淺談數(shù)控車削如何提高零件精度

(成都郫縣希望職業(yè)學(xué)校 四川 成都 611745)

淺談數(shù)控車削如何提高零件精度

凌書娟

(成都郫縣希望職業(yè)學(xué)校 四川 成都 611745)

數(shù)控車床的加工精度直接影響機(jī)械零件的質(zhì)量，因此加工精度的影響因素受到廣泛關(guān)注。文中主要提到了利用刀尖圓弧和小技巧保證數(shù)控車床加工精度， 對(duì)進(jìn)一步探討數(shù)控車床加工精度的提高措施有一定借鑒作用。

圓弧加工；精度；刀補(bǔ)

根據(jù)以往的研究，影響數(shù)控車床加工精度因素的影響程度存在一定的差別，對(duì)其匯總分類可得：加工中的過程誤差所占比例為25%～40%，車床本身誤差所占比例為45%～65%，檢測(cè)誤差所占比例為10%～15%。在數(shù)控車床使用過程中，加工的誤差大多來自于刀具。為了降低被加工工件表面的粗糙度，減緩刀具磨損，提高刀具壽命，通常將車刀刀尖刃磨成圓弧形，圓弧半徑一般在0.4～1.6mm之間。使用有刀尖半徑補(bǔ)償功能(G41、G42)的數(shù)控車床，只要在加工程序中直接按工件尺寸編程，就不會(huì)因?yàn)榈都鈭A弧引起加工誤差；而無此功能的數(shù)控車床，加工中就會(huì)受到刀尖圓弧的影響，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成工件超差報(bào)廢。現(xiàn)就圖1所示工件中SR10-0.04球面的加工來討論這個(gè)問題。

圖一

加工誤差分析：

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的使用中，我們通常采用試切法對(duì)刀，這樣，加工程序所描述的刀位點(diǎn)是P 點(diǎn)(圖1)，而實(shí)際參加切削的是刀尖圓弧(此處刀尖圓弧半徑為0.4 mm)而并非P點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)P點(diǎn)實(shí)際不存在。所以，加工程序所描述的P 點(diǎn)的軌跡與實(shí)際加工輪廓之間存在不同程度的誤差。但在車削外圓、內(nèi)孔及端面時(shí)，這個(gè)誤差為零。而在加工弧面和錐面時(shí)，這個(gè)誤差就很明顯。圖中，M線為加工程序所描述的P點(diǎn)的軌跡，即工件的理想尺寸，而實(shí)際加工后的輪廓是N線，陰影就是少切削的實(shí)體部分，即加工誤差。我們利用UG軟件相關(guān)功能可查得N線是一段半徑為9.6mm的圓弧，最大誤差約為0.17mm，如果這個(gè)誤差在公差范圍內(nèi)，我們可以忽略它，否則我們就要采取措施去消除它。

下面我們以學(xué)生期末測(cè)試題作為案例：

加工如下酒具，尺寸如下：

一、提高零件精度方法：

1. 工藝分析法，制定合適的加工工序：此零件有有內(nèi)孔，有圓弧，有較細(xì)軸類。且圓弧處表面粗糙度要求較高，為了達(dá)到精度要求，應(yīng)該先鉆孔，再車外圓。在精車外圓時(shí)為了保證Φ6.86-Φ4.83較細(xì)杯腿的尺寸，和表面粗糙度可以在粗車酒具內(nèi)孔中放置一塊小棉紗或者小棉布。在精加工小錐度杯腿時(shí)可選擇相適應(yīng)的圓弧車刀，我校學(xué)生在實(shí)際加工中選用的寬度為4mm的白鋼切刀。

2. 刀尖圓弧消除法，為保證R12的內(nèi)外圓弧表面粗糙度時(shí)可采用以下方法：

a) 改變編程尺寸

編程時(shí)，調(diào)整刀尖的軌跡，使得圓弧形刀尖實(shí)際加工輪廓與理想輪廓相符。以SR12-0.04球面加工為例，編程時(shí)我們只需將精車程序段做如下改動(dòng)即可：

改變前

…

N100 G00 X26.3 Z-25

N105 G03 X15.68 Z-34.96 R12 FO.1

…

改變后

…

N100 G00 X26.3 Z-25

N105 G03 X15.68 Z-34.96 R12.4 FO.1

…

b) 以刀尖圓弧中心為刀位點(diǎn)編程

步驟如下：繪制工件草圖→以刀尖圓弧半徑r 和工件尺寸為依據(jù)繪制刀尖圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡→計(jì)算圓弧中心軌跡特征點(diǎn)→編程。在這個(gè)過程中刀尖圓弧中心軌跡的繪制及其特征點(diǎn)計(jì)算略顯麻煩，如果使用CAD軟件中等距線的繪制功能和點(diǎn)的坐標(biāo)查詢功能來完成此項(xiàng)工作，則顯得十分方便。另外，采用這種方法加工時(shí)，操作者要注意以下兩點(diǎn)：

1)檢查所使用刀具的刀尖圓弧半徑的r 值是否與程序中的r 值相符；

2)對(duì)刀時(shí)，要把r 值考慮進(jìn)去；

即：如果對(duì)刀得到的刀補(bǔ)值為x(X軸)和y(Z軸)，則實(shí)際應(yīng)該輸入的刀補(bǔ)值為x-2r 和y-r。

3. 提高數(shù)控車床加工精度的有效措施

如何提高數(shù)控車床的加工精度，生產(chǎn)出更加精密的零件，一直是學(xué)者關(guān)注和研究的重點(diǎn)，根據(jù)數(shù)控車床加工精度的影響因素，可通過提高導(dǎo)軌幾何精度、誤差補(bǔ)償法、誤差防止法控制和提高加工精度。

1)提高導(dǎo)軌幾何精度。數(shù)控車床的發(fā)展趨勢(shì)為高切削速度、高加工精度，較高的切削速度必然會(huì)引起振動(dòng)，所以需要導(dǎo)軌具有較好的精度穩(wěn)定性和較高的剛度，可以采用鋼制滑動(dòng)軌道整體磨削的方法進(jìn)行提高。具體方法為：數(shù)控車床在設(shè)計(jì)時(shí)采用淬硬處理后的鋼制滑動(dòng)導(dǎo)軌，用螺釘固定在由導(dǎo)軌磨床磨削后的平面上，導(dǎo)軌與導(dǎo)軌基座之間縫隙用注塑填充物進(jìn)行充實(shí)，最后進(jìn)行整體磨削，獲得較好的幾何精度。

2)誤差補(bǔ)償法。誤差補(bǔ)償法是通過數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能，對(duì)已存在的坐標(biāo)軸偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，精度不高的車床可以通過誤差補(bǔ)償法加工出較高精度的產(chǎn)品。此方法可由硬件或軟件完成。例如采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床，由于反向偏差的影響其定位精度存在誤差，可以采用對(duì)反向偏差補(bǔ)償?shù)氖侄蜗`差[5]。

3)誤差防止法。誤差防止法是在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造階段通過提高機(jī)械零件的精度來消除可能存在的誤差。此方法能夠從整體上較好地減小加工精度的誤差，但是成本較高，并且此數(shù)控車床在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)提高加工精度難度較大。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床作為一種高效率的自動(dòng)化機(jī)床被廣泛應(yīng)用，其加工精度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能。本文在簡(jiǎn)要闡述數(shù)控車床組成和工作原理的基礎(chǔ)上，研究了數(shù)控車加工精度的影響因素，主要對(duì)其伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素和車刀參數(shù)變化因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。并提出了3種提高數(shù)控車床加工精度的有效措施，分別為：巧妙使用加工工藝，提高數(shù)控機(jī)床精度、和計(jì)算數(shù)控刀具圓弧補(bǔ)償。對(duì)于職校教學(xué)和進(jìn)一步研究和分析數(shù)控車床加工精度具有一定的參考價(jià)值。

[1]陸根奎 車工技師培訓(xùn)教材 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.4

[2]袁哲俊 金屬切削刀具 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1984.4

[3]王光斗 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社1984.4

[4]孟少農(nóng) 機(jī)械加工工藝手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社2001.4

凌書娟(1986-)，女，漢族，四川資中人，工商管理學(xué)士，四川成都郫縣希望職業(yè)學(xué)校。