八角环电阻式车削测力仪在车床三向力静刚度测定中的应用

    1　三向力静载测定法的概述

    机械加工中,加工误差的产生无法避免,而引起加工误差的因素是多方面的,如工艺系统的几何误差(包括机床几何误差、刀具和夹具的制造误差等)、工艺系统受力变形所产生的误差,工艺系统热变形引起的误差及工件的残余应力引起的误差。

    工艺系统所受的力:切削力、传动力、惯性力、夹紧及重力等,这些力的作用都会使工艺系统产生相应的变形(弹性变形和塑性变形)。而工艺系统变形的大小(即刚度的大小)直接影响工件的精度^[1]。

    作为机械加工工程技术人员,除对自己常用的机床性能,如转速范围、进给量范围及能加工零件的最大、最小尺寸了解外,还要对其刚度变化情况心中有数。这样,在安排工艺过程中,才会有目的的选择切削用量和刀具角度,使其在加工过程中,由机床产生的刚度变化使加工零件产生的尺寸和形状误差,不大于零件允许误差。所以,设备的刚度在加工过程中起重要作用。

    由于机床是由许多零件组成,其受力变形的情况比单个弹性体的变形复杂,因此,目前一般采用三向力静载测定法测定机床刚度。

    这种方法进一步模拟实际车削力FX、FY及FZ的比值,从X、Y、Z三个方向同时加载,这样测定的刚度较接近实际值。切削力P与各切削分力之间的关系如图1所示。

    设切削力P与Y-Z平面间的夹角为α,载荷P在Y-Z平面内的投影与Z轴的夹角为β,由图1可看出各切削分力值为^[2]:

　　P_X=Psinα

　　P_Y=Pcosαsinb

　　P_Z=Pcosαcosb

    测定机床刚度时,切削力P(所加载荷P)首先要在材力试验机上标定好,然后根据测力圈中千分表的指示数才能知道所加载荷P。

    2　三向力静载测定法的基本方法

    (1)锁紧套与弓形体的安装　将紧锁套9(如图2所示)装在车床尾座套筒上。由于在该套上有2个相互垂直的平面,所以可将磁性表座安放在小拖板上,用百分表在套9的水平面上拉表,或将角尺放在床身上,依套9的垂直平面找正,当找正后,即将2个夹紧螺钉12固定,这时,套9上的刻线即位于车床前后顶尖轴线所处的水平平面内,随后将弓形体1装在车床两顶尖之间,摇动尾座手把将顶尖压在弓形体1右顶尖孔中,再将销8插入套9的孔中,将手把2扭入弓形体所选定的螺纹孔中(如图2所示为α=30°)。

    (2)模拟车刀的安装　将模拟车刀刀杆装在车床刀架左边的压刀槽内,这时,先将找正顶尖6装入弓形体孔内,将刀杆13安装在与车床两顶尖中心连线相垂直,并在刀杆底部垫适当厚度的垫铁,使顶尖6的尖端与模拟刀头14的中心孔均匀接触,这时模拟车刀上的刚球中心便与车床中心等高。若弓形体转动不同的β角,可将模拟车刀刀头转适当角度,转角大小以刀头与测力圈不相撞为准。