《机制工艺学》中误差复映实验的改进设计

2022-03-02 08:16:17 | 浏览次数：

摘要：本文通过对《机制工艺学》中原始差复映实验曲线失真原因的分析，并对其影响因素逐个进行论证，装置改进后的实验曲线与理论曲线基本吻合，实验结果正确、稳定。

关键词：《机制工艺学》误差复映实验改进设计

误差复映主要由加工余量变化而引起的。在加工过程中，由于工件的余量发生变化，就会引起切削力的变化，从而引起工艺系统变形的变化，致使产生加工误差。为了能更清晰、直观地反映复映现象，我校在《机制工艺学》中增加了误差复映实验，最初几次实验曲线与理论曲线基本吻合，但复映现象不明显，而且在实验中由于切深过大，造成振动。同时，在以后的实验中所得的曲线严重失真，使实验在教学中无法开设，为了能得到明显的且与理论曲线相近的误差复映曲线，对原实验装置及实验条件进行了改进。实验的改进过程大致可分为三个阶段，改进后所得到的实验结果与理论曲线基本吻合，且较为明显稳定，满足实验要求。

1.分析误差复映曲线失真的原因。

1.1首先在原有实验装置上做3次实验，所得到的曲线波动幅度大，且正值、负值兼有，与理论曲线相比较，曲线很不规则，理论上应该在实验中出现的实验曲线的滞后现象根本不存在，同时还有负刚度现象出现。如图1所示。

从实验装置表面和整个过程来看，影响曲线失真的因素可能有以下几点：

（1）实验装置的结构不合理。具体表现为：偏心盘与芯轴之间为圆柱面配合，间隙为0.052mm；芯轴轴肩与外圆柱面轴线垂直度误差较大；芯轴采用一夹一顶装夹，而夹紧部分较长；有过定位现象；试件与芯轴用来联接的普通平键两工作面有磨损迹象。

（2）刀具结构及其几何参数不适当。实验采用焊接式硬质合金刀具，牌号为YG8的45°偏刀。其各几何角度为：后角α=10°-12°，前角γ=3°-4°，刀倾角λ=+3°，刀尖圆弧半径r=0.2mm，副后角α′=7°-8°。

（3）在切削过程中，工艺系统出现负刚度现象，从试验曲线中发现部分曲线在零线以下，很明显，是工艺系统产生负刚度引起的。

（4）测量误差与加工误差的质量对曲线失真也有一定的影响。

1.2为了弄清研究哪些是影响误差复映曲线的主要因素，我们通过实验对其作了验证。

（1）在结构上采用整体式，仍采用原来的刀具和切削条件，以避免实验装置结构对曲线的影响，但通过实验所得数据画出的曲线全部处于零线以下，整体呈现下凹的趋势，是典型的负刚度问题，说明工艺系统产生的负刚度是影响曲线失真的一个主要因素，这在本次实验中是个意外的收获，只有先消除了负刚度，才能进一步验证原装置结构对曲线的影响是否是主要因素。因此，针对这个问题，决定从改变刀具几何参数方面入手，将原来刀具的刃倾角λ从+3°改为-15°—-25°，即采用大负刃倾角，增大Fy/Fz的比值λ，提高刀尖部分的强度和刚度，使整个切削过程平稳，刀尖部分免受大的冲击。利用改进后的刀具再在整体式装置上采用原来条件下进行，得出数据全为正值，曲线基本呈上凸趋势，但复映不明显。消除负刚度后，再回头考虑装置结构对曲线的影响，将改进后的大刃倾角刀具在实验装置上进行实验，发现所得到的曲线比较光滑，且有滞后现象，但曲线呈正负大致各半的状态，与上述实验相比较，可确定产生这种状态的原因是原装置中键与键槽，以及试件与芯轴配合间隙过大造成的。

（2）同时，在上述实验中曲线有些微小波动，这是由试件测量表面质量差引起的。

1.3一系列的实验表明，影响原实验装置误差复映曲线失真的因素有下列几个。

（1）工艺系统产生负刚度。

（2）原实验装置使用时间过长，由于结构上设计不合理，造成个部件间间隙过大，造成曲线失真。

（3）试件测量表面质量差，也是影响实验的一个原因，但不是主要因素。

2.针对上述分析结果，对原实验装置提出了如下改进措施。

2.1结构上，为便于更换试件，仍采用装配式，但各零件之间需加强接触刚度，具体做法如下。

（1）试件与芯轴间采用1∶10的锥面配合，以提高其配合精度和同轴度，芯轴锥面经表面淬火处理，硬度为HRC35-45，避免芯轴在多次装拆后产生剧烈磨损，保证其接触精度。

（2）提高芯轴与偏心试件上键槽的对称度，要求小于0.015mm，并采用半圆键联接。

（3）提高芯轴夹持部分与中心孔的同轴度，并缩短芯轴夹持部分长度，采用B型中心孔，避免产生过定位。

2.2刀具方面。

（1）为能清晰地表示出误差复映现象，使曲线更加清晰明了，同时为了消除工艺系统负刚度对其影响，采用了弹性机械夹固式刀具，刀头牌号为YT15，弹性刀具在结构上采用了增大刀头回转半径，增大开缝长度等措施，使其切削力的合力方向趋向于水平。