴隨著工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生派生誤差，如何解決超長(zhǎng)軸類工件的派生誤差，本文針對(duì)超長(zhǎng)軸類工件在整個(gè)加工過程中所產(chǎn)生的派生誤差進(jìn)行一些定性的分析。

1.毛坯內(nèi)應(yīng)力派生誤差檢驗(yàn)

一般對(duì)于軸類毛坯都是通過鍛造等工藝手段來實(shí)現(xiàn)，在鍛造過程中，毛坯需要經(jīng)過高溫錘擊和反復(fù)加熱，在高溫錘擊和反復(fù)加熱過程中，原有物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，物質(zhì)內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行重組，晶體與晶體之間會(huì)產(chǎn)生作用力與反作用力，在鍛造結(jié)束后，毛坯內(nèi)部產(chǎn)生了作用力內(nèi)應(yīng)力和瞬時(shí)溫度內(nèi)應(yīng)力，并且晶體之間的相互作用達(dá)到了一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，但在毛坯加工過程中，由于切削作用，破壞了原有機(jī)體，使毛坯已經(jīng)處于平衡的內(nèi)應(yīng)力遭到破壞，毛坯在內(nèi)應(yīng)力作用下發(fā)生變形，這種變形將會(huì)造成加工工件的復(fù)映誤差和定位誤差，所以消除內(nèi)應(yīng)力是解決因內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生派生誤差的最好辦法。

消除內(nèi)應(yīng)力的方法是時(shí)效分析，一般有：自然時(shí)效、人工時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效，這三者可以相互穿插進(jìn)行，即在高溫錘擊某階段結(jié)束后，利用高頻振動(dòng)或高頻低幅錘擊使毛坯物質(zhì)內(nèi)的晶格發(fā)生變化，多次重復(fù)，以消除毛坯內(nèi)應(yīng)力，再經(jīng)過回爐自然降溫和長(zhǎng)時(shí)間停放，使毛坯內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力隨著溫度的變化，通過熱脹冷縮來消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力。

毛坯進(jìn)行了內(nèi)應(yīng)力消除，大大減小了機(jī)械加工過程中毛坯的派生誤差，提高了工件的加工精度。

2.機(jī)械加工變形派生誤差檢驗(yàn)

工件的機(jī)械加工是在機(jī)床、刀具、夾具共同組成的工藝系統(tǒng)內(nèi)完成的，工件的尺寸和形狀分別是工件和刀具在機(jī)床和刀架上，通過對(duì)工件和刀具的約束，工件與刀具之間的相互作用來完成工件的機(jī)械加工。在超長(zhǎng)軸類機(jī)械加工中，工件與刀具之間的相互作用，由于刀具相對(duì)于工件剛性較好，刀具變形影響較小，而工件在刀具的作用下，越靠近中部區(qū)域，變形要向著受力較小的方向發(fā)展，出現(xiàn)如圖1所示的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械加工后會(huì)產(chǎn)生如圖2所示的梭形形狀，影響加工精度。

圖1加工時(shí)的發(fā)展趨勢(shì)圖

圖2加工后的工件圖形

1.微調(diào)絲杠 2.彈簧 3.滾軸

圖3中心架簡(jiǎn)圖

對(duì)于重型臥式車床來說，機(jī)體配備了中心架，如圖3所示，以此來限制工件在機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的拱度變形。但是在超長(zhǎng)粗大軸類毛坯制造過程中，由于采用鍛造技術(shù)，使得毛坯截面的形狀為不規(guī)則的多邊形形狀，毛坯在機(jī)床主軸的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，其截面外沿相臨兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為同心不同直徑的圓，如何使中心架與毛坯始終保證接觸，解決間隙接觸而產(chǎn)生的接觸誤差，面對(duì)這一問題，中心架采用浮動(dòng)自位功能來保證中心架與毛坯的瞬時(shí)接觸，基本原理如下，如圖3所示。

為了保證中心架與毛坯接觸時(shí)，防止中心架對(duì)毛坯產(chǎn)生劃傷而帶來加工表面誤差，中心架利用滾動(dòng)原理，如圖3所示，滾軸（件號(hào)3）采用旋轉(zhuǎn)的鉸鏈約束，在毛坯旋轉(zhuǎn)時(shí)保證與毛坯具有相同的角速度w旋轉(zhuǎn)，避免了因滾軸在毛坯上的位置滯留而帶來的表面劃傷，并且彈簧（件號(hào)2）的浮動(dòng)自位功能保證了滾軸與毛坯的瞬時(shí)接觸。但是由于彈簧同產(chǎn)品制造工藝的差異，彈簧強(qiáng)度不一，毛坯與滾軸接觸受力不均勻，而使毛坯沿某一方向產(chǎn)生偏移誤差，避免因彈簧強(qiáng)度差異而產(chǎn)生的偏移誤差，采用微調(diào)絲杠（件號(hào)1）壓縮彈簧，來調(diào)節(jié)毛坯受力較小的一側(cè)達(dá)到中心架的自位補(bǔ)償功能，來約束工件的拱度變形，提高工件的加工精度。

在細(xì)長(zhǎng)軸的機(jī)械加工過程中，軸體在切削力的作用下，塑性變形較強(qiáng)，既使存在中心架的自位補(bǔ)償功能，但是在中心架相隔之間也會(huì)產(chǎn)生塑性變形誤差，由于其變形的主要原因是切削力的存在，因此避免塑性變形誤差最有效的辦法是消除切削力的作用，存在機(jī)械加工，切削力就不可避免，切削力得不到消除，那只有采用反作用力來限制切削力的作用，從而使用跟蹤刀架來抵消切削力的作用，并且使跟蹤刀架與刀架利用絲杠進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，使二者同時(shí)進(jìn)退而達(dá)到形位補(bǔ)償，如圖4所示，以此抵消工件受切削力而產(chǎn)生的偏移誤差。

1.跟蹤刀架 2.工件 3.刀架 4.絲杠螺母 5.絲杠

圖4跟蹤刀架形位補(bǔ)償功能圖

通過中心架和跟蹤刀架的自位補(bǔ)償功能和形位補(bǔ)償功能，使工件的受力變形得到有效緩解，從而消除工件因切削變形而帶來的派生誤差。

3.系統(tǒng)派生誤差檢驗(yàn)

1.工件2.絲杠螺母3.車床絲杠4.指針5.校正尺

圖5滾珠絲杠加工過程消除誤差的基本原理圖

在工藝系統(tǒng)中由于一些誤差是機(jī)床本身所具有的，不可避免，屬于原始誤差，對(duì)于原始誤差一般采用誤差補(bǔ)償法，來抵消系統(tǒng)誤差而達(dá)到加工精度要求。例如在高精密絲杠加工中，機(jī)床傳動(dòng)鏈誤差將直接反映到工件的螺距上，使精密絲杠加工精度受到一定的影響。為了滿足精密絲杠加工要求，采用螺紋加工校正裝置以消除傳動(dòng)鏈造成的誤差，如圖5所示。在加工工件（件號(hào)1）時(shí)，刀具跟隨絲杠螺母（件號(hào)2）受車床絲杠（件號(hào)3）的作用行走，車床絲杠實(shí)際行走位移通過指針（件號(hào)4）映射到校正尺（件號(hào)5）上，可以得到刀具的理論行走位移和實(shí)際行走位移，計(jì)算兩者行走位移差。對(duì)刀具行走位移進(jìn)行補(bǔ)償，或者直接在校正尺與絲杠螺母之間設(shè)置一個(gè)校正裝置，對(duì)刀具的行走起到動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償功能。這樣就可以消除因絲杠螺母與車床絲杠之間的傳動(dòng)鏈誤差，提高工件的加工精度。

4.結(jié)語

超長(zhǎng)軸類工件在加工過程中，加工精度除了受前面陳述的毛坯自身誤差、加工介質(zhì)誤差和加工工藝誤差影響以外，受影響因素很多，如：機(jī)床磨損誤差、熱變形誤差、動(dòng)力振動(dòng)誤差等等。有些可以通過工藝拓展提高加工精度，還有些可以通過改變加工介質(zhì)提高加工精度，但對(duì)于固有的不可消除的誤差，則需要設(shè)置特定機(jī)構(gòu)來補(bǔ)償加工誤差，也就是說大多數(shù)派生誤差是可控、可調(diào)的。只要在加工過程中配合合理的工藝系統(tǒng)，充分發(fā)揮自位補(bǔ)償功能和形位補(bǔ)償功能，就可以有效的減少或消除工件在機(jī)械加工過程中的派生誤差，來達(dá)到工件加工精度的要求。

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