淺析數(shù)控車床加工的精度

■文/胡瑋

淺析數(shù)控車床加工的精度

■文/胡瑋

摘要本文通過(guò)分析數(shù)控車床加工精度的幾個(gè)主要因素，闡述了相應(yīng)地解決措施，希望對(duì)日后的數(shù)控車床加工水平起到重要的推進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞數(shù)控車床加工精度誤差補(bǔ)償

在實(shí)際生產(chǎn)中，數(shù)控車床車削零件的質(zhì)量受諸多因素的影響，如工藝過(guò)程、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控編程和對(duì)刀調(diào)整等都直接影響零件的加工質(zhì)量。但可以利用軟件來(lái)進(jìn)行校正補(bǔ)償，在軟件的支持下，使每道工序、工步、走刀都能獲得最佳的切削用量組合，充分發(fā)揮工藝系統(tǒng)的潛能，獲得高的加工精度及重復(fù)精度。

一、數(shù)控車床的組成及工作原理

數(shù)控車床是集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)于一體的高效率、高精度、高柔性和高自動(dòng)化的現(xiàn)代機(jī)械加工設(shè)備。它同其它機(jī)電一體化產(chǎn)品一樣，也是由機(jī)械本體、動(dòng)力源、電子控制單元、檢測(cè)傳感部分和執(zhí)行機(jī)器（伺服系統(tǒng)）組成。在普通車床上加工零件，是由操作者根據(jù)零件圖紙的要求，不斷改變刀具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，由刀具對(duì)工件進(jìn)行切削而加工出要求的零件。而在數(shù)控車床上加工零件時(shí)，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和車床運(yùn)動(dòng)要求用數(shù)控語(yǔ)言編制出加工程序，然后輸入到CNC裝置，CNC裝置對(duì)加工程序進(jìn)行一系列處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行指令，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，從而自動(dòng)完成零件的加工。

二、數(shù)控車床加工精度控制方法

一般注意以下幾點(diǎn)：刀具磨損、工件彈性變形、加工工藝、加工順序、對(duì)刀、修改刀補(bǔ)、機(jī)床間隙狀態(tài)、裝夾方式等。

1、數(shù)控車床加工優(yōu)化參數(shù)，平衡刀具負(fù)荷，減少刀具磨損。而由于自身幾何形狀的差異導(dǎo)致不同刀具在剛度、強(qiáng)度方面存在較大差異，例如：正外圓刀與切斷刀之間，正外圓刀與反外圓刀之間。如果在編程時(shí)不考慮這些差異。用強(qiáng)度、剛度弱的刀具承受較大的切削載荷，就會(huì)導(dǎo)致刀具的非正常磨損甚至損壞，而零件的加工質(zhì)量達(dá)不到要求。因此編程時(shí)必須分析零件結(jié)構(gòu)，減少磨刀及更換刀具的次數(shù)。

2、數(shù)控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動(dòng)加工完成所有車削工序，因而應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

（1）合理選擇切削用量。

對(duì)于高效率的金屬切削加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。

切削條件的三要素：切削速度、進(jìn)給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會(huì)上升，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的、化學(xué)的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會(huì)減少1/2。

進(jìn)給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。它比切削速度對(duì)刀具的影響小。切深對(duì)刀具的影響雖然沒(méi)有切削速度和進(jìn)給量大，但在微小切深切削時(shí)，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會(huì)影響刀具的壽命。

用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進(jìn)給量、切深等選擇使用的切削速度。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。然而，在實(shí)際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。對(duì)于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來(lái)說(shuō)，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。

（2）合理選擇刀具。

（a）粗車時(shí)，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求；（b）精車時(shí)，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求；（c）為減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，應(yīng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片；（d）盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具。

（3）確定加工路線。

加工路線是指數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，刀具相對(duì)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向。

（a）應(yīng)能保證加工精度和表面粗糙要求；（b）應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時(shí)間；（c）加工路線與加工余量的聯(lián)系。

目前，在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯上過(guò)多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時(shí)，則需注意程序的靈活安排。

（d)夾具安裝要點(diǎn)目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實(shí)現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點(diǎn)如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。刀具上的修光刃指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段與刀尖平行的刀刃主要用于刀刃切削后進(jìn)行一次二次切削相當(dāng)于精加工過(guò)程去處毛刺等傷痕目的是提高工件的表面粗糙度多應(yīng)用于進(jìn)行精加工的刀具上。

三、提高數(shù)控車床加工質(zhì)量的技巧

（1）“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”動(dòng)能的有效運(yùn)用。數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)目前正在推廣“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”功能，該功能對(duì)于軸類零件圓弧表面的加工精度的保證十分有效，大大減小了工藝系統(tǒng)誤差，帶有圓弧半徑的刀尖（即便沒(méi)有，刀具有切削過(guò)程中也會(huì)因磨損而自然生成），其刀尖點(diǎn)為一個(gè)空間的一個(gè)虛點(diǎn)，數(shù)控編程時(shí)是以這個(gè)虛點(diǎn)來(lái)編程的，而實(shí)際切削圓弧表面時(shí)（對(duì)圓柱外圓表面和端面尺寸無(wú)影響），刀具實(shí)際切削點(diǎn)為刀尖圓弧上各實(shí)際分布點(diǎn)，必然會(huì)造成一邊過(guò)切，而另一邊少切現(xiàn)象，而遇有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償補(bǔ)償功能（即G41、G42 和G40），能夠進(jìn)行運(yùn)算，始終保證當(dāng)前刀尖點(diǎn)是刀具圓弧與理論外圓輪廓的切點(diǎn)。此功能在數(shù)控車床上運(yùn)用時(shí)簡(jiǎn)單有效，十分重要。

（2）刀具“磨損”的合理運(yùn)用。不管是成批大量生產(chǎn)還是單位小批量生產(chǎn)，數(shù)控車床加工工件時(shí)須有一個(gè)加工試件的過(guò)程，如何快速而準(zhǔn)確地保證加工尺寸精度，現(xiàn)在數(shù)控車床系統(tǒng)中增設(shè)了刀具的補(bǔ)償功能，能夠很有效地實(shí)現(xiàn)工件尺寸的快速調(diào)整。

四、結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品質(zhì)量的高低一定程度上受數(shù)控車床加工精度的影響。在此情況下，數(shù)控機(jī)床的加工精度受到了機(jī)床制造者和使用者的高度重視。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉煥牢，李曦，李斌，師漢民.數(shù)控機(jī)床幾何誤差和誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)[J].機(jī)械工程師，2003.

（作者單位：湖北工程職業(yè)學(xué)院）