淺議提高數控車床加工精度的方法

洪濤+詹俊

摘 要：影響數控機床加工精度的因素很多，怎樣在這些互相影響的因素中找到其規律與共性，把握和利用好它，更好地發揮數控機床的特性，提高零件的加工質量與生產效率是數控機床使用人員值得深入探討的問題。

關鍵詞：數控車床；加工工藝；提高；加工質量

數控車床是一種高精度、高效率的現代化車削加工設備，應用越來越普遍。數控車床的高精度為保證加工質量提供了可能性。下面僅從加工工藝和機床操作兩方面探討如何提高數控車床加工零件的質量。零件的加工質量包括加工精度和表面質量。其中，加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀、位置）與理想幾何參數的符合程度，包括尺寸精度、形狀精度和位置精度；表面質量，是指零件在機械加工后被加工面的微觀不平度，也叫粗糙度，以Ra＼Rz＼Ry三種代號加數字來表示，機械圖紙中都會有相應的表面質量要求。零件的加工質量主要考核以上四大指標。通過分析，以下幾方面對加工質量有影響。

一、加工工藝對零件加工質量的影響

機械加工工藝規程一般包括以下內容：工件加工的工藝路線、各工序的具體內容及所用的設備和工藝裝備、工件的檢驗項目及檢驗方法、切削用量、時間定額等。我們主要從以下幾點來分析。

1、各工序所用設備

數控車削用到的設備主要是刀具，不同材料的刀具和不同角度的刀具對加工質量影響較大。在切削過程中，刀具一方面要受到高溫、高壓和劇烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐熱性好；另一方面又要受到沖擊和振動，要求其塑性和韌性要好，所以，要對工件材料和具體的加工階段進行分析，選擇適合的刀具材料才能提高加工質量。

市面上常用的刀具材料有高速鋼、硬質合金、陶瓷材料和超硬材料。高速鋼的主要優點是易于刃磨且具有良好的強度和韌性，高速鋼常用于鉆頭、絲錐、鋸條以及滾刀、插齒刀、拉刀等精密刀具，尤適用于制造復雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具。硬質合金是以高硬度難熔金屬的碳化物（WC、TiC）微米級粉末為主要成分，以鈷（Co）或鎳（Ni）、鉬（Mo）為粘結劑，在真空爐或氫氣還原爐中燒結而成的粉末冶金制品。應用普遍的硬質合金有YG（鎢鈷類）和YT（鎢鈦鈷類）兩類，其耐熱溫度在800～1 000 ℃之間，比高速鋼硬、耐磨、耐熱得多，允許的切削速度比高速鋼大3～10倍，而涂層硬質合金比不涂層硬質合金提高2～10倍，該材料的缺點是性脆，怕沖擊和振動，比高速鋼難磨，在刃磨時不能用切削液，也適于加工有色金屬和纖維層材料。

對于刀具的準備，除了正確選擇刀具材料外，刀具幾何角度的合理選擇以及刀尖過渡形狀的合理運用對提高加工質量十分重要，車刀的幾何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃傾角、前角、后角和副后角。主偏角影響刀尖強度和切削層斷面形狀，車削細長軸、薄壁套零件時，為了防止徑向切削分力造成工件彎曲變形，主偏角應取大些（如90°）；端面、臺階面車刀的主偏角取93°左右為宜；對于一般工件粗車時主偏角為75°時，刀具的強度和散熱性能最好。刀尖角在螺紋車刀中是一個主要角度，作為成形刀具其尖角大小直接決定牙型，對于普通螺紋車刀，刃傾角為10°時，其刀尖角為59°16′，而刀尖圓弧半徑愈大的車刀加工出的表面粗糙度愈細化，刀具前、后角愈大、刀具愈鋒利，表面愈細化，但強度變差。

2、 切削用量的合理選用

合理選用切削用量對提高數控車床的加工質量至關重要，切削用量是切削時各運動參數的總稱，包括切削速度、進給量和背吃刀量。背吃刀量ap的確定 ：在工藝系統剛度和機床功率允許的情況下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少進給次數。當零件精度要求較高時，則應考慮留出精車余量，其所留的精車余量一般比普通車削時所留余量小，常取0.1～0.5mm。進給量f：進給量f的選取應該與背吃刀量和主軸轉速相適應。在保證工件加工質量的前提下，可以選擇較高的進給速度。主軸轉速n的確定 ：光車外圓時主軸轉速 光車外圓時主軸轉速應根據零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具材料以及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。

3、工件裝夾方法的選擇

除一般軸類零件用三爪自定心卡盤直接裝夾外，對于一些特殊零件，必須合理選擇裝夾方法，否則對零件加工質量將帶來負面影響，不能發揮數控車床高精度加工的優越性。細長軸零件在車削時，由于工件散熱條件差，溫升高，軸向因熱變形造成較大的伸長量，如果用"一夾一頂"方法裝夾時，尾座頂尖就不能用固定頂尖，否則細長軸易產生彎曲變形，科學合理的裝夾方法是改用鋼絲過渡夾緊，另外，在中間可以安裝中心架或跟刀架，在跟刀架的支承調整中其壓緊力要適度，如果有間隙則達不到提高工件鋼性的目的，如果壓緊力過大，則細長軸加工后，表面呈現"竹節"狀，影響圓柱度。車薄壁工件時隔時為了防止徑向夾緊力引起工件變形，可以采用軸向夾緊，開口環過渡夾緊或用軟爪夾緊的方法，另外還可在一端預先留較厚的工藝凸緣。車削曲軸時可以中間搭一個中心架來提高工件的剛度，以防因切削力的影響而變形。

二、提高數控車床加工質量的技巧

用數控車床加工零件，除了要求操作者具備較強的理論知識和必備的操作技能外，為了提高加工質量，還要求操作者活用、巧用機床。

1、 消除刀尖對不同加工面的影響

車刀在加工不同位置的表面時，刀尖的偏值是不一樣的。如1號位車刀號為T01，一個刀尖車外圓，另一個刀尖車端面，車外圓刀尖對刀值輸入到偏置號"T0001"中，則外圓車刀編程時為"T0101"中，車端面刀尖對刀數值輸入到偏置號"T0002"中，則端面車刀編程時指令為"T0102"，可見一把車刀即充當了兩把車刀使用，可以間接擴充回轉刀架的刀庫容量，且刀具角度比較好選擇。

2、 "刀尖圓弧半徑補償"動能的有效運用

數控系統中有"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，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，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。

3、 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，能夠有效地實現工件尺寸的快速調整。

三、 結束語

影響數控機床加工精度的因素很多，怎樣在這些互相影響的因素中找到其規律與共性，把握和利用好它，更好地發揮數控機床的特性，提高零件的加工質量與生產效率是數控機床使用人員值得深入探討的問題。

參考文獻：

[1]袁周華.數控機床操作實訓[d].中國農業出版社，2006.