圆球车削公差控制与刀补运用

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摘要：车削圆球时，刀具R的正确性，对刀的精确度，机床运动精度都将影响球面的几何精度。为了较好地控制球的圆度，在半精加工时，即未加工到最终尺寸时，应测量球的圆度，以便调整。这就要求加工余量均匀，刀具轨迹为同心圆，阐述了对车削圆球时公差控制、刀补应用提出几种方法。
加工图1所示零件时，由于R0.4较小，无法使用R车刀一刀车出球面，须使用左右偏刀分两刀接出球面。加工该球面用右偏刀时刀尖方位为3，用左偏刀时刀尖方位为4。加工余量可由编程留，也可由刀补X、Z方向留。刀具R的正确性，对刀的精确度，机床运动精度都将影响球面的几何精度。为了较好地控制球的圆度，在半精加工时，即未加工到最终尺寸时，应测量球的圆度，以便调整。这就要求加工余量均匀，刀具轨迹为同心圆。下面就几种放余量的方法进行讨论。

图1 零件简图
1 @/ I9 g1 W( C. w+ M! H& x1 编程放余量法
6 A+ b9 B* z% j) m/ T编程放余量能正确得到同心圆。通过测量与最终圆同心的圆，判别球的圆度，及时调整左右偏刀的相对位置。使用这种方法放余量，每个不同的同心圆就要编一个程序，对于机床操作来说，不太方便。
1 t) m' k8 u/ G+ B3 A8 J! e3 W) A2 刀补法
像铣床一样通过刀补来调整加工余量。这时要特别注意，当刀尖方位不为0及9时，改变刀补值R时，实际得到的并不是一系列同心圆，也就无法通过测量有余量的同心圆圆度。只有当刀尖方位设为0或9时，改变刀补R的大小，车刀实际的轨迹为同心圆，我们可以测量一系列的同心圆。通过调整两把刀的位置，编程轨迹来调整最终零件的尺寸及圆度。
如图2(a)，当刀尖方位为3时，假想刀尖如图，对刀时X、Z方向分别以A、B面为基准，不必考虑刀具R圆心位置。不同刀尖R1、R2时对刀几何尺寸相同。当刀补R值为R1时，实际以R1与编程轨迹相切包络。若刀补R值为R2时，实际轨迹如图形成过切，如图2(b)。

图2 加工轨迹
若刀尖方位设为0、9时，则机床将刀具视为一圆。这时的假想刀尖在圆心，对刀时应将对刀点算至刀尖圆心。如果刀具的实际圆角为R1，刀补R设为R2时，刀具轨迹为R2与编程轨迹相切包络，由于R2与R1同心，所以实际加工出的零件是由R1形成的包络线，与编程轨迹同心如图3。

图3 轨迹比较
. J% o. S5 k" ?& t# I加工图1圆球时，半精加工时，刀矢方位设为0或9，实际刀尖圆弧为R0.4mm，设定刀补R值为1mm，加工后测量圆球。测量圆度及直径，通过调整左右偏刀补X、Z值，刀补的R值，还可以调整编程程序中的R值来完成球的加工。
& H. Q! F. q  N8 G0 @如圆度X、Z方向不等，可调整其中一刀Z方向的刀补。如果在45°方向有误差，可能由机床引起，除注意机床的间隙补偿外，可改变程序来调整。如果尺寸不到，可调整刀补R值。
3 使用宏程序
要使刀具轨迹形成一组同心圆，还可用宏程序编程。将圆球R设为变量，通过给变量赋不同的值，形成一组同心圆。
. j; B9 `. J) l' p, D5 t( z0 U% Y#100———圆弧Z方向起点；
#101———圆直径；
R———球半径。
1) 残余面积的产生
在使用刀具补偿编程时，如稍有疏忽，便会产生残余面积。
1 t! S+ K! N! Q( f6 v7 G/ L/ |4 |如车削图4的工件，按下面方法编程，就会产生残余面积。

图4 有残余面积的工件
' n  u& @. D6 U) V" z4 |+ YN90 G00 G40 XP0 ZP0
% |# X& L7 Q7 {2 A2 y4 w, `- kN100 G01 G42 XP1 ZP1
N110 G01 XP2 ZP2
N120 G03 XP3 ZP3 Rr
N130 G01 XP4 ZP4
4 {) g  F+ T' V6 p  t: Y2) 残余面积的消除
5 [. V+ k- C' T$ J5 i7 M以上编程，按刀具运动轨迹，在P3点转角处产生了残余面积。如果采用下面方法编程，就可消除残余面积，如图5。

图5 无残余面积的工件
N90 G00 G40 XP0 ZP0
N100 G01 G42 XP1 ZP1
( I, b2 k) s' Y( ?9 I4 YN110 G01 XP2 ZP2
N120 G03 XP3 ZP3 Rr
% w4 O/ k5 c& T. O, C" qN130 G01 G40 XP4 ZP4
因刀具补偿G42执行至N120 P3点，接着撤消刀具补偿，P3点仍是按与刀尖,圆弧相切原则进行车削，因此不产生残余面积。N130程序按刀尖轨迹移动。
# o2 u& v3 s6 k2 K+ u+ @! g4 结语
: Y/ U* D! f! y+ T总之，在车削圆球时，应注意刀补建立与撤消，由于机床及刀具位置引起的误差，可通过在车削同心圆的过程中边测量边修正。应用宏程序编程可使操作简便灵活，但需掌握宏程序编程方法。利用刀尖方位0、9及增加刀补的方法能较简便的实现放同心圆余量。
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