提高數控車床Cp值策略及方法的研究

于鐸

摘要：近年用戶對數控車床加工尺寸精度的穩定性十分重視往往提出工序能力系數Cp≥1.33作為機床的驗收指標，在形式檢驗和產品水平評價時也規定了Cp值的考核[1]。許多數控車床雖然完全符合精度檢驗等質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。

關鍵詞：數控機床;Cp值;定位精度

1 ?為什么要求Cp≥1.33

在生產穩定的情況下，影響工序能力的隨機因素的綜合結果近似的符合正態分布;工序能力的高低用質量分布標準的偏差σ表示。質量標準T與能力6σ的比值即工序能力系數：

Cp=T/6σ（1）

實際工作中我們只能加工有限數量的零件（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，質量上可以放心。允許影響質量的一些小波動，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，著重討論徑向質量標準。我廠經濟數控車床按照簡式數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。普及數控車床說明書規定加工孔達到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機床最大回轉直徑。根據上述所述確定質量標準，即軸加工的公差范圍。

表中所取的公差范圍式直徑上取得，即質量標準的2倍（2T）。作為制造廠，我們有責任達到上述質量標準。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，影響加工質量的因素包括隨機誤差和系統誤差兩部分。系統誤差在數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和回轉刀架在主平面內定位精度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位的動作，這兩項誤差決定了6S的數值。

普及型的精度允差[3]R=0.007mm，D=0.005mm。

經濟型的精度允差[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，當回轉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，質量穩定性沒有保證。究其原因，采用數理統計方法，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?，F探討一下提高這兩項精度的可能性。

近年我廠產品的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。

現按Cp=1.33的要求根據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。目前許多企業管理質量水平試測試結果不準，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。在加工試件刀架轉位等項目不得以刻度為0.01mm的儀表估測μm的讀數。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系統誤差雖可在計算中排除，但終歸對零件尺寸及質量分布產生影響。為減少溫升熱變形影響，試驗前機床應預轉加熱。室基本處于熱穩定狀態。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機床主軸回轉精度，導軌直線性，刀架運動均運性等力求高質量。

參考文獻：

[1]JB/T43684-96，數控臥式車床性能試驗規范.

[2]王小華.《質量控制與管理》機械工程師進修教材.

[3]GB/T16462-96，數控臥式車床精度檢驗.

[4]JB/T8324.1-96，簡式數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計檢驗原理.