提高數(shù)控車床Cp值策略及方法的研究

于鐸

摘要：近年用戶對數(shù)控車床加工尺寸精度的穩(wěn)定性十分重視往往提出工序能力系數(shù)Cp≥1.33作為機床的驗收指標，在形式檢驗和產(chǎn)品水平評價時也規(guī)定了Cp值的考核[1]。許多數(shù)控車床雖然完全符合精度檢驗等質(zhì)量標準單分散度實驗中，用樣件批量車削中卻遠遠達不到Cp≥1.33的指標。本文就此探討其原因并提出相應的措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;Cp值;定位精度

1 ?為什么要求Cp≥1.33

在生產(chǎn)穩(wěn)定的情況下，影響工序能力的隨機因素的綜合結(jié)果近似的符合正態(tài)分布;工序能力的高低用質(zhì)量分布標準的偏差σ表示。質(zhì)量標準T與能力6σ的比值即工序能力系數(shù)：

Cp=T/6σ（1）

實際工作中我們只能加工有限數(shù)量的零件（樣件）為求及零件的標準偏差S，所以實用中：

Cp=T/6S （2）

對于Cp值的評定見表1[2]。

可以看出Cp<1，工序能力差，滿足不了質(zhì)量要求。當1.33≥Cp≥1，工序能力基本滿足要求，但不充分，需要嚴格控制，檢驗不可放寬。而1.67≥Cp≥1.33時廢品率降致十萬分之六，質(zhì)量上可以放心。允許影響質(zhì)量的一些小波動，若不是主要工序也可以放寬檢查和控制的標準。所以一般用戶要求Cp≥1.33是合理的。

2 ?質(zhì)量標準T的確定

車床類加工軸向尺寸通常要求不高，著重討論徑向質(zhì)量標準。我廠經(jīng)濟數(shù)控車床按照簡式數(shù)控車床的相應標準檢驗，屬機床絕對精度的V級，通常稱普通級達到的加工精度為IT7。普及數(shù)控車床說明書規(guī)定加工孔達到IT7精度，而加工軸應達到IT6級，應屬絕對精度IV級，即精密級。

車床類加工軸類零件直徑往往取1/8機床最大回轉(zhuǎn)直徑。根據(jù)上述所述確定質(zhì)量標準，即軸加工的公差范圍。

表中所取的公差范圍式直徑上取得，即質(zhì)量標準的2倍（2T）。作為制造廠，我們有責任達到上述質(zhì)量標準。若用戶要求更嚴格，我們則應量力而行，或采取提高精措施選更高檔次的機床，或給與拒絕。

3 ?標準偏差S的確定

實際加工中，影響加工質(zhì)量的因素包括隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩部分。系統(tǒng)誤差在數(shù)控車床加工中主要是刀具磨損和熱變形引起的偏差。徑向重復定位精度R和回轉(zhuǎn)刀架在主平面內(nèi)定位精度D為隨機誤差。分散度試驗作樣件車削時要求有到架移動和轉(zhuǎn)位的動作，這兩項誤差決定了6S的數(shù)值。

普及型的精度允差[3]R=0.007mm，D=0.005mm。

經(jīng)濟型的精度允差[4]R=0.012mm，D=0.010mm。

標準中軸向重復定位精度R=6SR，可直接代入下面公式（5）。但刀架重復定位精度D是極差，以往習慣常回轉(zhuǎn)7次，故取7次極差計算。以極差值D求刀架重復定位精度的標準偏差[5]。

SD=D/DN ? ?（3）

式中DN為極差系數(shù)，當回轉(zhuǎn)7次時DN=2.704，所以

SD=D/2.704 ?（4）

標準偏差則

S=（（R/6）2+SD2）1/2=（（R/6）2+（D/2.704）2）1/2 ?（5）

即普及型S=（（7/6）2+（5/2.704）2）1/2=2.18μm ?（6）

經(jīng)濟型S=（（12/6）2+（10/2.704）2）1/2=4.2μm ?（7）

4 ?精度標準不能滿足Cp值的要求

將公式（6）（7）的S值，對應表2的T值代入表2的T值代入公式（2）可計算出相應的Cp值。

可以看出，只達到精度標準的最低要求，則加工的分散度甚差，求出Cp值皆在1以下，質(zhì)量穩(wěn)定性沒有保證。究其原因，采用數(shù)理統(tǒng)計方法，考核機床的工序能力是近20年的事，而精度標準由來已久，致今沒有融入工序能力的概念。國外機床雖然不一定經(jīng)過Cp值考核，但制造精度大多遠遠高于標準。計算出的Cp值普遍高于國內(nèi)機床。

5 ?重復定位精度R和刀架重復定位精度D的推薦值

要滿足Cp≥1.33必須提高R和D的精度。現(xiàn)探討一下提高這兩項精度的可能性。

近年我廠產(chǎn)品的X軸重復定位精度R

S1-373 ? ?2.05μm

S1-374 ? ?6.9μm

S1-378 ? ?3.8μm

上述機床皆采用國產(chǎn)漢江機床廠滾珠絲杠。

由上可以認為控制R≤4μm必要時R≤3m并不是苛刻的。

現(xiàn)按Cp=1.33的要求根據(jù)T值反求S。再試求R值、D值見表4。

以普及型？準320-400機床為例驗證計算如下

T=8μm

取R=4μm ? ?D=2μm

代入公式（4） ?SD=2/2.704=0.74

代入公式（5） ?S=（（4/6）2+0.742）1/2=1

代入公式（2） ?Cp=8/6=1.33

6 ?分散度試驗注意事項

前述可見，達到Cp≥1.33并非輕而易舉。目前許多企業(yè)管理質(zhì)量水平試測試結(jié)果不準，對本廠已測機床計算驗證，確實暴露了操作和測量中有問題。車削分散度計算的S值較刀架和行程穩(wěn)定精度計算的S值誤差高達50%，大多是前者值大。卻也有后者值大的。因此在操作中需注意：

①科學始于測量：Cp值計算的檢測中都是微米及測量。在加工試件刀架轉(zhuǎn)位等項目不得以刻度為0.01mm的儀表估測μm的讀數(shù)。切削試件應冷卻后，取90度方向的兩次平均值計算。激光干涉儀應定期校準，合理使用。

②系統(tǒng)誤差雖可在計算中排除，但終歸對零件尺寸及質(zhì)量分布產(chǎn)生影響。為減少溫升熱變形影響，試驗前機床應預轉(zhuǎn)加熱。室基本處于熱穩(wěn)定狀態(tài)。新刀具亦應試切一段時間，躲過初期磨損，盡可能選用耐磨圖層刀片。用付偏角較大，刀尖圓角較小的刀片，以免尺寸不準。實驗為小切削量加工，減少機床工藝系統(tǒng)剛度變化的影響。

③毛坯的余量，硬度應均勻一致，不許有缺陷。

④機床主軸回轉(zhuǎn)精度，導軌直線性，刀架運動均運性等力求高質(zhì)量。

參考文獻：

[1]JB/T43684-96，數(shù)控臥式車床性能試驗規(guī)范.

[2]王小華.《質(zhì)量控制與管理》機械工程師進修教材.

[3]GB/T16462-96，數(shù)控臥式車床精度檢驗.

[4]JB/T8324.1-96，簡式數(shù)控臥式車床精度檢驗.

[5]VDI/DGQ3441/3.1997，機床工作精度和位置精度的統(tǒng)計檢驗原理.