| 一、問題的提出
CNC車削加工的精密化和復(fù)雜化的發(fā)展趨勢，給生產(chǎn)加工中的測量帶來很多現(xiàn)實(shí)問題。如許多零件由于尺寸自身的原因，必須采用破檢測量法，一方面造成破檢零件的報(bào)廢，另一方面破檢零件的尺寸并不能代表批生產(chǎn)零件的實(shí)際尺寸，使破檢測量法在實(shí)際生產(chǎn)加工中顯得意義不大；由于零件測量面太小或是內(nèi)型尺寸等原因，造成用測量機(jī)等專用測量儀器也檢測不到；由于受到測量環(huán)境的限制或缺少專用的測量機(jī)等測量儀器，零件的尺寸無法測量；實(shí)際生產(chǎn)加工中，不可能每件零件提交測量，即不能百分之百檢查。
上述情況給實(shí)際生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響，需要針對(duì)以上情況，提出一種新的測量方法。關(guān)聯(lián)尺寸檢測法就是檢測一把刀具連續(xù)加工得到的一組尺寸其中一個(gè)或幾個(gè)尺寸，來判定其他尺寸的一種檢測方法。
二、關(guān)聯(lián)尺寸檢測原理分析
CNC車削加工中，在理想狀態(tài)(不考慮機(jī)床定位誤差、刀尖半徑R、刀具磨損、對(duì)刀誤差等外界因素)，在一切加工條件相同的情況下(切削速度、切深、進(jìn)給量等)，一把刀具連續(xù)加工所形成的關(guān)聯(lián)尺寸的誤差(與程序基本尺寸的偏差)取決于刀尖高度所引起的誤差。
CNC臥車加工的零件如圖1所示，圖2表示從刀架往工件方向看的視圖。若設(shè)定D1為對(duì)刀基準(zhǔn)圓，加工D2外圓，刀尖在(+Y)向偏離X軸d。由于有刀尖高度偏差d，加工出的外圓半徑是OB1，而不是OA+AB1；若設(shè)定D2為對(duì)刀基準(zhǔn)圓，加工D1外圓，加工出的外圓半徑是OA，而不是OBD1-ABD1。可見由于存在刀尖高度偏差d，將給零件外圓直徑造成X向偏差，稱為ω。
三、刀尖高度偏差δ
刀尖高度偏差δ是產(chǎn)生零件尺寸誤差的主要原因。但是通過調(diào)整δ的大小，可以控制尺寸誤差，并且還可以計(jì)算出尺寸誤差值。
ω=OB1-(OA+AB1) (1)
當(dāng)D2為對(duì)刀基準(zhǔn)圓時(shí)：
ω=OA-(OOB1-AB1) (2)
通過試切兩外圓尺寸可求出刀尖高度偏差δ：
d=OB1×cos {90°-arccos(AB12+OB12-OA12)/2AB1·OB1)} （3）
當(dāng)已知對(duì)刀基準(zhǔn)圓D1和刀尖高度偏差δ，求D2的ω：
當(dāng)已知對(duì)刀基準(zhǔn)圓D2和刀尖高度偏差δ，求D1的ω：
式(1)～(5)從量上反映了刀尖高度偏差d對(duì)零件尺寸誤差的影響，并可計(jì)算出當(dāng)?shù)都飧叨绕羁刂圃谑裁捶秶鷥?nèi)，其造成的尺寸誤差可以忽略不計(jì)。
四、關(guān)聯(lián)尺寸的確定
1. 關(guān)聯(lián)尺寸是指在刀具連續(xù)加工過程中產(chǎn)生的一系列尺寸，可以是型面尺寸，也可以是型面尺寸與直徑尺寸的混合尺寸。
2. 在關(guān)聯(lián)尺寸中，有一個(gè)或幾個(gè)尺寸的公差相對(duì)較嚴(yán)；測量方便的尺寸稱為基準(zhǔn)尺寸，它作為判斷其他尺寸的基準(zhǔn)。
基準(zhǔn)尺寸是測量其他尺寸的基準(zhǔn)，其選擇的原則：
1. 公差相對(duì)較嚴(yán)。因?yàn)樵趯?shí)際的加工過程中，除了可控的因素外(刀尖R、車床的定位精度、刀尖高度)，還應(yīng)為一些由意外因素造成的誤差留些余地。
2. 方便測量。
3. 盡量避免用型面尺寸作為基準(zhǔn)尺寸。
4. 基準(zhǔn)尺寸盡可能多。
五、測量的硬件環(huán)境
1 機(jī)床
首先，關(guān)聯(lián)尺寸檢測法的原理要求零件的加工要在CNC環(huán)境下，并且必須在理想狀態(tài)下進(jìn)行。所以對(duì)數(shù)控車床的精度要求很高。因?yàn)镃NC環(huán)境是保證加工在一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境中(包括轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量)，且保證所有關(guān)聯(lián)尺寸是連續(xù)加工獲得的。其次，CNC是計(jì)算機(jī)程序控制，可以進(jìn)行無誤差理想狀態(tài)的模擬加工，來驗(yàn)證加工零件的理想狀態(tài)。高精度是保證尺寸誤差中最大可能減少機(jī)床原因而造成的誤差，特別是Z方向，以至于可以不考慮機(jī)床的本身誤差。所以在選擇CNC車床時(shí)應(yīng)根據(jù)零件加工精度選擇重復(fù)定位精度高，且具有位置檢測反饋裝置的CNC機(jī)床(全閉環(huán))。
2. 高質(zhì)量的可轉(zhuǎn)位刀具的選擇
1) 加工刀具在關(guān)聯(lián)尺寸檢測法中的地位也非常重要。刀具的材料、幾何尺寸、以及剛性都會(huì)對(duì)加工產(chǎn)生影響。特別是刀具的耐磨性，在先進(jìn)的加工工藝中，為了保證零件的高精度和低表面粗糙度值，通常采用較高的切削速度和較小的進(jìn)給量，而在刀具連續(xù)加工的行程中，要求刀具的磨損量要很小，達(dá)到可忽略不計(jì)的情況，這樣給刀具的耐磨性提出了較高的要求。另外，刀尖圓弧半徑R在加工中的影響也不容忽視。對(duì)于所有關(guān)聯(lián)尺寸是直徑尺寸的零件，刀尖圓角R是否標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)尺寸沒有影響。但對(duì)于有型面的尺寸，圓角R是否標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)尺寸有很大的影響(見圖R)。手工磨削的刀具，刀尖R沒有一個(gè)固定的尺寸，并且刀具磨損重修后的R和初始R很難一致；而可轉(zhuǎn)位刀片，由于是系列化生產(chǎn)，刀尖R的公差控制在很小的范圍內(nèi)，一般都只有±0.02mm，并且R尺寸作為刀片的基本參數(shù)一般都明確地表示在刀片說明書上，給加工帶來很大的方便。所以必須選用高質(zhì)量的可轉(zhuǎn)位刀片。
2) 刀具的材質(zhì)，幾何角度在關(guān)聯(lián)尺寸加工中也有很大的關(guān)系：(1)特別是針對(duì)不同的被加工材料應(yīng)根據(jù)它的可切削性，熱處理狀態(tài)，以及工藝安排來選擇加工刀片。而材料的可切削性并不是材料的一般釋義或標(biāo)準(zhǔn)性能，通常與加工條件，工序難易程度聯(lián)系在一起。比如不銹鋼在加工中隨著直徑的改變就有一些特性出現(xiàn)：斷屑困難，較高的切削力以及產(chǎn)生切屑瘤和較大的加工硬化趨向。所以對(duì)于加工固溶狀態(tài)的不銹鋼，應(yīng)選擇鋒利切屑刃，正前角槽型，開放式的斷屑槽，強(qiáng)化的切屑刃和必須具有大的、設(shè)置很好的支撐面以及具有很好穩(wěn)定性的刀片。(2)為了保證刀具在相對(duì)寬闊的區(qū)域內(nèi)加工，使切屑能輕松脫離加工區(qū)，而不對(duì)加工造成諸如：切屑堵塞，劃傷加工表面等問題，所以對(duì)刀片的斷屑槽型也要進(jìn)行精心選擇。
3 G41、G42、G96功能的應(yīng)用
關(guān)聯(lián)尺寸檢測法的原理還要求，零件的加工狀態(tài)要一致。并且還要消除刀尖半徑R對(duì)加工的影響，所以必須選用具有G41(刀具左偏半徑補(bǔ)償)，G42(刀具右偏半徑補(bǔ)償)，G96(恒定切削速度)功能的高性能CNC車床。
1) 在直線和型面尺寸構(gòu)成的關(guān)聯(lián)尺寸中，由于存在刀尖R，在加工中會(huì)出現(xiàn)由于刀尖R而造成的誤差，稱為刀尖R誤差。
由于在加工型面時(shí)，切削點(diǎn)不斷地變化，而在程序編制中是以設(shè)定的程序切削點(diǎn)來編制程序。在加工直線段時(shí)，實(shí)際切削點(diǎn)與程序設(shè)定的切削點(diǎn)重合，不會(huì)出現(xiàn)刀尖R誤差。但在加工型面時(shí)，實(shí)際切削點(diǎn)與設(shè)定切削點(diǎn)不重合，并且不斷變化，所以造成型面尺寸失真。而要消除刀尖R誤差必須經(jīng)大量的計(jì)算且連續(xù)補(bǔ)償。G41、G42的功能就是對(duì)刀尖R所造成的誤差實(shí)行計(jì)算機(jī)連續(xù)補(bǔ)償。
2) 為了保證刀具在加工中的狀態(tài)一致，要求加工參數(shù)也要一致。而切削速度就是一個(gè)很重要的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明：直徑差在20～20mm的范圍內(nèi)，在其他切削參數(shù)相同的情況下，轉(zhuǎn)數(shù)相同(切削速度不同)，偏離基本尺寸誤差可達(dá)0.01～0.02mm以上。
實(shí)行關(guān)聯(lián)尺寸檢測法的加工基礎(chǔ)是：CNC程序合格。
1. 判定程序是否合格，可以用CNC機(jī)床控制系統(tǒng)的圖形模擬功能或者專用的程序檢測軟件，如：EDSVeri cut程序檢測軟件。
2. 程序中零件基本尺寸的確定。
1) 程序中表示的零件尺寸是零件在理想狀態(tài)下的尺寸，是沒有加工誤差的。但實(shí)際加工并非如此，所以程序中零件基本尺寸的確定就很重要。如圖4用外圓刀連續(xù)加工出f20、f25的外圓，以f20為基準(zhǔn)尺寸。程序編制以f20、f25為零件基本尺寸；若不考慮刀尖高度偏差，刀具磨損，在加工參數(shù)一致的情況下，由于有對(duì)刀時(shí)的檢驗(yàn)誤差，實(shí)際加工出的尺寸不是f20，可能比f20大或小一點(diǎn)。假設(shè)基準(zhǔn)尺寸f20的實(shí)際加工尺寸為f19.95，那關(guān)聯(lián)尺寸f25應(yīng)為f24.95。這樣雖然基準(zhǔn)尺寸合格，但關(guān)聯(lián)尺寸就超差了。
2) 程序中零件基本尺寸確定原則：(1)程序中零件的基本尺寸應(yīng)是零件的中間尺寸。如：圖紙尺寸為f20-0.12，程序中零件的基本尺寸就為f19.94。(2)程序中零件的基本尺寸應(yīng)與其他的基本尺寸相協(xié)調(diào)。(3)程序中零件的基本尺寸應(yīng)根據(jù)刀尖高度偏差d和對(duì)刀基準(zhǔn)圓的大小做相應(yīng)的調(diào)整。
六、工藝安排
1. 通過試切，控制刀尖高度偏差d。
2. 選擇合理的加工參數(shù)。
3. 安排合理的加工路線。對(duì)于被加工材料屬于銅、鋁合金等有色金屬，在精加工結(jié)束后，安排一道無余量加工(空走刀)工序。對(duì)于合金鋼等普通材料精加工后，可根據(jù)具體情況來決定無余量加工工序。
4. 選擇正確的冷卻方式。冷卻必須充分，建議不采用干切加工。排屑不好，加工區(qū)域狹窄時(shí)，宜采用中心冷卻方式(程序代碼：M7)。 |
