提高数控车床Cp值策略及方法的研究

2020-09-10于铎

内燃机与配件 2020年3期

于铎

摘要：近年用户对数控车床加工尺寸精度的稳定性十分重视往往提出工序能力系数Cp≥1.33作为机床的验收指标，在形式检验和产品水平评价时也规定了Cp值的考核[1]。许多数控车床虽然完全符合精度检验等质量标准单分散度实验中，用样件批量车削中却远远达不到Cp≥1.33的指标。本文就此探讨其原因并提出相应的措施。

关键词：数控机床;Cp值;定位精度

1 为什么要求Cp≥1.33

在生产稳定的情况下，影响工序能力的随机因素的综合结果近似的符合正态分布;工序能力的高低用质量分布标准的偏差σ表示。质量标准T与能力6σ的比值即工序能力系数：

Cp=T/6σ（1）

实际工作中我们只能加工有限数量的零件（样件）为求及零件的标准偏差S，所以实用中：

Cp=T/6S （2）

对于Cp值的评定见表1[2]。

可以看出Cp<1，工序能力差，满足不了质量要求。当1.33≥Cp≥1，工序能力基本满足要求，但不充分，需要严格控制，检验不可放宽。而1.67≥Cp≥1.33时废品率降致十万分之六，质量上可以放心。允许影响质量的一些小波动，若不是主要工序也可以放宽检查和控制的标准。所以一般用户要求Cp≥1.33是合理的。

2 质量标准T的确定

车床类加工轴向尺寸通常要求不高，着重讨论径向质量标准。我厂经济数控车床按照简式数控车床的相应标准检验，属机床绝对精度的V级，通常称普通级达到的加工精度为IT7。普及数控车床说明书规定加工孔达到IT7精度，而加工轴应达到IT6级，应属绝对精度IV级，即精密级。

车床类加工轴类零件直径往往取1/8机床最大回转直径。根据上述所述确定质量标准，即轴加工的公差范围。

表中所取的公差范围式直径上取得，即质量标准的2倍（2T）。作为制造厂，我们有责任达到上述质量标准。若用户要求更严格，我们则应量力而行，或采取提高精措施选更高档次的机床，或给与拒绝。

3 标准偏差S的确定

实际加工中，影响加工质量的因素包括随机误差和系统误差两部分。系统误差在数控车床加工中主要是刀具磨损和热变形引起的偏差。径向重复定位精度R和回转刀架在主平面内定位精度D为随机误差。分散度试验作样件车削时要求有到架移动和转位的动作，这两项误差决定了6S的数值。

普及型的精度允差[3]R=0.007mm，D=0.005mm。

经济型的精度允差[4]R=0.012mm，D=0.010mm。

标准中轴向重复定位精度R=6SR，可直接代入下面公式（5）。但刀架重复定位精度D是极差，以往习惯常回转7次，故取7次极差计算。以极差值D求刀架重复定位精度的标准偏差[5]。

SD=D/DN （3）

式中DN为极差系数，当回转7次时DN=2.704，所以

SD=D/2.704 （4）

标准偏差则

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）

经济型S=（（12/6）2+（10/2.704）2）1/2=4.2μm （7）

4 精度标准不能满足Cp值的要求

將公式（6）（7）的S值，对应表2的T值代入表2的T值代入公式（2）可计算出相应的Cp值。

可以看出，只达到精度标准的最低要求，则加工的分散度甚差，求出Cp值皆在1以下，质量稳定性没有保证。究其原因，采用数理统计方法，考核机床的工序能力是近20年的事，而精度标准由来已久，致今没有融入工序能力的概念。国外机床虽然不一定经过Cp值考核，但制造精度大多远远高于标准。计算出的Cp值普遍高于国内机床。

5 重复定位精度R和刀架重复定位精度D的推荐值

要满足Cp≥1.33必须提高R和D的精度。现探讨一下提高这两项精度的可能性。

近年我厂产品的X轴重复定位精度R

S1-373 2.05μm

S1-374 6.9μm

S1-378 3.8μm

上述机床皆采用国产汉江机床厂滚珠丝杠。

由上可以认为控制R≤4μm必要时R≤3m并不是苛刻的。

现按Cp=1.33的要求根据T值反求S。再试求R值、D值见表4。

以普及型？准320-400机床为例验证计算如下

T=8μm

取R=4μm D=2μm