淺析數控車床加工的精度

■文/胡瑋

淺析數控車床加工的精度

■文/胡瑋

摘要本文通過分析數控車床加工精度的幾個主要因素，闡述了相應地解決措施，希望對日后的數控車床加工水平起到重要的推進作用。

關鍵詞數控車床加工精度誤差補償

在實際生產中，數控車床車削零件的質量受諸多因素的影響，如工藝過程、數控系統、數控編程和對刀調整等都直接影響零件的加工質量。但可以利用軟件來進行校正補償，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，充分發揮工藝系統的潛能，獲得高的加工精度及重復精度。

一、數控車床的組成及工作原理

數控車床是集現代機械制造技術、自動控制技術、檢測技術、計算機信息技術于一體的高效率、高精度、高柔性和高自動化的現代機械加工設備。它同其它機電一體化產品一樣，也是由機械本體、動力源、電子控制單元、檢測傳感部分和執行機器（伺服系統）組成。在普通車床上加工零件，是由操作者根據零件圖紙的要求，不斷改變刀具與工件之間相對運動軌跡，由刀具對工件進行切削而加工出要求的零件。而在數控車床上加工零件時，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數和車床運動要求用數控語言編制出加工程序，然后輸入到CNC裝置，CNC裝置對加工程序進行一系列處理后，向伺服系統發出執行指令，由伺服系統驅動車床移動部件運動，從而自動完成零件的加工。

二、數控車床加工精度控制方法

一般注意以下幾點：刀具磨損、工件彈性變形、加工工藝、加工順序、對刀、修改刀補、機床間隙狀態、裝夾方式等。

1、數控車床加工優化參數，平衡刀具負荷，減少刀具磨損。而由于自身幾何形狀的差異導致不同刀具在剛度、強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。如果在編程時不考慮這些差異。用強度、剛度弱的刀具承受較大的切削載荷，就會導致刀具的非正常磨損甚至損壞，而零件的加工質量達不到要求。因此編程時必須分析零件結構，減少磨刀及更換刀具的次數。

2、數控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數控車床是一次裝夾，連續自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面：

（1）合理選擇切削用量。

對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。

切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。

進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產生。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。

用戶要根據被加工的材料、硬度、切削狀態、材料種類、進給量、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上選定的。然而，在實際作業中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，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，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求；（b）精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求；（c）為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片；（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。

加工路線是指數控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。

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

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

（d)夾具安裝要點目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現的，液壓卡盤夾緊要點如下：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行一次二次切削相當于精加工過程去處毛刺等傷痕目的是提高工件的表面粗糙度多應用于進行精加工的刀具上。

三、提高數控車床加工質量的技巧

（1）“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。

（2）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。

四、結束語

產品質量的高低一定程度上受數控車床加工精度的影響。在此情況下，數控機床的加工精度受到了機床制造者和使用者的高度重視。

參考文獻：

[1]盛伯浩.我國數控機床現狀與發展策略[J].制造技術與機床，2006，（12）.

[2]劉煥牢，李曦，李斌，師漢民.數控機床幾何誤差和誤差補償關鍵技術[J].機械工程師，2003.

（作者單位：湖北工程職業學院）