一、问题的提出

CNC车削加工的精密化和复杂化的发展趋势，给生产加工中的测量带来很多现实问题。如许多零件由于尺寸自身的原因，必须采用破检测量法，一方面造成破检零件的报废，另一方面破检零件的尺寸并不能代表批生产零件的实际尺寸，使破检测量法在实际生产加工中显得意义不大；由于零件测量面太小或是内型尺寸等原因，造成用测量机等专用测量仪器也检测不到；由于受到测量环境的限制或缺少专用的测量机等测量仪器，零件的尺寸无法测量；实际生产加工中，不可能每件零件提交测量，即不能百分之百检查。

上述情况给实际生产带来了严重的影响，需要针对以上情况，提出一种新的测量方法。关联尺寸检测法就是检测一把刀具连续加工得到的一组尺寸其中一个或几个尺寸，来判定其他尺寸的一种检测方法。

图1 零件简图

图2 刀尖高度偏差分析图

二、关联尺寸检测原理分析

CNC车削加工中，在理想状态(不考虑机床定位误差、刀尖半径R、刀具磨损、对刀误差等外界因素)，在一切加工条件相同的情况下(切削速度、切深、进给量等)，一把刀具连续加工所形成的关联尺寸的误差(与程序基本尺寸的偏差)取决于刀尖高度所引起的误差。

CNC卧车加工的零件如图1所示，图2表示从刀架往工件方向看的视图。若设定D₁为对刀基准圆，加工D₂外圆，刀尖在( Y)向偏离X轴d。由于有刀尖高度偏差d，加工出的外圆半径是OB₁，而不是OA AB₁；若设定D₂为对刀基准圆，加工D₁外圆，加工出的外圆半径是OA，而不是OBD₁-ABD₁。可见由于存在刀尖高度偏差d，将给零件外圆直径造成X向偏差，称为w。

三、刀尖高度偏差d

刀尖高度偏差d是产生零件尺寸误差的主要原因。但是通过调整d的大小，可以控制尺寸误差，并且还可以计算出尺寸误差值。从图1、图2 可以看出：当D₁为对刀基准圆时：

w=OB₁-(OA AB₁)(1)当D₂为对刀基准圆时："

w=OA-(OOB₁-AB₁)

(2)

通过试切两外圆尺寸可求出刀尖高度偏差d：

d=OB₁×cos {90°-arccos(AB₁² OB₁²-OA₁²)/2AB₁·OB₁)}

(3)

当已知对刀基准圆D₁和刀尖高度偏差d，求D₂的w：

(4)

当已知对刀基准圆D₂和刀尖高度偏差d，求D₁的w：

(5)

式(1)～(5)从量上反映了刀尖高度偏差d对零件尺寸误差的影响，并可计算出当刀尖高度偏差控制在什么范围内，其造成的尺寸误差可以忽略不计。

四、关联尺寸的确定

关联尺寸是指在刀具连续加工过程中产生的一系列尺寸，可以是型面尺寸，也可以是型面尺寸与直径尺寸的混合尺寸。
在关联尺寸中，有一个或几个尺寸的公差相对较严；测量方便的尺寸称为基准尺寸，它作为判断其他尺寸的基准。

基准尺寸是测量其他尺寸的基准，其选择的原则：

公差相对较严。因为在实际的加工过程中，除了可控的因素外(刀尖R、车床的定位精度、刀尖高度)，还应为一些由意外因素造成的误差留些余地。
方便测量。
尽量避免用型面尺寸作为基准尺寸。
基准尺寸尽可能多。

五、测量的硬件环境

机床首先，关联尺寸检测法的原理要求零件的加工要在CNC环境下，并且必须在理想状态下进行。所以对数控车床的精度要求很高。因为CNC环境是保证加工在一个稳定的环境中(包括转速、进给量)，且保证所有关联尺寸是连续加工获得的。其次，CNC是计算机程序控制，可以进行无误差理想状态的模拟加工，来验证加工零件的理想状态。高精度是保证尺寸误差中最大可能减少机床原因而造成的误差，特别是Z方向，以至于可以不考虑机床的本身误差。所以在选择CNC车床时应根据零件加工精度选择重复定位精度高，且具有位置检测反馈装置的CNC机床(全闭环)。
高质量的可转位刀具的选择
1. 加工刀具在关联尺寸检测法中的地位也非常重要。刀具的材料、几何尺寸、以及刚性都会对加工产生影响。特别是刀具的耐磨性，在先进的加工工艺中，为了保证零件的高精度和低表面粗糙度值，通常采用较高的切削速度和较小的进给量，而在刀具连续加工的行程中，要求刀具的磨损量要很小，达到可忽略不计的情况，这样给刀具的耐磨性提出了较高的要求。另外，刀尖圆弧半径R在加工中的影响也不容忽视。对于所有关联尺寸是直径尺寸的零件，刀尖圆角R是否标准，对尺寸没有影响。但对于有型面的尺寸，圆角R是否标准，对尺寸有很大的影响(见图R)。手工磨削的刀具，刀尖R没有一个固定的尺寸，并且刀具磨损重修后的R和初始R很难一致；而可转位刀片，由于是系列化生产，刀尖R的公差控制在很小的范围内，一般都只有±0.02mm，并且R尺寸作为刀片的基本参数一般都明确地表示在刀片说明书上，给加工带来很大的方便。所以必须选用高质量的可转位刀片。
  
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