提高數(shù)控車削工件加工精度方法的探討

李志剛

（德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東德州 253000）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，其在機(jī)械加工方面和數(shù)控車床的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。數(shù)控車在價(jià)格和產(chǎn)品實(shí)用性能方面上，都表現(xiàn)出很大優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)數(shù)控車的各個(gè)零件的精準(zhǔn)度也提出了更高的要求。例如，數(shù)控車削工件的加工精度受到很多因素影響，一旦加工精度受到影響，產(chǎn)品的加工質(zhì)量就很難保障。因此，在實(shí)際操作過程中，應(yīng)該盡力保證數(shù)控車削工件的加工精度。

1 數(shù)控車削工件工作原理

從本質(zhì)上說(shuō)，數(shù)控車就是用數(shù)字程序?qū)嚧策M(jìn)行控制的一種機(jī)床，有加工精度高、價(jià)格適中、適用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，也是目前我國(guó)使用數(shù)量最大、范圍最廣的一種數(shù)控機(jī)床。

車削則是通過車刀在平面內(nèi)的直線、曲線運(yùn)動(dòng)等加工將工件，一般是在車床上進(jìn)行，用來(lái)加工工件的表面、螺紋等。車削過程中，工件通過數(shù)控車機(jī)床主軸的帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，工作目的不一樣時(shí)，車刀旋轉(zhuǎn)方向不同，例如：車削內(nèi)外圓柱面時(shí)，車刀是和工件的旋轉(zhuǎn)軸線平行運(yùn)轉(zhuǎn)的；車削端面時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向則是垂直于工件的旋轉(zhuǎn)軸線的。一般說(shuō)來(lái)，車削包括粗車和精車2種，實(shí)際應(yīng)用就是利用不同的車刀加工內(nèi)外圓柱面、端面等回轉(zhuǎn)表面，加工精度可高達(dá)IT8～I(xiàn)T7，往往用于單一軸線零件的加工。

車削加工在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。由于涉及到的數(shù)控車床數(shù)量多、人員廣泛，車削工作精度問題就顯得十分重要，特別是要合理選擇切削用量。對(duì)于高效率的金屬切削工作，切削時(shí)間、速度以及用量都可能給切削刀具極大損傷，降低刀具使用壽命，因此切削工作也必須選取合適的刀具：粗車時(shí)可以用強(qiáng)度高的刀具，而精車時(shí)則需要選擇精度高的刀具。

數(shù)控車削工件的加工精度主要是評(píng)價(jià)加工表面的一種幾何參數(shù)，其精度越高，產(chǎn)品質(zhì)量就越高，工作效率也就越高。但是，任何工作的實(shí)際參數(shù)都不會(huì)精準(zhǔn)不變，因此只能最大程度上提高其加工精度，而無(wú)法保證其誤差消除。

2 數(shù)控車削工件加工精度的影響因素

2.1 車床自身的精度

在數(shù)控車實(shí)際操作運(yùn)行過程中，可能由于自身主軸軸線的平行移速較差、車床自身軌面的磨損嚴(yán)重或者機(jī)床的水平高度變動(dòng)等很多方面因素的影響，而使得數(shù)控車削工件的尺寸較差，從而影響其加工精度。

2.2 對(duì)刀的影響

在車削工件工作開始之前，對(duì)刀是一項(xiàng)重要工作環(huán)節(jié)。對(duì)刀的目的就是檢測(cè)刀具的偏差值、確定刀具的起始位置，工件的加工精度在很大程度上受對(duì)刀工作質(zhì)量的影響。一些復(fù)雜零件的加工涉及到多把刀具，這就需要在工作開始之前測(cè)量出各個(gè)刀具可能出現(xiàn)的刀位偏差值。實(shí)際操作中，刀位偏差值是有可能不準(zhǔn)確的，要保證工件的加工精度就不許消除刀位偏差值。一般來(lái)說(shuō)，刀具的起始點(diǎn)應(yīng)該和工件的零點(diǎn)一致。

2.3 編程尺寸精度

編程時(shí)可能存在沒有考慮零件的各部分誤差位置而帶來(lái)的編程尺寸計(jì)算誤差，這也會(huì)直接影響到工件的加工精度。在實(shí)際操作過程中，許多零件的尺寸都有公差，而且公差的位置可能不同。而數(shù)控車的編程往往是按照工件的基本尺寸進(jìn)行程序編制，這種方法忽略了公差位置帶來(lái)的影響，即使車削工件的加工精度再精細(xì)，工件的實(shí)際精度也很難符合要求。

3 數(shù)控車削工件提高加工精度的方法

數(shù)控車有生產(chǎn)質(zhì)量、效率極高、實(shí)用性極強(qiáng)、價(jià)格平易近人等特點(diǎn)，在機(jī)械制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是在實(shí)際操作過程中，容易受到多方面因素的影響，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法得到保障，這就需要數(shù)控車的任何一個(gè)單一零件都確保加工精度。以數(shù)控車車削零件為例，提高加工精度需要從3個(gè)方面做起。

3.1 合理選取刀具

首先是要選取合適的刀具。由于工作系統(tǒng)的剛性不同、需加工的零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同等，刀具的選擇也應(yīng)該從這些實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)不同的工件表面的加工工作選擇不同的刀具。

3.1.1 刀具材料的選取

從刀具的材料來(lái)看，近年來(lái)多種多樣的刀具材料開始投入使用，如陶瓷材料、硬質(zhì)合金刀具材料等。硬度較高的刀具有著極強(qiáng)的耐高溫性、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在實(shí)際工件加工中，也提升了加工質(zhì)量和工作效率，為企業(yè)帶來(lái)明顯的效益。在提高削工件加工精度方面，超高硬度材料刀具是不可避免的選擇。材料除了要選擇保持其耐磨的硬度以外，還要注意材料要耐高溫。陶瓷刀具一般都有著極強(qiáng)的耐用度，其切削速度可以比其他材料提高2～5倍，因此在加工高硬度材料時(shí)，陶瓷刀具的作用更加強(qiáng)大。另外，還可以通過在刀具上涂層材料來(lái)提升刀具的性能，比如說(shuō)瑞士氮鋁化鈦ALTIN（Titanium Aluminide）涂層材料的應(yīng)用，可以大大提高刀具的硬度，在工作環(huán)境溫度高達(dá)（1500～1600）℃時(shí)刀具的硬度仍然不受影響，而且其使用壽命比其他材料的刀具延長(zhǎng)了4倍左右，并且成本較低。這使得該刀具材料得到極其廣泛的應(yīng)用。還有一種硬度極高的材料——聚晶立方氮化硼 PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride），硬度僅僅次于金剛石，在實(shí)際工作過程中，工件的切削速度越快，刀面的磨損速度則越來(lái)越小，比較適用于鋼鐵等硬度極高材料的高速切削工作中。

3.1.2 刀具形狀的選擇

在切削工作時(shí)先選擇合適的刀具材料，然后再選擇合適的刀具形狀。對(duì)于不同材料的切削工作應(yīng)該選擇不同的刀具形狀。刀具需要有合適的幾何角度，通過將刀尖的形狀變轉(zhuǎn)來(lái)提高零件的加工質(zhì)量。一般刀尖形狀有圓形、100°菱形、正方形、三角形等，刀具的形狀不同，其強(qiáng)度也不同。一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行工件粗加工時(shí)，切削工作的力度較大，對(duì)刀具的磨損相對(duì)較大，宜選取前角和后角車削較小形狀的刀具；加工細(xì)小精長(zhǎng)的工件時(shí)，則需要根據(jù)其剛性比較弱的特點(diǎn)，選擇減少切削工作徑向力的主偏角相對(duì)較大的刀具；加工灰鑄鐵工件時(shí)，則應(yīng)該選擇主偏角在45°～75°的刀具。所以，刀具形狀的選擇需要考慮工件的實(shí)際材料和情況而定。

3.1.3 刀具的準(zhǔn)備

除了正確選擇刀具材料外，還需要合理的選擇刀具幾何角度，以及合理運(yùn)用刀尖過渡形狀來(lái)提高零件加工質(zhì)量。按刀具強(qiáng)度而言，各種刀片形狀的刀尖強(qiáng)度從高到低依次為圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料選擇后，應(yīng)選擇強(qiáng)度盡可能高的刀片形式。車刀的幾何角度有主偏角、副偏角、刀尖角、刃傾角、前角、后角和副后角。一般情況下，粗加工時(shí)，由于切削力大、刀具磨損較快，應(yīng)減小前角和后角車削（前角 0°～10°，后角 6°～8°），而精加工時(shí)則正好相反。加工細(xì)長(zhǎng)零件時(shí)，由于剛性較差，為了減少切削時(shí)的徑向力，主偏角和前角選擇大一點(diǎn)（主偏角 75°～90°，前角 10°～30°）。它們和工件材料的選擇也有一定聯(lián)系，例如，加工灰鑄鐵時(shí)，主偏角應(yīng)選擇45°～75°，前角應(yīng)選擇 0°～10°，后角應(yīng)選擇 6°～12°；加工不銹鋼時(shí)，主偏角應(yīng)選擇在 75°～90°，前角應(yīng)選擇在 15°～30°，后角應(yīng)選擇 8°～10°。

3.2 工件裝夾

從本質(zhì)上說(shuō)，數(shù)控車床和其他普通車床的裝夾工件的方法基本相同，常用的裝夾工具就是三爪卡盤。在實(shí)際工作中，不可以伸長(zhǎng)過長(zhǎng)，其長(zhǎng)度不得大于工件直徑的3倍。對(duì)于一些特殊工件來(lái)說(shuō)，要選擇合適的裝夾方法，否則工件的精度會(huì)受到很大影響，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。以細(xì)長(zhǎng)軸的加工為例，一般使用一頂一夾的裝夾，這樣可以保證工件受到徑向力切削時(shí)發(fā)生彎曲變形，從而增強(qiáng)工件的剛性和硬度。在中心架和刀架的實(shí)際使用中，工件的轉(zhuǎn)速不宜過高，而且要對(duì)支撐爪進(jìn)行加油、潤(rùn)滑。當(dāng)發(fā)生較大程度的彎曲時(shí)，要使用四爪的裝夾，裝夾毛坯不可過長(zhǎng)，一般為（1.5～2）cm，還應(yīng)將銅皮作為墊塊。

提高裝夾定位精度，也能在很大程度上促進(jìn)數(shù)控車削工件加工精度的提高，可以通過精基準(zhǔn)法和一夾一項(xiàng)法2種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)提高裝夾精度。“精基準(zhǔn)法”就是指將已經(jīng)完成加工的工件表面看作定位的基準(zhǔn)，這樣可以在很大程度上減少誤差的存在，從而確保削工件的加工精度。實(shí)際操作中軸類工件的圓柱度公差是影響加工精度的主要因素。一夾一項(xiàng)法則包括了三爪裝夾、四爪裝夾等多種裝夾方式，實(shí)際操作過程中，可以通過有效的裝夾方式提高工件的加工精度和工作質(zhì)量，保證工作加工效率。

3.3 減少累積誤差

在實(shí)際操作過程中，數(shù)控車往往會(huì)受數(shù)控加工母機(jī)制造精度的影響，產(chǎn)生一定的累積誤差，當(dāng)累積誤差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使得數(shù)控車床產(chǎn)生一定誤差，從而影響其工件的加工精度。這就需要采取一定的方法來(lái)減弱、消除數(shù)控車床系統(tǒng)的累積誤差。

（1）絕對(duì)值編程法。絕對(duì)值編程方法是指將某一個(gè)固定點(diǎn)作為基準(zhǔn)，即坐標(biāo)的原點(diǎn)，每一段程序的加工和編制都以此為基準(zhǔn)。而以往大多是采用相對(duì)值編程法，以前邊的為基準(zhǔn)，程序連續(xù)執(zhí)行多次以后必然會(huì)累積產(chǎn)生一定的誤差。

（2）插入回參考點(diǎn)指令法。在程序編制過程中，可以通過插入會(huì)參考點(diǎn)指令來(lái)使得數(shù)控車床回到參考點(diǎn)，然后各坐標(biāo)清零，這樣可以消除數(shù)控車運(yùn)作過程中的累積誤差。在一段長(zhǎng)時(shí)間的程序編制中插入回參考點(diǎn)指令，可以有效提高削工件加工精度，尤其是在有較多換刀具工作要求的工作操作過程中，回參考點(diǎn)指令是十分有必要的。

4 總結(jié)

在當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展迅速的背景下，我國(guó)機(jī)械技術(shù)發(fā)展水平越來(lái)越高，對(duì)機(jī)械加工精度的要求也越來(lái)越高。數(shù)控車的實(shí)際操作過程，削工件的加工精度受到多方面因素的影響，因此提高其加工精度的方法也是多樣的。但是從本質(zhì)上說(shuō)，主要是避免加工誤差和提高操作人員水平這兩大方面。只要通過不斷的努力和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，就可以降低各種誤差，確保加工精度，從而加工出精度極高的產(chǎn)品。