研究保证高数控车床的加工精度和表面质量

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1 引言
3 K* w, S% B: W+ S0 i9 E) w在市场竞争激烈的情况下，数控车床的应用越来越广泛。为合理地发挥数控车床的加工特点，保证加工质量，如何保证和提高数控车床的加工质量是十分重要的。
/ x8 f) ^, M* V$ d5 o( }. e2 必须考虑合理的工艺因素，以保证和提高数控车床的加工质量
2.1 数控加工工艺性分析与处理
工艺性分析与工艺处理是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在数控程序编制前完成，因为工艺方案确定之后，编程才有依据。如果工艺性分析不全面，工艺处理不当，将可能造成数控加工的错误，直接影响加工的顺利进行，甚至出现废品。因此数控加工的编程人员首先要把数控加工的工艺问题考虑周全，才进行程序编制。
, [5 u* {' o! {# [+ V合理进行数控车削的工艺处理，是提高零件的加工质量和生产效率的关键。因此应根据零件图纸对零件进行工艺分析，明确加工内容和技术要求，确定加工方式和加工路线，选择合适刀具及切削用量等参数。例如以下图1和图2是我们加工过的两个配合件:
: F5 g; H+ G9 p" o1 p
0 s: \  `: N& N0 ~) a/ \图1 配件1

  K8 @* Y4 M, Q. N+ G( r图2 配件2
) \& t# p! X  Z3 j技术要求:① 锐边倒角C0.5 ② 锥面配合涂色检查不少于60%O③ 毛坯" 60X 120 、φ40X60
$ \$ |  C8 s1 J2.1.1零件图的加工工艺分析
加工以上配合件难点在于保证图1φ26+0.023+0.003外圆柱相对于。φ31.080.060内锥孔的同轴度要求。
2.1.2零件图的加工工艺处理
8 |  B( h: `3 C; l" j5 R  O5 j为了保证图1φ26+0.023+0.003外圆柱相对于。φ31.080.060内锥孔的同轴度的要求在0.02mm内，必须以图1内锥孔为基准加工φ26+0.023+0.003外圆柱面。具体工艺路线:车图1左端面→粗、精车图1左端φ56外圆一打图1左端中心孔→钻图1左端φ20的孔→扩图1左端φ22的孔并车内锥面→车图1右端面→打图1右端中心孔→钻图1右端φ8的通孔→粗、精车图1右端左端外形，但φ26+0.023+0.003圆柱要留2mm精加工余量→切图1右端6Xφ20的槽→车图1右端M24X2-6g的螺纹→车图2左端面→粗、精车图2左端φ38外圆→车图2右端面一粗、精车图2右端圆柱面及圆锥面一切图2右端3Xφ18的槽、把图1左端内锥面套在图2右锥面上，图1右端面用活顶针顶住，车图1右端φ26那段，从而来保证精度及同轴度。
2.2刀具材料和刀具几何参数的合理选择
2.2.1刀具材料的合理选择
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，要求其强度和韧性足够。但是，强度与韧性好的材料，其硬度与耐磨性必然较差，反之亦然。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料，前两者为常用材料，且硬质合金材料在车刀中应用最普遍。高速钢刀具不适合于高速刀削，切削速度直接影响发热量，它的耐热温度约600℃，而硬质合金耐热温度约1000℃，比高速钢硬、耐磨、耐热得多。由于数控加工的高速、高功率等特点，常用的数控车削刀具有尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀，为减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，应尽量采用机夹可转位车刀，其刀片材质多采用硬质合金和涂层硬质合金。
8 r# C; x- r% m) h+ r2.2.2刀具几何参数的合理选择
在数控车床加工的实际应用中，由于车刀刀尖圆弧半径、主偏角、车刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响，必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差，对于圆柱类零件表面的加工，由于车刀刀尖圆弧半径与车刀主偏角的存在，使得被加工零件的轴向尺寸发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随主偏角的增大而减小。
在加工单段外锥体零件时，轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随被加工零件锥度的增大而增大;由此引起与锥体小端相连接部径向尺寸的变化，其径向尺寸的变化量随车刀刀尖圆弧半径的增大而减小，随被加工零件锥度的增大而减小。如图3可见。
图3 车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响
式中:△a-由刀尖圆弧半径引起的轴向尺寸变化量:
0 m( a6 Z2 j2 U0 I+ l2 n△ a=b-a=r
b- 零件轴向尺寸，a-实际轴向位移量，r-刀尖圆弧半径。
  d0 Z( D, v7 e1 E8 H所以加工图1和图2零件时，根据图I和图2零件图的形状，粗加工外轮廓可选用刀尖圆弧半径10.8的D型可转位车刀刀片，精加工外轮廓可选用刀尖圆弧半径r = 0.4的D型可转位车刀刀片，并使用刀尖圆弧半径补偿。在NEIJING-FANUC Oi Mate-TC CAK6136V/750型数控车床加工外轮廓时，用G42且在相应的刀位号输人刀尖圆弧半径。以减少刀尖圆弧半径带来的加工误差，从而保证和提高加工质量。
2.3切削用量的合量选用
9 E" n# T, B6 i1 h数控 车 削 加工中的切削用量包括背吃刀量a。，主轴转速S或切削速度v（用于恒线速度切削），进给速度或进给量f。切削用量的选择原则是:粗车时要首先考虑选择尽可能大的背吃刀量。其次选择较大的进给量f，最后确定一个合适的切削速度。精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量a。和进给量f，同时依据刀具参数尽可能提高切削速度，以保证加工质量，提高生产率。
7 J# J! x: o7 w7 M2.4切削液的合理选择
切削液的主要作用是:冷却和润滑。车削中常用的切削液是乳化液，数控车床可以选用10号或20号机油为切削液;当有足够流量的切削液能完全冷却硬质合金刀具时，在车削钢等塑性材料时，以加冷却液为好;车铸铁、黄铜、青铜等脆性材料时，一般不加切削液，因为崩碎切屑与切削液混在一起容易阻塞机床拖板的运动;用高速钢刀具切削钢等塑性金属时，要加切削液。例如加工图1和图2零件时，由于图1和图2零件材料是45#钢，所以选用的切削液是乳化液。
2.5工件装夹方法的合理选择
5 O+ H+ }" r1 t9 f# B数控 车 床 上装夹工件的方法与一般车床基本一样。如合理选择定位基准和夹紧方式，注意减少装夹次数，尽量采用组合夹具等。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，否则对零件的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。例如: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，尾座顶尖就不能用固定顶尖（固然其定位精度高），否则细长轴易产生弯曲变形，科学合理的装夹方法是改用弹性活动顶尖顶轴的右端，并且卡爪部位用钢丝过渡夹紧。车薄壁工件时为了防止径同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，另外可以在一端预先留较厚的工艺凸缘用来装夹，待套筒加工完毕后再切除工艺凸缘。例如，加工图1配件右端时，用三爪自定心卡盘装夹工件左端，考虑左端夹位较短，且工件直径较大，所以采用“一夹一顶”方法装夹。
' q- t, K3 O: u  w$ ?7 @4 g1 W* M3 必须正确地进行加工程序编制，以提高数控车床加工质量
% l4 L1 O- G5 t7 e8 y5 y3.1数控车削加工程序编制的特点
数控车床主要用于轴类和盘类等回转体零件的加工。无论何种车庄何种数控系统，它们均有共同的编程特点在我国，目前使用较多的是中小规格的两坐标连续控制数控车床。
（1）在一个程序中.可以采用绝对编程、相对编程或混合编程。
（2）X坐标轴方向采用直径编程，即程序中X坐标以直径值表示。
（3）为提高工件的径向尺寸精度，X方向的脉冲当量取Z向的一半。
（4）数控车削系统备有不同形式的固定循环指令，可进行多次重复循环切削，以适用于加工余量较大的棒料或锻料加工。
5 z, h* `" M6 z; T6 }7 M（5）由于实际车削使用的刀具刀尖是一个半径不大的圆弧，而在编程时则认为刀尖为一个点，因此为提高加工精度，需利用G40, G41、G42指令进行刀具半径补偿。
3.2数控车削加工编程的方法
数控车削加工编程的方法有两种方法:手工编程和自动编程。
7 F$ @; a! H, F3.2.1手工编程:指由人工完成，一般适用于形状相对简单的工件。
（1 ）最短的空行程路线:合理设置起刀点和安排回零路线均可缩短空行程路线。
（2 ）最短的切削进给路线:合理选用循环指令，可缩短切削进给路线。
（3 ）零件轮廓的最后连续切削进给路线:零件精车时，其轮廓的最后一刀应连续加工而成，尽量不要在连续的轮廓加工中安排切人、切出、换刀及停顿，以缩短进给路线。
（4 ）数值计算
2 h- ^- b+ x6 v8 h9 u合理确定工件坐标系会使数值计算简单。一般数控车床的工件坐标系建立在工件外端面中心，内端面中心或卡盘中心。
$ F) [$ F' h. }3.2.2自动编程:当工件形状复杂，计算繁琐时就需采用自动编程，以提高工作效率，保证程序质量。自动编程是指编程的大部分或全部工作量都是由计算机自动完成的一种编程方法。自动编程的方法很多，如采用CAXA编程等。随着计算机和编程软件的发展，自动编程的应用越来越广泛。
1 X6 _: N6 Y4 [, Z4 必须掌握数控车床的操作技能，以提高加工质量
1 ~; C( k3 j" f6 P1 s4.1操作者必须在完全熟悉设备并按操作说明书进行操作
由于数控车床的型号和系统不同，其配置上的会有差异，系统代码和格式及操作和控制面板的布局也各不相同。
所以要完全熟悉数控车床的操作面板、控制面板、按数控机床《安全操作规程》和《操作说明书》进行加工才能保证加工质量。
4.2掌握装刀与对刀技术
装刀与对刀是数控机床加工中及其重要并十分棘手的一项基本工作。装刀与对刀的好与差，将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。只有掌握好装刀与对刀技术才能保证加工质量。对刀一般分为手工对刀和自动对刀两大类。目前，绝大多数的数控机床采用手工对刀，常用的是试切对刀法。它可以得到较准确和可靠的结果。
$ l4 z6 C, _; ~# P, o4 A4.3巧妙运用数控车床的数控系统的刀具补偿
) T, e7 h+ A4 G1 c因为 存 在 对刀时误差和加工时刀具磨损， 所以可以利用刀具补偿用能来保证加工质量。例如，加工图2零件右端时，在加工前可在刀补的相应刀补号位置输人0.8mm，等加工后根据测量尺寸再调整刀补值。然后再进行精加工就可以保证零件的加工精度。
1 m9 M3 S7 p# D) X% B+ |4.4利用数控车床的仿真系统来检查程序
2 U' N! K7 v. Q7 l程序 在 机 床面板输入后必须先仿真，让加工程序在CRT上模拟加工显示加工轨迹，看机床（刀具）的运动及模拟加工出的工件形状是否正确。通过程序仿真，可以检查程序是否正确合理，避免因程序错误而造成事故，从而减少设备和刀具的损耗，确保人身安全，保证加工质量。
. S& Q5 w4 I) `0 S5 结束语
总之，要保证数控车床的加工质量，充分发挥数控车的高精度、高速度等优势。必须考虑合理的工艺因素、正确地进行数控车床的加工程序编制和掌握数控车床的操作技能，并进行全过程控制。惟此，才能充分发挥数控车的高精度、高速度等优势。
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