车削中心圆周均布孔加工角度偏差问题的分析与解决.docx

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1、在808DT车削中心上进行某工件上圆周均布的钻孔加工，加工后检测孔间壁厚不均,即孔分布存在角度偏差。针对此问题，分析和判断产生偏差的原因，并进行量化推导，提出壁厚偏差同偏心距之间的数学关系式，并进行有效简化，以方便生产一线的快速判断。1序言工件加工后出现精度超差，原因可能有多种，如机床装配、定位误差、传动磨损、系统参数、热变形、间隙及工艺等g）。如果逐项排查和验证，势必会带来巨大的工作量，降低工作效率。本文以808DT型车削中心（见图1）偏心钻孔为例，先进行一些简捷的因素排查，然后根据分析精度误差的特点，重点判断定位某些可能偏差因素，并进行量化分析该因素与其所致加工偏差的具体函数关系，再去检测

2、该项因素偏差的具体数值，并与工件精度检测结果对比，帮助排查和判断加工偏差是否由该项因素所致。该方法有助于快速分析、精确定位导致加工偏差产生的因素。图1808DT型车削中心2原因分析如图2所示，808DT车削中心钻削加工圆周均布的5个孔。工件装夹于机床主轴的偏心卡盘上，装夹定位后，即可使主轴中心与工件上某一孔中心重合，钻头装夹于机床刀塔上，然后主轴旋转进行钻孔加工。每加工完一个孔后，由系统控制刀塔动力头上的卡爪，实现工件上各个孔的加工定位切换，即将相邻的下个孔中心旋转定位于与主轴偏心卡盘中心重合，钻第2个孔，依次加工直至完成第5个孔。加工完成后经检测，孔间距壁厚不一致：按孔的加工顺序，孔1和孔2

3、、孔2和孔3、孔3和孔4、孔4和孔5之间的这4个壁厚是一致的，但是孔5和孔1之间的壁厚尺寸要小0.2mm（见图2）。这说明孔的加工存在位置度偏差一一圆周分布角度偏差。图2加工工件孔间壁厚存在偏差加工问题原因分析和排置如下。1）系统和驱动可能性的排除。检杳系统参数无误，采样动力头分度时的指令脉冲与实际脉冲是一致的。2）电动机和机械传动可能性的排除。更换新的电动机，将电动机侧同步轮重新校正安装，试加工，孔分布角度偏差仍然存在。3）主轴偏心卡盘中心（即工件中心）与动力头中心不重合。为了精确定位问题的原因，且避免此处较为繁琐的机械拆卸调整验证，现对两中心（主轴偏心卡盘中心和动力头中心）不重合与孔分布角

4、度偏差、孔间壁厚偏差之间进行定性和量化分析，建立两中心偏心距和壁厚偏差之间的数学关系式。同时，检测实际的两中心偏心距大小和壁厚偏差大小。两者相互验证。3中心不就合对孔分布角度偏差影响的化分析3.1 分析与计算两中心不重合与加工后孔分布角度偏差之间的几何关系及简化示意如图3、图4所Zjo动力头卡爪转动N,工件中心的运动统逢国动力去卡跟上各加1：礼的分布明冏主”工件上存一 加工孔的分布野周一动力头R爪转动I次a*与E*交接IW的实际加匚孔的位置当前几的加工位置动力头PR转动I次后理想加I：几的Gt置一动力去卡爪转动I次最终实际r化的位置图3两中心不重合与加工后孔分布角度偏差之间的几何关系y轴X轴当

5、前孔的加工位置动力头转动一次后 理想加I：孔的位置动力头转动一次后 实际加匚孔的位置图4两中心不重合与加工后孔分布角度偏差之间的几何关系简化示意推导计算过程如下。1）设已知量。y向偏差距离为（此处设为卡爪在y正向偏心，负向偏心计算原理和过程同此）；工件中心到加工孔的中心设计距离为R.2）设未知量。实际加工相邻两孔间距夹角为加工（即工件中心到相邻两孔中心连线的夹角）；动力头卡爪中心到加工孔中心的距离为灯K爪。3）公式推导所用其他变量的几何含义，可参看图3和图4中所示。计算过程如下。由图3、图4可知，8卡爪=(注+dy2)1/2,=arctan(Rdy),2=-72o,d=RSina2,3=arc

6、sin(dlR),可计算得a-.11=90o3=arccos(dR)=arccos(*+dy2)12sin18arctanQdyIR)R(1)进一步得孔间壁厚偏差S的计算公式s=Iarccos(R2+)12sin18-arctg(.dyR)R72Ik180(2)因为dy(V向偏差)和H(理论孔加工均布圆周半径)为已知量，则由式(1)可计算得实际加工的相邻两孔的夹角值山由式(2)可计算得壁厚偏差(说明：动力头卡爪和主轴卡盘交接时，在两爪交接而都未放松的过程中，会存在因非同心而导致的较小扭矩，上述算式的推导过程，将此忽略或理想化)。3.2 进一步简化计算式(1)、式(2)较为复杂，不便于直观计算和

7、实际应用，因此利用麦克劳林公式对式(1)进行近似简化。利用matlab软件，直接取函数小工(4)的麦克劳林级数，取至其1阶导数，即.,(dy)=a(0)+a,l,(0)dy=25+dyff+(dy)dy22!(OVez向偏差4在20.2mm以内)e(=/(夕)422!VI/(-0.2)/2!I0.22=9.672410-6(mm)(5)由于各孔间壁厚更便于观查和检测，因此进一步推导y向偏差(动力头中心高偏差)M与工件相邻加工孔壁厚之间的计算式进行简化。壁厚偏差介(化人一72180)R,将式（4）带入可得U4（6）此时的壁厚偏差近似简化式的计算精度的最大误差为（此处取用=26.5mm,z向偏差4

8、在0.2mm以内）4=R（7）将式（5）代入式（7）,可得Cs=2.5632104mm由式（6）可知：因为壁厚偏差S近似等于P向偏差值”,所以当P向偏差,值为0.2mm以内时，简化后的S值的近似误差es02561m0当H值在0.4mm以内时，应用式（6）进行壁厚S值近似计算的误差4在Um以内。综上，使用广计算孔壁厚偏差，能满足调试需求。通过以上分析和计算总结如下。1）加工后的5个孔在圆周分布上存在角度偏差，且在动力头卡爪相对于主轴中心Y正向偏置的情况下，加工孔的间距角度偏大；P负向偏置的情况下，加工孔的间距角度偏小。偏差量可由式（1）或简化式（4）计算。2）不会引起加工孔的均布圆周的径向偏差。

9、3）除了第一个和最后一个孔之间的间距外，其余孔间距均匀，即分工恒定。4）对于通用计算公式（1）,不同的y向偏差、不同的孔均布圆周半径及不同的加工孔数（将式中的72变为360M）均适用。使用上述精确算式（2）和简化式（6）计算壁厚偏差的结果对比见表1。表1孔加工分布角度偏差、壁厚偏差的计算结果两中心偏心距Wmm加工5个孔的Ia周分布角度偏差（%工一72。）/（）按式（2）精确计算所得壁厚偏差dmm按式（6）简化计算所得壁厚偏差s/mm-0.2-0.433-0.225-0.2-0.1-0.216-0.10006-0.1-0.05-0.108-0.052-0.0500000.050.1080.049

10、980.050.10.2160.099940.10.20.4320.199760.2注：取5个孔的设计均布圆周半径为26.5mm。3.3检查主轴偏心卡盘与动力头卡爪中心同轴度的方法在主轴卡盘上夹紧夹正一个检查棒（工件外圆径向圆跳动精度高，也可以用工件代替），将百分表（或千分表）表座吸附在动力头上，检测棒不动，旋转动力头，检测主轴卡盘检测棒外圆径向圆跳动值，如图5所示。经实际检测，两中心的偏心距M值为-0.21mm,其产生的壁厚偏差的理论推算值一0.2Imm与实际检测值一0.2mm吻合。件代替）图5动力头与主轴卡盘同轴度检测方法示意4解决措施动力头卡盘与主轴偏心卡盘同心的处理方法：在动力头装夹镶刀，动力头旋转，主轴卡盘不动，镶主轴偏心卡盘（一般需要主轴卡盘和动力头卡盘互相镶），机床卡盘自镇后，保证了主轴偏心卡盘与动力头卡盘同心。采取重新自镇调整后，再次加工，孔间壁厚均匀一致，即各孔圆周分布均匀一致，问题得到解决。同时也验证了上述对问题的定位判断和分析计算。5结束语对于工件加工出现的精度超差现象，可以先进行一些简便易行的排除和验证，同时分析机床结构与工件加工误差的几何关系，并进一步进行量化分析，有助于精确判断定位加工精度超差的原因，避免盲目排查、反复拆装验证，可提高效率。