提高数控车床加工精度的措施与技巧分析

2011-04-12易忠奇

时代农机 2011年9期

易忠奇

（湖南机电职业技术学院，湖南长沙 410151）

数控车床是按数字形式给出的指令进行加工的，目前数控车床的脉冲当量普遍达到了0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控车床能达到很高的加工精度，对于中、小型数控车床其重复定位精度为0.01mm。此外，数控车床的传动系统与车床结构具有很高的刚度和热稳定性，制造精度高，并且数控车床的自动加工方式避免了人为的干扰因素，同一批零件尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量稳定。

数控车床为保证加工质量提供了可能性，但往往影响零件质量的因素除了机床精度外还有很多因素，例如工艺因素、操作技巧等，下面仅从工艺因素和操作技巧两方面探讨如何有效利用数控车床提高零件的加工质量。

零件的加工质量包括加工精度和表面质量。加工精度的评定指标有尺寸精度、形状精度和位置精度，表面质量就加工而言要考虑表面粗糙度值，数控车床的加工质量主要考核以上四大指标。

1 工艺因素对加工质量的影响

（1）刀具材料和刀具角度的合理选择。刀具材料在切削中一方面受到高压、高温和剧烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐热性好，另一方面又要受到压力、冲击和振动，要求其强度与耐磨性必然较差，反之亦然，那么如何根据工件材料和加工阶段来选择刀具材料就显得很重要了。

常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料，高速钢的主要优点是易于刃磨且具有良好的强度和韧性，在车削中常用于螺纹车刀。应用普遍的硬质合金有YG（钨钴类）和YT（钨钛钴类）两类，其耐热温度在 800～1000°C之间，比高速钢硬、耐磨、耐热得多，允许的切削速度比高速钢大3～10倍，而涂层硬质合金比不涂层硬质合金提高2～10倍，该材料的缺点是性脆，怕冲击和振动，比高速钢难磨，在刃磨时不能用切削液，也适于加工有色金属和纤维层材料，其牌号有YG3、YG6和YG8三种，数字是起增强韧性的金属Co的百分比，牌号越大，韧性越好，越适于粗加工，牌号越小，韧性越差。YT刀具的切削对象是钢料，其牌号有YT5、YT15和YT30三种，数字是起硬相作用的TiC的百分比，数字越大，硬度越大，硬度越高，越适合于精车，牌号越小，韧性越好，越适合于粗车，即YT5、YT15、YT30在车削中分别对应粗车、半精车和精车。

对于刀具的准备，除了正确选择刀具材料外，刀具几何角度的合理选择以及刀尖过渡形状的合理运用对提高加工质量十分重要，车刀的几何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃倾角、前角、后角和副后角。主偏角影响刀尖强度和切削层断面形状，车削细长轴、薄壁套零件时，为了防止径向切削分力造成工件弯曲变形，主偏角应取大些（如90°）；端面、台阶面车刀的主偏角取93°左右为宜；对于一般工件粗车时主偏角为75°时，刀具的强度和散热性能最好。刀尖角在螺纹车刀中是一个主要角度，作为成形刀具其尖角大小直接决定牙型，对于普通螺纹车刀，刃倾角为10°时，其刀尖角为59°16ˊ，而刀尖圆弧半径愈大的车刀加工出的表面粗糙度愈细化，刀具前、后角愈大、刀具愈锋利，表面愈细化，但强度变差。

（2）切削用量的合理选用。合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要，切削用量包括背吃刀量ap，然后选择一个比较大的进给量f，最后再根据刀具允许的寿命（一般为15～60min）选一个合适的切削速度v,如日常使用中一般数控车床刚度允许的ap值为2～3mm，对于45号调质钢，硬质合金刀具寿命为 60min，f为 0.3～0.6mm/r，v则为 70～90m/min；而对于精车，因为精车工序直接决定工件的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度，选择用量时要避免积屑瘤，减少残留面积，减小径向切削力Fy，避免振动，所以背吃刀量和进给量要小而切削速度较高，一般精车 ap为 0.1～0.8mm，f为 0.01～0.3mm/f，用硬质合金车刀精车中碳钢时，切削速度约在100～150m/min之间。

数控车床车螺纹依靠主轴脉冲发生器（编码器），当其主轴转速选择过高时，通过编码器发出的定位脉冲可能因 “过冲”而导致乱牙，大多数数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速n为：n≤1200/p-k，式中，P为被加工螺纹螺距 mm；k为保险系数，一般k=80。

在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，进给速度宜选择较低，一般在20～50mm/min范围内选取。

（3）工件装夹方法的合理选择。除一般轴类零件用三爪自定心卡盘直接装夹外，对于一些特殊零件，必须合理选择装夹方法，否则对零件加工质量将带来负面影响，不能发挥数控车床高精度加工的优越性。细长轴零件在车削时，由于工件散热条件差，温升高，轴向因热变形造成较大的伸长量，如果用“一夹一顶”方法装夹时，尾座顶尖就不能用固定顶尖，否则细长轴易产生弯曲变形，科学合理的装夹方法是改用钢丝过渡夹紧，另外，在中间可以安装中心架或跟刀架，在跟刀架的支承调整中其压紧力要适度，如果有间隙则达不到提高工件钢性的目的，如果压紧力过大，则细长轴加工后，表面呈现“竹节“状，影响圆柱度。车薄壁工件时隔时为了防止径向夹紧力引起工件变形，可以采用轴向夹紧，开口环过渡夹紧或用软爪夹紧的方法，另外还可在一端预先留较厚的工艺凸緣。车削曲轴时可以中间搭一个中心架来提高工件的刚度，以防因切削力的影响而变形。

2 提高数控车床加工质量的技巧

用数控车床加工零件，除了要求操作者具备较强的理论知识和必备的操作技能外，为了提高加工质量，还要求操作者活用、巧用机床，如：

（1）“一刀多尖”的运用。所谓“一刀多尖”是指一把车刀在一道工序中利用它的多个刀尖来加工不同的工件表面，当多把车刀使用并编程。如1号位车刀号为T01，一个刀尖车外圆，另一个刀尖车端面，车外圆刀尖对刀值输入到偏置号“T0005”中，则外圆车刀编程时为“T0105”中，车端面刀尖对刀数值输入到偏置号 “T0006”中，则端面车刀编程时指令为“T0106”，可见一把车刀即充当了两把车刀使用，可以间接扩充回转刀架的刀库容量，且刀具角度比较好选择。

（2）“刀尖圆弧半径补偿”动能的有效运用。数控车床的数控系统目前正在推广“刀尖圆弧半径补偿”功能，该功能对于轴类零件圆弧表面的加工精度的保证十分有效，大大减小了工艺系统误差，带有圆弧半径的刀尖（即便没有，刀具有切削过程中也会因磨损而自然生成），其刀尖点为一个空间的一个虚点，数控编程时是以这个虚点来编程的，而实际切削圆弧表面时（对圆柱外圆表面和端面尺寸无影响），刀具实际切削点为刀尖圆弧上各实际分布点，必然会造成一边过切，而另一边少切现象，而遇有刀尖圆弧半径补偿补偿功能（即G41、G42和G40），能够进行运算，始终保证当前刀尖点是刀具圆弧与理论外圆轮廓的切点。此功能在数控车床上运用时简单有效，十分重要。

（3）刀具“磨损”的合理运用。不管是成批大量生产还是单位小批量生产，数控车床加工工件时须有一个加工试件的过程，如何快速而准确地保证加工尺寸精度，现在数控车床系统中增设了刀具的补偿功能，能够很有效地实现工件尺寸的快速调整。例如在同一零件上要加工，首先编程、试切、对刀、如果一次连续自动加工，势必因工艺系统误差或测量误差导致工件报废，而有效的步骤是：首先设定某一磨损量如0.600mm，然后正常加工，待加工完毕后，取消磨损值，设定为0，然后逐段精密测量，则每段理论直径相应增加0.600mm，与实际测量尺寸比较，如果偏大，则将相应的程序段指令的X值减小相应的增量值，反之亦然。