在研究鉆尖數(shù)控刃磨理論，設(shè)計(jì)鉆尖數(shù)控刃磨機(jī)床時(shí)，除考慮從運(yùn)動(dòng)關(guān)系上能夠磨出正確形態(tài)的鉆尖外，還應(yīng)重視各種誤差因素對(duì)鉆尖刃磨結(jié)果的影響。刃磨質(zhì)量低的刃磨設(shè)備不僅磨出的鉆頭達(dá)不到要求，而且浪費(fèi)人力、財(cái)力和原材料。但是無(wú)針對(duì)性地提高刃磨設(shè)備的精度，既不合理，又不現(xiàn)實(shí)。鉆尖數(shù)控刃磨工藝系統(tǒng)中，每個(gè)環(huán)節(jié)的誤差對(duì)*終刃磨質(zhì)量的影響程度是不同的。本文分析系統(tǒng)中影響刃磨精度的各種誤差因素，特別是確定主要影響因素，為合理提高鉆尖的刃磨精度提供參考。

 

　　1影響刃磨精度的因素分析鉆尖數(shù)控刃磨的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)，由硬件和軟件組成。硬件包括控制驅(qū)動(dòng)部分和機(jī)械部分：控制驅(qū)動(dòng)部分是指微機(jī)及控制接口電路、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及位置檢測(cè)元件等；機(jī)械部分則包括機(jī)床、砂輪、夾頭和鉆頭等。軟件包括工藝方案、計(jì)算程序和控制程序等。在工藝系統(tǒng)中可能影響刃磨精度的誤差及其來(lái)源。

 

　　機(jī)床運(yùn)動(dòng)的控制脈沖信號(hào)來(lái)自微機(jī)及控制接口電路，只要接口電路設(shè)計(jì)合理，產(chǎn)生脈沖信號(hào)誤差的可能性比較小。一旦出現(xiàn)，則是故障，且具有破壞性，它影響加工的穩(wěn)定性，不屬于刃磨精度問(wèn)題。

 

　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，它的步距精度和運(yùn)行中的失步，直接影響各數(shù)控軸的運(yùn)動(dòng)精度和定位精度，必須加以控制?？梢酝ㄟ^(guò)選擇高精度大功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或細(xì)分步距的辦法，也可以選用閉環(huán)和半閉環(huán)控制。

 

　　位置檢測(cè)元件在刃磨中主要用于初始零點(diǎn)定位，它的檢測(cè)誤差會(huì)直接影響坐標(biāo)軸的零點(diǎn)定位精度。機(jī)床作為刃磨的主體，是加工誤差的主要來(lái)源。各坐標(biāo)軸的零點(diǎn)定位誤差、定位誤差和運(yùn)動(dòng)累積誤差，機(jī)床制造時(shí)的形位誤差，機(jī)床加工中的熱變形及剛性都會(huì)影響刃磨精度。因?yàn)樯拜喼苯优c鉆尖接觸，所以砂輪的磨損以1∶1的比例影響磨削精度。

 

　　夾頭是工件的重要定位元件，它對(duì)刃磨精度的影響主要為：夾頭本身制造誤差，工件在夾頭的定位誤差，夾頭在工件頭架上的定位誤差等。夾頭本身的制造誤差可通過(guò)其加工精度來(lái)減??；關(guān)鍵是定位誤差，數(shù)控系列刃磨機(jī)采用的是彈性自動(dòng)定心夾頭，工件在夾頭上的定位誤差是一個(gè)常規(guī)問(wèn)題，本文不作分析。

 

　　夾頭在工件頭架上的定位形式如所示，配合間隙，會(huì)引起鉆尖位置徑向偏差，即= 2 1+ l s l t（1）式中l(wèi) s??鉆頭伸出長(zhǎng)度l t??頭架導(dǎo)向長(zhǎng)度磨后鉆尖型面產(chǎn)生幾何偏心。這種鉆頭在使用中會(huì)產(chǎn)生徑向振擺而加大孔徑，所以應(yīng)適當(dāng)減小間隙和鉆頭伸出長(zhǎng)度l s，加大導(dǎo)向長(zhǎng)度l t。

 

　　鉆頭本身的原始誤差和剛性也會(huì)影響刃磨精度。如已經(jīng)彎曲的鉆頭，刃磨后的對(duì)稱度偏差就很大，因此刃磨前需對(duì)鉆頭進(jìn)行篩選，剔除不合格鉆頭。在裝夾鉆頭時(shí)，應(yīng)盡可能減小鉆頭伸出長(zhǎng)度，以保證刃磨時(shí)鉆頭有足夠剛性。

 

　　鉆尖數(shù)控刃磨屬一次安裝，工藝方案主要體現(xiàn)在軟件控制程序中。計(jì)算過(guò)程產(chǎn)生的計(jì)算誤差和控制中插補(bǔ)誤差對(duì)刃磨精度有影響，因此必須減少近似性計(jì)算，選擇合適的插補(bǔ)方法，以減少由此帶來(lái)的原理性誤差。綜上所述，在諸多的誤差因素中，尤以機(jī)床誤差對(duì)刃磨精度的影響*大。

 

　　2數(shù)控軸定位誤差對(duì)刃磨精度的影響機(jī)床各數(shù)控軸的定位誤差對(duì)磨后鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)精度的影響程度，將因刃磨原理和機(jī)床結(jié)構(gòu)的不同而不同。由于存在誤差敏感方向，同一臺(tái)機(jī)床的不同坐標(biāo)軸的影響程度也不同。為了能從誤差和精度的角度對(duì)數(shù)控系列刃磨機(jī)的刃磨原理和機(jī)床結(jié)構(gòu)的合理性充分認(rèn)識(shí)，以及借此指導(dǎo)今后的刃磨機(jī)設(shè)計(jì)，有必要對(duì)機(jī)床定位誤差的傳遞規(guī)律進(jìn)行分析研究。

 

　　以六自由度（六數(shù)控軸）的鉆尖刃磨機(jī)為例。六自由度的鉆尖刃磨機(jī)有6個(gè)坐標(biāo)軸（數(shù)控軸） ，在刃磨錐面鉆尖時(shí)， C1軸起調(diào)整角向位置和刃磨分度作用， C2軸用于錐面成形運(yùn)動(dòng)， C3軸用于調(diào)整半錐角0及錐軸傾斜角# 0，X、Y軸用于調(diào)整水平面內(nèi)鉆尖相對(duì)砂輪的位置以及完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， Z軸用于在垂直平面內(nèi)鉆尖相對(duì)于砂輪位置的調(diào)整。刃磨的過(guò)程實(shí)際為6個(gè)坐標(biāo)軸的運(yùn)動(dòng)合成。為便于比較，選該機(jī)刃磨錐面鉆尖，且以各坐標(biāo)軸定位誤差對(duì)磨后結(jié)構(gòu)參數(shù)主刃鋒角和圓周后角f c的影響為例，進(jìn)行分析。

 

　　2. 1錐面鉆尖刃磨參數(shù)分析如所示，建立坐標(biāo)系O 1 XYZ，坐標(biāo)原點(diǎn)O 1在鉆芯尖上；選擇矢量坐標(biāo)系Oij k，坐標(biāo)原點(diǎn)O為鉆頭軸線與錐軸在面Oik上投影的交點(diǎn)。兩坐標(biāo)系的Z軸、k軸與鉆頭軸線重合。O 2為錐軸與j軸的交點(diǎn)。圓錐頂點(diǎn)為P.0為錐頂角的半角，決定了圓錐的大小。C X和C Y表示錐頂點(diǎn)P的i、j坐標(biāo)值的絕對(duì)值，決定了鉆尖在錐面上的位置。0為鉆頭軸線和砂輪面在Oik面上的交角，決定了鉆頭軸線相對(duì)錐軸的位置。0、C C、C Y、0等4個(gè)刃磨參數(shù)決定了所磨鉆尖后刀面的形狀。普通麻花鉆的刃溝是一螺旋面，在鉆尖軋制或磨溝時(shí)就已成形，不受鉆尖后刀面刃磨方法的影響。

 

　　但是它的一部分與后刀面相交形成主切削刃，這一部分為前刀面。如所示，選擇矢量坐標(biāo)系Oij k，坐標(biāo)原點(diǎn)選在離鉆尖p 0處， A B段即為前刀面與后刀面相交形成的主切削刃。改變p 0值時(shí)，會(huì)影響前刀面在坐標(biāo)系Oij k中的初始位置，從而導(dǎo)致主切削刃位置的變化?？梢?jiàn)，前刀面影響主切削刃形狀。令%= B- p 0，因此確定%為另一刃磨參數(shù)。至此，得到了鉆尖的5個(gè)刃磨參數(shù)，即： C X、C Y、0、0、%.2. 2C1軸的定位誤差C1 C1軸無(wú)論是起調(diào)整角向位置作用，還是分度作用，它產(chǎn)生的C1都是通過(guò)影響刃磨參數(shù)%來(lái)間接影響和f c的。C1與%的誤差%的關(guān)系為% = r 0 tanC1（ 2）式中r 0??鉆芯半徑表示了定位誤差C1與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線（刃磨參數(shù)為： C X = 50，C Y = 3，0 = 14°，0 = 60°，%= 0）。

 

　　從中可以看出，隨著C1的增加（從鉆尖尾部看，逆時(shí)針） ，主刃鋒角和圓周后角誤差比例向負(fù)向增大。后角誤差比主刃鋒角誤差大。它們的關(guān)系為= - 1 150C1f c = - 1 80C1（3）從式（3）中可以看出誤差傳遞系數(shù)遠(yuǎn)小于1，因此C1軸方向?qū)τ凇 c屬于誤差非敏感方向。2. 3C2軸的定位誤差C2軸用于錐面成形運(yùn)動(dòng)，它所引起的誤差C2對(duì)錐面鉆尖的結(jié)構(gòu)參數(shù)基本不會(huì)產(chǎn)生影響。2. 4C3軸的定位誤差C3 C3軸用于調(diào)整半錐角0及錐軸傾斜角# 0。C3軸產(chǎn)生的定位誤差會(huì)對(duì)5個(gè)刃磨參數(shù)中的4個(gè)產(chǎn)生影響，即： C X、0、0和%，使它們產(chǎn)生C XC3與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，隨著C3的增大，誤差、f c比例增大，而且C3對(duì)后角誤差影響大，C3 = 0. 5°時(shí)，f c達(dá)2. 5°。它們的關(guān)系式為= 1. 67 C3f c = 5 C3（ 5）同樣道理， C3軸用于調(diào)整錐軸傾斜角# 0時(shí)，C3與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系為= 1. 33 C3f c = 4. 5 C3（ 6）它們的誤差傳遞系數(shù)都大于1，尤其對(duì)于f c來(lái)說(shuō)，誤差放大倍數(shù)高達(dá)5倍。因此應(yīng)嚴(yán)格控制使C3軸產(chǎn)生誤差的因素。

 

　　2. 5X軸的定位誤差X X軸產(chǎn)生的定位誤差會(huì)導(dǎo)致刃磨參數(shù)C X、%出現(xiàn)誤差C X和%，如所示。X與它們關(guān)系為C X = cos（0 - 0）sin 0 sin 0 - 1 X = X tan 0（ 7）為X與鉆尖結(jié)構(gòu)參數(shù)、f c的誤差、f c的關(guān)系曲線。從圖中可以看出，隨著X的增大，誤差、f c也成比例增大，它們的關(guān)系為它們的誤差傳遞系數(shù)比C2、C3軸的小，均小于1，但比C1大得多。

 

　　2. 6Y軸的定位誤差Y軸產(chǎn)生的定位誤差會(huì)導(dǎo)致刃磨參數(shù)C X、%出現(xiàn)誤差C X和%，如所示，Y與它們的關(guān)系為C X = sin（0 - 0）sin 0 sin 0Y = Y（ 9）f c的誤差、f c的關(guān)系曲線，從圖中可以看出，隨著Y的增大，、f c成比例增大，但f c增大的比例小，它們的關(guān)系為= 0. 8 Yf c = 0. 25 Y（ 10）與X軸的定位誤差影響相反，Y對(duì)影響大，誤差傳遞系數(shù)也大。

 

　　2. 7Z軸的定位Z如所示， Z軸方向產(chǎn)生Z的偏差，引起的砂輪徑向鉆尖相對(duì)砂輪位置的變動(dòng)量p r。Z與p r的關(guān)系為pr = Z sinZ R S（ 11）式中R S??砂輪半徑由于砂輪半徑很大（ R S = 150 mm） ， sinZ R S很小，所以pr很小。因此沿軸方向產(chǎn)生的誤差對(duì)錐面鉆尖刃磨精度的影響很小。這個(gè)方向?yàn)檎`差非敏感方向。

 

　　3結(jié)束語(yǔ)從刃磨錐面鉆尖時(shí)的誤差傳遞規(guī)律來(lái)看， 6個(gè)數(shù)控軸定位誤差對(duì)刃磨精度的影響程度從大到小的排序是： C3軸、Y軸、X軸、C1軸、Z軸和C2軸。C3軸是該機(jī)床刃磨精度的*薄弱環(huán)節(jié)，在機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小它的定位誤差傳遞系數(shù)，以確保鉆尖刃磨精度。