数控车刀安装高度对零件精加工尺寸误差影响

鲁国清

（肇庆工商职业技术学院，广东 肇庆 526020）

0 引言

车削加工中，很多因素会影响工件的加工精度，如机床、刀具、夹具的制造误差、安装误差、使用中的磨损、切削力引起的变形等。而车刀安装高度也是影响零件精加工尺寸精度的一重要因素。本文通过分析误差产生原因，具体介绍减小加工误差的方法，以控制因刀具安装高度而造成的零件误差［1］。

1 内孔加工发生误差的原因分析

通过对数控车床的分析发现，在车床上加工内孔与在车床上加工外圆相比较，前者的影响因素比较多，例如，刚性弱、直径小、刀杆长、排屑难、冷却慢、安装高度不合理等，均有可能导致内孔加工时发生误差［2］。在进行车削时，加工人员应先在车削前将车刀的刀尖和机床的主轴轴线，安装调整相等的高度。针对平床身数控车床而言，绝大多数机床生产企业对主轴轴线和刀架的高度没有统一、严格的要求，每台机床的高度几乎都不一样，因此，在应用标准刀具之后，需要采用垫片等来对刀尖的高度进行调整，以避免在内孔加工时发生误差。而针对斜床身数控车床，机床的主轴轴线与刀架安装的高度均有十分严格的标准要求，因此，在安装时无须再对刀尖的高度进行调整，使用标准刀具即可［1］。

在实际的内孔加工过程当中，由于加工人员可应用试切端面检查来保证刀具中心的高度与主轴一致，因此在加工阶梯轴外表面时，很少会产生加工误差。但是在加工阶梯内孔的时候，常出现内孔加工误差，这是因为内孔误差产生原因在加工时很难发现，大多数人认为是由于机床精度低造成的，从而漏掉真正的误差原因。除此之外，在加工内孔时，比较难调整车刀的高度，当发现内孔直径小于标准孔径时，加工人员为防止刀杆和工件发生碰撞，多会将刀具适当调高一点。加工人员将刀具调整一定高度之后，其对刀段的加工直径是比较准确的，但是加工台阶孔，可能发生内孔孔径超差的现象。

通过对内孔误差原因的详细分析可知，其产生误差的原因多是发生在对刀的过程当中，由于外圆加工对刀时，可通过试切来检查端面，十分有利于对刀尖偏差的测量，这也降低了外圆加工误差。但是在加工内孔时对刀，不能通过试切端面来检查刀具，大多是直接对内孔直径进行测量，从而使得对刀段直径准确，但由于刀具中心高度无法准确测量，容易产生内孔加工误差。

2 内孔加工误差的计算方法分析

对内孔加工误差和刀尖安装高度之间的关系分析如下：

假设实际加工外圆的直径小于试切外圆的直径，实际加工内孔直径小于试切内孔直径，而加工外圆与内孔的刀尖安装高度，对加工误差所造成的影响相同。图1 所示为车刀安装误差和加工误差之间的关系图。

假设试切外圆直径大于实际加工外圆直径，试切内孔直径大于实际加工内孔直径。加工外圆和加工内孔刀尖安装高度对加工误差的影响是一样的，为了描述更为清晰，以图1 所示的外圆加工为例，分析车刀安装误差与加工误差关系。

假设刀具安装高度与主轴轴线高度差为AC，即为Δh。对刀时试切外圆直径为2R1。假设刀具实际车削时沿X 方向进刀距离为ΔX，即加工后的编程直径值为2R3，零件的编程半径值为OB。由于刀尖比机床主轴轴线高Δh的距离，刀具车削后的零件实际直径值为2R2，刀尖在C点位置，加工后的零件半径值是OC。很明显，在图1 中R2＞R3。这就是刀尖与机床主轴不等高时加工直径与编程数值不一致的原因。

由于OA 是与拖板导轨面和X 向丝杆轴线平行，所以当刀尖与工件轴线等高时，拖板的移动量与加工直径的变动量是一致的。如果刀尖安装高于轴线OA，高出Δh的距离，则拖板的移动量与加工直径的变动量不一致，加工直径误差K=2×（R2-R3）。

根据对图1 的分析，可以得知由于数控车刀安装高度误差，所造成的加工误差为

图1 车刀安装误差与加工误差关系

根据式（1），将图1 中的各种变量分别代入，便可得到：

将公式进行分析可以得知，当车刀刀尖和工件轴线之间高度不一样时，所发生的零件精加工误差则与刀尖高出工件轴线高度Δh、工件试切半径R1、进给深度ΔX等有着明显的关系。通过将式（1）的分析与换算，可以得出：

在实际的加工当中，若是对刀尖的中心高误差难以测定时，可利用式（5）来计算刀尖应该降低的高度。也可通过式（5）来计算在数控车刀安装时，刀尖低于机床主轴轴线时应该提高的刀尖高度。

3 内孔加工误差的判断方法分析

当内孔加工出现误差时，可通过以下3 点来进行判断：1）进行多件零件加工时，各个相同尺寸台阶的直径误差基本是稳定的；2）在加工时，总有一个台阶直径尺寸是精确的，但是这一台阶一定属于对刀段，因此其也会存在误差；3）除了对刀段加工直径尺寸和编程尺寸相同之外，其余台阶的尺寸一般都会比编程尺寸大一些［2］。

4 结语

通过以上论述，对数控车刀安装高度作了探讨，但在实际的加工当中，不同的零件加工有不同的要求。因此，在实际的操作当中，加工人员应该严格根据数控机床、车刀、所加工零件的特点进行详细分析，并合理调整车刀安装高度，才能尽量避免零件精加工尺寸误差的产生。

［1］张谦.数控车刀安装高度对外圆加工精度影响［J］.煤矿机械，2010，8（8）：147-148.

［2］程仲文，等.数控车刀安装高度对零件精加工尺寸误差的影响［J］.兰州工业高等专科学校学报，2011，3（3）：112-113.