数控车削加工的误差分析及解决办法

HEATS

前言 1 l% F1 n- s( d" d2 b

数控车床因其精度高、高度柔性自动化及适合加工复杂零件的特性，在机械制造企业的应用愈加广泛。然而，数控车床的传动、运动部件还是机械的，车刀刀尖也不是一个真正的点，而是一段圆弧，仍然容易产生加工误差。下面针对这两种情况进行分析并提出解决办法。
; F$ l% o" N* q$ A L# u8 Q* w' M" j, E0 d( I3 e& T& V1 ?7 Y0 N# P7 J$ g) n2 B: N& x& s" d1 y- N5 B ~" e/ E: ?( v/ [; p4 {7 ^! l& l9 U3 {9 f: K) o8 E

图1 刀尖零件图

图2 刀尖圆弧引起的加工误差

图3 一般加工路线图

图4 改进的加工路线图

) i( h& y q) k% l' ~9 D2 I" e

1 刀尖圆弧引起的误差

1. 误差分析在数控车床使用过程中，为了降低被加工工件表面的粗糙度，减缓刀具磨损，提高刀具寿命，通常将车刀刀尖刃磨成圆弧，圆弧半径一般在0.4～1.6mm之间。如图1所示，采用试切法对刀时由A、B两点分别确定刀架中心的X、Z位置。这样，加工程序所描述的刀位点是P点，数控系统将控制P点的运动轨迹，而在切削时实际起作用的切削刃则是刀尖圆弧上的各切点，这势必会产生加工表面的形状误差。在车削外圆、内孔及端面时，这个误差为零。而在加工弧面和锥面时，这个误差就很明显。图1零件SR10_-0.04球面加工的误差分析见图2。图中M线为加工程序所描述的P 的轨迹，即工件的理想尺寸，而实际加工后的轮廓是N线，阴影就是少切削部分，即加工误差。假设刀尖圆弧半径为r=0.4mm，理论分析表明，N线是半径为R-r=9.6的圆弧，M、N两圆弧圆心X、Z向均相距r=0.4mm，最大误差约为0.17mm，不满足精度要求。 " g' E7 z6 A6 R+ L; O
2. 误差消除方法
   选择刀尖圆弧中心点为刀位点，调用刀尖半径补偿(G41、G42)指令，其编程和加工步骤如下： ) } d. X" M1 B7 j- K. L& r! J, M2 N

   7 B- r0 d. T7 y% ?0 f8 _- ?+ ~
   1. 按轮廓表面编程，设置右刀补，图1零件球面精加工程序如下：
      …… 9 e/ M- o! |% f# f( g9 o, A7 O
      N04 G42 G00 X8 Z50 * ' n4 y$ u8 V4 K, Y" z% Z3 G
      N05 G03 X20 Z42 F100 * ! S) ~8 i% q+ y) X* I. ^# ]0 Z$ f
      ……
      8 ^3 G ?9 |6 F" m; i
   2. 以A、B 点对刀，并在相应方向使刀具增加位移量：(偏刀类)DX =2r，DZ =r，或(尖刀类)DX =2r，DZ =0； \7 i" b) r% X' i" Q
   3. 输入刀具半径r；
   4. 加工。

   7 D) r& |4 x, T9 a: g" N% H3 u
   调用刀具半径补偿指令，特别注意以A、B点对刀后要找出正确的刀尖圆心位置。在刀补建立时，要使刀尖圆弧圆心沿工件待加工轮廓表面(编程轨迹)运动，而车刀不是回转类刀具，传统的车削加工基本不涉及刀尖圆心的问题，故须对车削数控系统的刀具半径补偿有本质的认识。

3 A& b; f1 O4 a0 z; d J2 N

2 丝杠副间隙产生的误差

- F+ J: }& x0 _6 n7 r4 g# T$ X4 |
1. 误差分析 7 A6 l. {4 e9 D9 I. u8 K; W* g
   中拖板丝杠副间隙是必然存在的，对普通车床来说，间隙较大；对数控车床而言，由于采用的是滚珠丝杠副，并且都进行了预紧，从理论上讲，是达到了零间隙，无反向空程。实际上，对于有相对运动的传动部件，间隙是不可避免的。对高精度的滚珠丝杠副而言，只是间隙非常微小；如果真正达到零间隙，运行的阻力就会增大。因而，在丝杠反向运动时，还是存在微小的空程，这个空程就足够影响加工精度。在加工轴类零件时，一般的加工路线如图3所示，通常是通过下面一段程序来进行的：
   …… 6 n4 U2 h: O: W; e
   N04 G00 X30 Z2 *
   N05 G01 Z-25 F100 * # F8 ?7 M1 V2 d" Z% e
   N06 X40.015 *
   N07 Z-80 * & B2 S- M; l! G
   …… 4 G0 l/ t I4 b' o
   将D40^+0.030外圆直径加工出来，可每次的加工尺寸都会偏大或偏小，达不到精度要求。
   4 n2 ^( F. z( T
2. 误差消除方法 5 ^, `' `. X% z$ F9 C4 ~( w- c
   对数控车床，可采用多退回(或前进)一段距离，再前进(或退回)到所需的加工位置，使丝杠副始终以同一个侧面相接触来消除丝杠副间隙误差。刀具走图4的加工路线，程序如下：
   …… : `3 l2 G; y5 q4 g( Q" u
   N04 G00 X30 Z2 *
   N05 G01 Z-25 F100 * 8 [9 M7 f* I- W. y$ j
   N06 X45 * # o, V6 M' C1 p' f4 r( V
   N07 X40.015 *
   N08 Z-80 *
   ……
   该方法省时省力，效果良好。适合于一般精度的数控车床在加工重要尺寸时使用，避免了采用机械方法来减少间隙而带来的阻力增大和调整困难等问题。

: G; l3 j- i, M9 K( ^

3 结束语

. x3 u( }* t5 V1 H

数控机床加工样件后，每个尺寸应对照图样仔细测量。若出现误差，一般情况下，通过调整刀补，修改程序即可减少甚至消除，达到精度要求。合理编制较为复杂的数控加工程序并调试、修改，加工出合格的产品，是数控编程人员综合能力的一种体现。