单点镜面车削的特点和对刀误差分析

上的切削点相应也从#点移动到了$点 #"点和!点为工
件上的切削点! 而$点和#点为与之对应的刀具上的切
削 点 $!这 就 是 上 文 提 到 的 单 点 车 削 ! 显 然 加 工 球 面 上
每一点时此点在%轴和&轴上的补偿值是不一样的%零
件球面除中心部位外其它部位面形良好! 表明加工系
统正常工作! 零件球面中心出现误差过大的情况和此
!轴承测力环!监测主轴 为测量加工中心上的 轴向切削力!采用内置力传感器的轴承测量环!将其安 装在主轴前轴承&固定轴承$之间或后面% 轴承测力环 测量很敏感!精度较高% 用旋转式切削测力计对轴承测 力环的标定试验和部分铣削和钻削应用表明’ 轴承测 量环的测量结果与旋转式切削测力计非常一致% 图 " 和图 # 分别为铣削中心和钻削中心上用轴承测力环获 得的切削测量结果%
!" 卷 第 !#$ 期
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制造,材料
圆弧上只有一点和工件表面接触! 并随着加工过程的 进行!接触点也在刀具上不停地移动!在走刀量小于切 削点直径的条件下! 这种加工方式不仅有利于精度的 保证!也有利于延长刀具的使用寿命"
单点车削和普通数控车削在原理上没有大的区 别!都有机床和刀具零位的概念!必要时都需要进行刀 具补偿" 但加工精度要比普通数控车削高出几个数量 级! 在普通数控车削中可以忽略不计的微小误差在镜 面车削中却成为影响精度的重要误差! 特别是刀具刀 尖圆弧半径的微小误差在镜面车削中却成为影响精度 的重要误差! 特别是刀具刀尖圆弧半径的微小误差和 细微的对刀误差这样一些在普通数控车削中完全不予 考虑的误差却成为直接影响加工精度的重要因素"
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第一作者单位’瑞士奇石乐仪器公司北京代表处 第二作者单位’北京理工大学 邮政编码’北京(GMMMKB 收稿日期’KMMK 年 H 月
制造)材料
单点镜面车削的特点和对刀误差分析
! 赵 明 ! 鲍剑斌
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
摘 要! 阐述了单点镜面车削的工艺特点并分析了对刀误差对面形精度的影响!
关键词! 镜面车削 单点车削 对刀误差
中图分类号e XQJ_a
文献标识码e R
文章编号! $___dcBB#IK__Kb_Jd__HJd_K
# 单点镜面车削的特点
镜面车削的表面粗糙度"M-MG$0! 由于这种车削 的精度高达几个纳米!因而又被称为纳米车削%它在光 学仪器的加工中占有重要的地位! 主要应用于铜铝类
参考文献
! 苏大图等/光学测量与象质鉴定/北京工业学院出版社!!001
" 金观昌/计算机辅助光学测量/清华大学出版社!!002
* 王贵明/数控实用技术/机械工业出版社!"’’’
!
!编辑 禾 禾"
作者单位’华中科技大学 邮政编码’武汉,&*’’2& 收稿日期’"’’! 年 & 月
!" 卷 第 !#$ 期
参考文献
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但加工精度要比普通数控车削高出几个数量级在普通数控车削中可以忽略不计的微小误差在镜面车削中却成为影响精度的重要误差特别是刀具刀尖圆弧半径的微小误差在镜面车削中却成为影响精度的重要误差特别是刀具刀尖圆弧半径的微小误差和细微的对刀误差这样一些在普通数控车削中完全不予考虑的误差却成为直接影响加工精度的重要因素
! 对刀误差分析
图!是凸球面零件的加工示例!程序见图右"
图"# 是$%&’球 面 加 工 完 成 后 在 干 涉 仪 上 检 测 面 形
的干涉图谱!该图谱表明零件在匹茨瓦焦点处有倾斜!
参考球面和被测球面中心之间在垂直光轴方向偏离!
零件球面不标准!表现为球面中心处有拐点出现!而其
它部位面形良好! 这说明误差集中出现在零件球面中
结构上后!就可测量 !!"!# 三个方向的切削力"传感器 环被固定在轴承法兰盘和外壳结构之间! 因力传感器 在测力环架上凸起! 故作用在主轴和轴承上的力全部 通过此测力环!以这种方式安装力传感器测力很灵敏" 压电石英力传感器的高灵敏和高刚度特性使得主轴的 静态和动态特性几乎不受影响" 通过在后续仪器#电荷 放大器$上选择测量范围!用同一个传感器环可以测量 大小不同的切削力% 将测量主轴获得的铣削信号与用 台式测力计的测量结果比较!两者信号相当一致"
"图 *
!" "’’" 3
径和圆心的测量不准确! 从而使刀具零点不在真正的 零位!当启动刀具补偿功能加工球面时!球面的面形不 仅在球面中心超差!而且在球面其它区域也会超差!这 种情况下的检测干涉图谱会出现干涉条纹不规则的弯 曲!必须通过重新修磨刀尖圆弧半径来解决%还有一种 则是对刀时存在的操作误差! 刀具零点不在真正的零 位! 这种情况下会出现如图"#或图*#的检测干涉图谱% 这种情况通常发生在上刀或换刀时! 有时显得无法避 免!但可以通过以下方法进行修正%
根据干涉仪的工作原理! 通过以下等式可计算出 修正数值 "’
",&(-#-)$.&&*.+$ 式中 (* ()干涉条纹数目
#* * * 干 涉 仪 光 波 波 长 )* * * 零 件 球 面 直 径 ** * * 零 件 半 径 +* * * 干 涉 仪 透 镜 数 目 最后根据计算出的 "值来调整刀具位置!使刀具零 点和机床零点在%轴上投影重合! 从而消除对刀误差! 保证加工精度+
心!此处曲率半径有变化!球面有可能凸起或凹下!导
致零件产生面形超差! 图"(是球面面形未超差的干涉
图谱"
针对以上结果! 笔者对球面加工的各个环节进行
了分析"第一步进行的是测量刀具刀尖圆角半径!测量
结果将直接用于刀具补偿值的计算"第二步进行对刀!
使刀具零位位于主轴回转中心"第三步进行球面加工!
在此过程中!工件上的切削点从!点移动到了"点!刀具
K O P)117>>+ Q- RF’17+ Q- =:7 )/ & :71:)’ ;1*7(’&*7S 0)*)’ :C;1S>7 /)’ *))> 5)1S;*;)10)1;*)’;1( ;1 & />7T;@>7 0&56;1;1( 571*7’- ?U< V)L >>)WD;D0LAX.LYD’;56Z YD[7’>&7::;(7 2’)\7::D7@7’]&56D1( &D/ S7’ R&:;: C;7\)7>7^*’;:567’ 471:)’718 H3K3K___
处实际的补偿值与设定的补偿值不同有关! 产生这种
情况的原因是刀具零位"点和机床零位’点在%轴向上
不重合!因而出现对刀误差"刀具&轴向的补偿值本应
在") 处达到最大!而实际上在"处就达到最大!这就产
生了如图"#所示的面形超差&以上分析见图!$%
对刀误差产
生的原因有两
种! 一种是金刚
石刀具的刀尖圆
弧刃磨不规则! 导致刀尖圆弧半
首先判定对刀误差的方向! 也即判定球面加工完 成后刀具零点是未达到或已超过机床零位% 以干涉仪 检测所得的干涉条纹为依据! 当条纹弯曲方向朝向工 件圆心时 &如图"#所示$! 表明刀具零位已超过机床零 位 !这 是 因 为 工 件 面 形 &如 图"+所 示 !虚 线 代 表 标 准 球 面$在球心处存在一凸点%当条纹弯曲方向背离工件圆 心时&如图*#所示$!表明刀具零位未 超 过 机 床 零 位 !这 时 面 形 &如 图*(所 示 $在 球 面 中 心 有 一 凹 点 %以 上 是 对 凸球面零件的分析!对凹球面零件情况则正好相反%
利用这种测量主轴! 也可测量组装主轴时的轴承 预紧力% 还可识别影响主轴寿命的非正常载荷状态%
"结论
现代切削加工要求可靠的过程测量和监测% 针对
各种切削加工过程监测而设计的不同的压电监测系统 为这一领域的应用提供了有效手段% 这些技术的深入 研究和应用范围的开拓仍在进行! 将为现代制造业的 发展不断提供功能完善!性能可靠的测量手段%
$ 结束语
从以上分析可以看出镜面车削作为一种先进的制
造技术与普通的车削加工在精度控制上有着很大的不
同! 微小的对刀误差在普通的数控车削加工中是可以
忽略的!但在镜面车削加工中却对精度有很大的影响!
能使面形超差十几个甚至几十个纳米"因此!镜面车床
必须具有精确的位置测量和反馈系统! 并有一套完整
的加工体系!从而使加工精度得以保证"
金属和锗硅类半导体材料的镜面加工% 镜面车削后的表面粗糙度值极低和面型精度极
高!要求刀具材质具有高的硬度和很好的耐磨性!因而 多采用单晶金刚石刀具% 又镜面车削可用于球面类零 件的加工!所以采用单点车削方式!即车削过程中刀尖
#图 $ ‘ 点是刀具零位!9 点是机床零位
$图 K
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