浅析数控加工对刀误差对加工精度的影响
浅析数控加工对刀误差对加工精度的影响
江苏省高淳中等专业学校 张志敏
摘要：数控对刀是在，使用刀具的刀尖在整个工件的坐标系中位于起刀点上，就是对刀的位置。在数控程序的严格控制下，通过刀具对加工表面进行切削，使其在相对与定位的基准上，形成争取的尺寸关系，从而保证了零件对加工精准度的要求。文中简要分析了整体叶轮叶片型面在数控加工方法的运用下出现的对刀误差现象，结合在对刀误差作用下产生的型面加工误差的相关公式，进行对比计算，从而得出整体操作中加工度在对刀误差影响下的具体表现。
关键词：整体叶轮；对刀误差；电解加工；精确度，阴极
近几年随着科技的进步，一项新的加工技术逐渐成熟，这就是数控加工。它利用形状简单的工具为阴极，通过计算机的指令，将其排列出不同情况下的展成运动，从而加工出其他更为复杂的型面，具有数控和电解加工共同的特点。运用这项技术对整体的叶轮叶面进行加工时，要找到与正阴极相对工件的对刀，对数控工作者来说是十分费时费力的。因此，在对刀的过程中要对加工精度进行调整，使对刀的误差降到最低。相反，对加工精度影响不大的对刀项目来说，可以根据具体情况放宽对刀的误差，从而提高对刀的使用效率。综上所述，对刀误差对加工精确度地影响是非常大的。
对刀过程及对刀误差
什么是对刀误差？这是指在对刀过程中所产生的误差。一般我们用三个平动误差和三个转动误差进行专业描述。下面，笔者将简单的讲述一下对刀的过程，具体如图1所示。
首先我们要将阴极安装到机床的摆动轴上，沿着底部沿底面ab和ad方向找到平阴极底面,并对阴极地板定义为ΔθT。由于ab方向上的阴极底板与工作台不平行，因而引起了对刀误差。第二步，我们要讲对刀的样板放到回转工作台上，同时，调整好阴极的位置，使阴级左半边的刀刃和样板AB面之间的间隙打法哦SL，除此之外，还要求阴极顶刃和样板BC面之间的空隙为ST。我们在阴极B点出测量了ST和SL的对刀误差值，对他们分别定义为ΔT和ΔL，同时将阴极左半边的刀刃与样板AB面不平行造成的对刀误差定义为ΔθZ。最后一步，去掉对刀样板，装上叶轮坯件。调整好阴极的高度，从而使阴极的地板到工件最上面的间隙达到我们的要求，即SZ值,这样我们就完成了一次对刀。
图1 阴极结构示意图
对刀误差对加工精度的影响
我们通常以列表的曲线面表示整体叶轮叶面型面，这就是说，我们需要有在Y=Yi(i=1～n)截面内进行的叶盆和叶背面上的数据，又因为我们通常按照叶片型面来给这些固定的型值点的加工误差做以评定，所以我们可以将型值点的误差计为Y=Yi平面和Z=Zj平面。
经过加工后的叶盆表面与理论的值点是有所误差的，误差值我们计为ΔP(ΔXi,j,ΔYi,ΔZj)。通过定义，我们得知ΔYi=ΔZj=0,固此时的型值点误差为ΔXi,j。设ΔL、ΔT、ΔZ、ΔθL、ΔθT、ΔθZ各单项对刀误差所引起的ΔXi,j分别为ΔXi,j(ΔL)、ΔXi,j(ΔT)、ΔXi,j(ΔZ)、ΔXi,j(ΔθL)、ΔXi,j(ΔθT)和ΔXi,j(ΔθZ),ΔXi,而j(ΔL)的含义为当ΔT=ΔZ=ΔθL=ΔθT=ΔθZ=0成立时,ΔL所引起ΔXi,j,其余各项含义类同。
1、ΔL、ΔT和ΔθZ对ΔXi,j的影响
当我们不再考虑ΔθL、ΔθT和ΔZ这三者的影响时,令ΔθL=ΔθT=ΔZ=0,则表示阴极底面平行于叶轮端面,所以我们只需在Z截面内分析两者之间的相互关系即可，具体的情况如图2所示。极左的刃边位于A′jB′j,该界面的理论型线在叶盆面上，即AjBj。而加工后的实际型线则为A″jB″j。
根据图中的几何关系，我们可以推导出以下三个的式子。
ΔXi,j(ΔL)=ΔL÷cosθj (1)
ΔXi,j(ΔT)=0 (2)
ΔXi,j(ΔθZ)=[Yi-YBj-SLsinα÷cos(α+θj)]×[tg(θj+ΔθZ)-tgθj]+（SL÷cosθj）-（SL÷cos(θj+ΔθZ)） （3）
图2 ΔL、ΔT和ΔθZ对ΔXi,j的关系
2、ΔZ和ΔθT对ΔXi,j的影响
由于ΔZ和ΔθT的存在,阴极左边刀刃上的E′j点会将按照我们以前设定好的的轨迹2做展成运动，轨迹1的设定在这里是不成功的结果，因而无法做展成运动。正是由于这样的结构产生，加工后的型线和我们预计的理论型线出现了一定的偏差。具体的运动轨迹如图3所示，我们可以看到EjDj与DjFj之间的夹角为γi,j。
图3 ΔZ和ΔθT对ΔXi,j的关系
三、数控加工对刀误差对加工精度的影响
通过上述我们对ΔL、ΔT和ΔθZ对ΔXi,j和ΔZ和ΔθT对ΔXi,j这两组数据多方面的分析，在结合计算的基础上，我们得出一些可靠的结论。即在进行数控加工的时候，我们可以采用直线刀刃的工具进行。同时，我们知道ΔL、ΔT、ΔZ、ΔθL、ΔθT和ΔθZ这六项数值对刀误差对加工精度的影响是有所差异的。
具体来讲，其中ΔL对ΔXi,j的影响维持在1:1的水平。在随后的对比过程中，我们也不难发现，ΔθZ对ΔL的影响比ΔXi,j的影响略大,但总体来说，影响因子也是接近于1的。除此之外，我们还发现，这两项的变动是因为有θj的存在，也是因为θj的增加而有所增加。因此，我们在完成对刀这项任务的时候要进行仔细的调整和检查。
最后，通过对比我们也发现ΔZ和ΔθT对ΔXi,j的影响与γi,j角关系较大。当γi,j角较大时,我们认为ΔZ和ΔθT对ΔXi,j的影响较小。反之，当γi,j角较小时,我们认为ΔZ和ΔθT对ΔXi,j的影响则较大。因而，我们得出最后的一个结论是：当γi,j角较小时,我们要尽可能的减少这两者对刀的误差。反之，由于ΔT和ΔθL对型面加工精度的影响几乎可以忽略不计，所以在对刀的过程中，不需要进行过于细致的调整。
结束语：
本文是以对刀误差模型为基础进行研究的，进一步的分析让我们认识到对刀误差对加工精度的影响，探讨了由于零件形状的不同，对刀误差也有不同的结果。同时，对刀的高度不同，也会影响零件加工上出现失误。加工失误的误差也会随着对刀高度误差的增加而出现向上浮动的结果。面对对刀误差对加工精度的影响这一问题，我们应该采用科学的态度去面对，遇到现实问题时应该具体问题，具体分析，从而选择最合适的解决方案。
参考文献
[1]康敏，朱永伟．数控展成电解加工对刀误差对加工精度的影响[J]．制造技术与机床，2011（11）
[2]周旭光．数控车削对刀高度误差对加工精度的影响[DB]．http://www.zytxs.com
[3]陈斌．数控机床常用对刀方法及误差分析[J]．电子世界，2012（3）期刊
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