提高數控車床加工精度的措施與技巧分析

易忠奇

（湖南機電職業技術學院，湖南 長沙 410151）

數控車床是按數字形式給出的指令進行加工的，目前數控車床的脈沖當量普遍達到了0.001mm，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數控裝置進行補償，因此，數控車床能達到很高的加工精度，對于中、小型數控車床其重復定位精度為0.01mm。此外，數控車床的傳動系統與車床結構具有很高的剛度和熱穩定性，制造精度高，并且數控車床的自動加工方式避免了人為的干擾因素，同一批零件尺寸一致性好，產品合格率高，加工質量穩定。

數控車床為保證加工質量提供了可能性，但往往影響零件質量的因素除了機床精度外還有很多因素，例如工藝因素、操作技巧等，下面僅從工藝因素和操作技巧兩方面探討如何有效利用數控車床提高零件的加工質量。

零件的加工質量包括加工精度和表面質量。加工精度的評定指標有尺寸精度、形狀精度和位置精度，表面質量就加工而言要考慮表面粗糙度值，數控車床的加工質量主要考核以上四大指標。

1 工藝因素對加工質量的影響

（1）刀具材料和刀具角度的合理選擇。刀具材料在切削中一方面受到高壓、高溫和劇烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐熱性好，另一方面又要受到壓力、沖擊和振動，要求其強度與耐磨性必然較差，反之亦然，那么如何根據工件材料和加工階段來選擇刀具材料就顯得很重要了。

常用的刀具材料有高速鋼、硬質合金、陶瓷材料和超硬材料，高速鋼的主要優點是易于刃磨且具有良好的強度和韌性，在車削中常用于螺紋車刀。應用普遍的硬質合金有YG（鎢鈷類）和YT（鎢鈦鈷類）兩類，其耐熱溫度在 800～1000°C之間，比高速鋼硬、耐磨、耐熱得多，允許的切削速度比高速鋼大3～10倍，而涂層硬質合金比不涂層硬質合金提高2～10倍，該材料的缺點是性脆，怕沖擊和振動，比高速鋼難磨，在刃磨時不能用切削液，也適于加工有色金屬和纖維層材料，其牌號有YG3、YG6和YG8三種，數字是起增強韌性的金屬Co的百分比，牌號越大，韌性越好，越適于粗加工，牌號越小，韌性越差。YT刀具的切削對象是鋼料，其牌號有YT5、YT15和YT30三種，數字是起硬相作用的TiC的百分比，數字越大，硬度越大，硬度越高，越適合于精車，牌號越小，韌性越好，越適合于粗車，即YT5、YT15、YT30在車削中分別對應粗車、半精車和精車。

對于刀具的準備，除了正確選擇刀具材料外，刀具幾何角度的合理選擇以及刀尖過渡形狀的合理運用對提高加工質量十分重要，車刀的幾何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃傾角、前角、后角和副后角。主偏角影響刀尖強度和切削層斷面形狀，車削細長軸、薄壁套零件時，為了防止徑向切削分力造成工件彎曲變形，主偏角應取大些（如90°）；端面、臺階面車刀的主偏角取93°左右為宜；對于一般工件粗車時主偏角為75°時，刀具的強度和散熱性能最好。刀尖角在螺紋車刀中是一個主要角度，作為成形刀具其尖角大小直接決定牙型，對于普通螺紋車刀，刃傾角為10°時，其刀尖角為59°16ˊ，而刀尖圓弧半徑愈大的車刀加工出的表面粗糙度愈細化，刀具前、后角愈大、刀具愈鋒利，表面愈細化，但強度變差。

（2）切削用量的合理選用。合理選用切削用量對提高數控車床的加工質量至關重要，切削用量包括背吃刀量ap，然后選擇一個比較大的進給量f，最后再根據刀具允許的壽命（一般為15～60min）選一個合適的切削速度v,如日常使用中一般數控車床剛度允許的ap值為2～3mm，對于45號調質鋼，硬質合金刀具壽命為 60min，f為 0.3～0.6mm/r，v則為 70～90m/min；而對于精車，因為精車工序直接決定工件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度，選擇用量時要避免積屑瘤，減少殘留面積，減小徑向切削力Fy，避免振動，所以背吃刀量和進給量要小而切削速度較高，一般精車 ap為 0.1～0.8mm，f為 0.01～0.3mm/f，用硬質合金車刀精車中碳鋼時，切削速度約在100～150m/min之間。

數控車床車螺紋依靠主軸脈沖發生器（編碼器），當其主軸轉速選擇過高時，通過編碼器發出的定位脈沖可能因 “過沖”而導致亂牙，大多數數控車床的數控系統推薦車螺紋時主軸轉速n為：n≤1200/p-k，式中，P為被加工螺紋螺距 mm；k為保險系數，一般k=80。

在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，進給速度宜選擇較低，一般在20～50mm/min范圍內選取。

（3）工件裝夾方法的合理選擇。除一般軸類零件用三爪自定心卡盤直接裝夾外，對于一些特殊零件，必須合理選擇裝夾方法，否則對零件加工質量將帶來負面影響，不能發揮數控車床高精度加工的優越性。細長軸零件在車削時，由于工件散熱條件差，溫升高，軸向因熱變形造成較大的伸長量，如果用“一夾一頂”方法裝夾時，尾座頂尖就不能用固定頂尖，否則細長軸易產生彎曲變形，科學合理的裝夾方法是改用鋼絲過渡夾緊，另外，在中間可以安裝中心架或跟刀架，在跟刀架的支承調整中其壓緊力要適度，如果有間隙則達不到提高工件鋼性的目的，如果壓緊力過大，則細長軸加工后，表面呈現“竹節“狀，影響圓柱度。車薄壁工件時隔時為了防止徑向夾緊力引起工件變形，可以采用軸向夾緊，開口環過渡夾緊或用軟爪夾緊的方法，另外還可在一端預先留較厚的工藝凸緣。車削曲軸時可以中間搭一個中心架來提高工件的剛度，以防因切削力的影響而變形。

2 提高數控車床加工質量的技巧

用數控車床加工零件，除了要求操作者具備較強的理論知識和必備的操作技能外，為了提高加工質量，還要求操作者活用、巧用機床，如：

（1）“一刀多尖”的運用。所謂“一刀多尖”是指一把車刀在一道工序中利用它的多個刀尖來加工不同的工件表面，當多把車刀使用并編程。如1號位車刀號為T01，一個刀尖車外圓，另一個刀尖車端面，車外圓刀尖對刀值輸入到偏置號“T0005”中，則外圓車刀編程時為“T0105”中，車端面刀尖對刀數值輸入到偏置號 “T0006”中，則端面車刀編程時指令為“T0106”，可見一把車刀即充當了兩把車刀使用，可以間接擴充回轉刀架的刀庫容量，且刀具角度比較好選擇。

（2）“刀尖圓弧半徑補償”動能的有效運用。數控車床的數控系統目前正在推廣“刀尖圓弧半徑補償”功能，該功能對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誤差，帶有圓弧半徑的刀尖（即便沒有，刀具有切削過程中也會因磨損而自然生成），其刀尖點為一個空間的一個虛點，數控編程時是以這個虛點來編程的，而實際切削圓弧表面時（對圓柱外圓表面和端面尺寸無影響），刀具實際切削點為刀尖圓弧上各實際分布點，必然會造成一邊過切，而另一邊少切現象，而遇有刀尖圓弧半徑補償補償功能（即G41、G42和G40），能夠進行運算，始終保證當前刀尖點是刀具圓弧與理論外圓輪廓的切點。此功能在數控車床上運用時簡單有效，十分重要。

（3）刀具“磨損”的合理運用。不管是成批大量生產還是單位小批量生產，數控車床加工工件時須有一個加工試件的過程，如何快速而準確地保證加工尺寸精度，現在數控車床系統中增設了刀具的補償功能，能夠很有效地實現工件尺寸的快速調整。例如在同一零件上要加工，首先編程、試切、對刀、如果一次連續自動加工，勢必因工藝系統誤差或測量誤差導致工件報廢，而有效的步驟是：首先設定某一磨損量如0.600mm，然后正常加工，待加工完畢后，取消磨損值，設定為0，然后逐段精密測量，則每段理論直徑相應增加0.600mm，與實際測量尺寸比較，如果偏大，則將相應的程序段指令的X值減小相應的增量值，反之亦然。

3 結語

影響數控機床加工精度的因素很多，怎樣在這些互相影響的因素中找到其規律與共性，把握和利用好它，更好地發揮數控機床的特性，提高零件的加工質量與生產效率是一名數控機床使用人員值得深入探討的問題。

[1][美]凱賽達（Quesada,R.）著，崔洪斌，張敬凱 譯.計算機數控技術應用-加工中心和車削中心［M］.北京：清華大學出版社，2006.

[2]孫德茂.數控機床車削加工直接編程技術［M］.北京：機械工業出版社，2005.