基于磨耗選設提高數控車削精度的分析

韓峰

（杭州技師學院，杭州 311500）

0 引言

與傳統普車切削加工相比，數控車削加工具有高精度、高效率、高柔性、質量穩定等特點。加工精度是數控車削加工中的主要指標之一，如何提高數控車削加工零件的尺寸精度是機床切削中的一項核心技術問題。尺寸精度的控制與工件材料、刀具的選用、切削用量的選取、工藝系統的剛性等多方面因素有關。數控車削加工零件時，磨耗的設置是常用的確保和提高尺寸精度有效方法之一。筆者多年從事數控專業教學，對提高工件加工精度作了實踐與研究。以下從切削原理角度就怎樣合理設置磨耗來提高工件車削質量，確保工件輪廓的尺寸精度談談自己的實踐體驗。

1 磨耗的設置方法對比解析

1.1 兩種磨耗設置方法

數控車削加工中磨耗的設置應用通常有兩種模式。

一種是單次設置磨耗法：對刀建立工件坐標系→運行程序，實現粗車、半精車加工→測量→根據測量差值設置磨耗→繼續運行程序→完成精車。

另一種是雙次設改磨耗法：對刀建立工件坐標系→預先設置磨耗→運行程序，實現粗、精車→測量→根據測量差值修改磨耗→從精車輪廓程序開始運行→完成精車。

1.2 兩種磨耗設置應用例析

在數控車削加工中車螺紋、切槽，特形面車削等都會涉及輪廓加工。輪廓尺寸精度是工件精度的基礎。以圖1零件為加工對象，運用內、外徑粗車復合循環指令G71 與精車指令G70 車削為例，選X 方向為研究對象對兩種磨耗的設置方法進行對比解析。

圖1

圖2

圖1 加工參考程序如表1 所示。

先選單次設置磨耗法并進行分析：對刀→程序運行至M00→測量X 方向尺寸如φ18 處為φ17.7→設置X 方向磨耗為-0.2→啟動循環完成精車。

由于G71 粗車后的實際工件輪廓外形在微觀下呈不平整狀態，如圖2 所示，這是半精車前的輪廓表面，即半精車的工作對象。半精車后表面的輪廓外形是平整表面狀態，即平整表面是磨耗設置后的精車工作對象。由于磨耗設置前的半精車的切削對象是不平整表面，而磨耗設置后的精車的切削對象是平整表面，兩者的實際切削深度ap在車削過程中的穩定性相差較大，如圖3 所示，在這種平整度差異較大的情況下，由圖3 可知，刀具在半精車切削過程中由于輪廓微觀平整度變化大，由此產生的讓刀程度也有波動，系統剛性弱化造成車削過程平穩性下降，致使工件尺寸精度與表面粗糙度都會有不同程度的劣性影響。而精車過程中切削深度ap值較為穩定，如圖4所示，其切削工況與半精車工況相差甚遠，所以磨耗設置的理論值很難達到預先估計的精車加工補差效果，對于尺寸精度要求較高的工件很難得到保證。如果M03 S1200 之后把T0101 改為T0202，即精車時換成精車刀，這時磨耗設置前的半精車與設置后的精車所用的刀具不同，使半精車與精車的車削工況上再添不相仿因素，使兩次車削工況差距進一步加大，那么磨耗設置后的精車效果只會更難保證工件尺寸精度。如加工精度要求高，這種磨耗設置效果就不會很理想。

表1 圖1 加工參考程序

圖3

圖4

如選兩次設改磨耗法，則程序可不變。具體如下：對刀→預設X 磨耗為0.5 mm→運行程序至M30 完成一次精車→測X方向尺寸如φ18處為18.7→修改磨耗為-0.7mm→光標移至M00 之后的M03 S1200→運行程序完成二次精車。第一次精車前輪廓外形與第二次精車前輪廓外形在微觀下均屬平整狀態如圖5 所示。車削對象都是平整狀態輪廓，ap變動很小，如圖4 所示，系統剛性穩定、切削過程平穩、最為重要的是這兩次精車工況十分近似，磨耗測量推算的設改值能在第二次精車過程中實現預期補差效果，從而確保了尺寸精度，而且即使把M03 S1200 之后的T0101 改為T0202，也能達到同樣的效果。因為第二次改磨耗前的精車已是T0202，改磨耗后從M03 S1200 開始運行，使用的還是T0202，用的是同一把刀，所以二次精車的工況沒有出現新的差異，尺寸加工精度不會有多大影響。

圖5

2 磨耗設置的選用及注意事項

單次磨耗設置的優點是設置只需一次，比較方便，不足之處在于對精車尺寸精度的控制效果不理想，特別是錐面與圓弧面的加工，如有換刀，則更不利。它適用于尺寸精度要求不高，不需要更換刀具的車削加工，從加工指令應用上講相對適用于G90、G73 與G70 的加工，兩次設改磨耗法雖然要設置兩次磨耗，但它能有效確保精車尺寸精度，而且通用的輪廓車削指令如G90、G71 與G70，G73 與G70 都適用。

值得注意的是為了更有效確保精度，在使用兩次設改磨耗法時，第一次設置磨耗的數值最好與精車余量相近，以使二次改動磨耗后的實際切削程度與第一次精車余量盡可能接近，這樣不但兩次精車的ap穩定性好，而且ap大小也相近，從而使兩次精車工況更為接近，更能確保加工精度。

總之，磨耗設置盡可能使最后兩次精車的ap波動小，且數值接近，使用刀具等綜合車削條件盡可能一致或相仿，以利于工藝系統剛性穩定，進而為提高尺寸精度提供保障。

［1］王啟仲.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機械工業出版社，2008.

［2］張維紀.金屬切削原理與刀具［M］.杭州：浙江大學出版社，2005.

［3］FANUC Series Oi Mate-TC 操作說明書［M］.