数控车床加工轴类零件的外圆轮廓尺寸控制方法

刘靖卿

摘 要：在数控车床上加工零件，尺寸精度要求较高，一般公差范围在0.02mm以内，稍有不慎就会使工件报废。因此，如何有效地保证被加工零件的尺寸精度就显得尤为重要。而下在我们在数控车床加工轴类零件控制外圆轮廓尺寸控制精度时，一方面要对刀精确，另一方面还要考虑机床、工件、刀具的变形、受热、刀具的角度等因素。经过我多年教学及加工过程中的思考和总结，在数控车床加工轴类零件时可以通过修改刀补、修改程序及百分表校正机床的方法控制零件外圆轮廓尺寸。

关键词：外圆轮廓；零件加工；尺寸精度；控制方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.039

我们在数控车床上加工回转类零件往往会出现各种各样的问题，特别是保证零件尺寸精度方面的问题尤为突出，因为它往往不随操作人员的意愿而改变，常常是与我们反其道而行之。在理论教学中，很多教材都认为只要对刀精确，加工出的零件尺寸就应该是准确的，而实际上这样加工的零件尺寸很难达到零件图纸的要求，主要是因为理论教材中没有考虑机床、工件、刀具的变形、受热、刀具的角度等因素对加工尺寸的影响。那么，我们在加工中如何找到造成零件尺寸精度超差的原因以及采取行之有效的应对措施成为当前迫在眉睫的重要使命。下面我将从多年的教学实践、加工操作经验、机床设备、操作者人为因素等方面进行剖析，总结出了一些在在数控车加工中保证零件尺寸精度的几点方法和大家共同探讨。

1 造成零件尺寸精度超差的原因

1.1 机床、工件、刀具的变形、受热、刀具的角度等因素

由于数控加工大多是高速旋转加工，刀具切削速度比较大，特别是在加工螺纹时，螺纹刀到达终点时需立刻停止并反向快速移动回到螺纹加工起点，这些情况都会使车床产生不同程度的抖动，长时间下去就会使车床的切削精度受到影响，特别是车床主轴旋转轴线与机床溜板箱沿车床导轨移动的平行度产生超差，从而使被加工的圆柱面出现正锥或倒锥，造成工件不合格。

1.2 操作者操作方法

绝大多数操作者都会在刀具安装完毕、程序编辑完检查无误后就开始对刀，对完刀，设置刀尖圆弧半径补偿后开始加工。然而，这样很容易使被加工出来的工件测量尺寸偏大、偏小；或者工件的同一个外圆尺寸，特别是长度较长的外圆一端大、一端小；或者不同外圆直径的有的尺寸合格，有的尺寸已超差，使零件不合格。

2 解决零件尺寸精度超差的有效方法

2.1 修改刀补法

2.1.1 一次刀补法

对于加工精度要求不高，加工余量少，粗精加工的切削深度相差不大，冷却充分，机床、刀具工件刚性较好的情况下，采用一次刀补法控制零件外圆尺寸。具体操作：粗加工结束后停车测量工件，在刀补中输入需要补偿的数值，输入值=理想值-实际测量值（理想值=零件图纸尺寸+精加工余量）。例如：直径50毫米的外圆粗加工结束后理想值应为50.3mm（以精加工余量为0.3mm为例），假如测量值为50.34mm，那么输入值=50.3mm -50.34mm =-0.04mm，则需要在刀补中输入-0.04，再进行精加工，达到尺寸要求。

2.1.2 两次刀补法

对于加工精度要求较高，切削余量较大，机床、刀具和工件的刚性不好，粗精车产生的切削力相差较大的情况下，采用两次修改刀补的方法。通过第一次修改刀补，消除由于粗加工切深较大而引起的变形，从而保证第二次精加工的尺寸。具体操作：在粗加工结束后停车，直接在刀补中输入0.3（以精加工余量0.3 mm为例，要求对刀误差不大于0.1mm），进行精加工，精加工结束后停车测量，并在刀补中输入需要补偿的数值，输入值=零件图纸尺寸-实际测量值。以外圆直径为50mm为例，第一次精加工结束后直径50mm处的理想值应为50.3mm），此时如测量值为50.2mm，说明此时误差0.1mm，需输入50-50.2=-0.2，然后再进行精加工，达到尺寸要求。

2.2 修改程序法

在实际的加工中，由于机床的缘故，经常会出现零件前后部分外圆尺寸不一致的现象，且工件越长现象越明显，此时可以采用一次刀补法结合修改程序的方法来保证零件的加工尺寸。 具体操作：粗加工结束后停车，直接在刀补中输入0.3（以精加工余量0.3mm为例，要求对刀误差不大于0.1mm），进行精加工，精加工结束后停车测量，根据实际测量尺寸修改程序中各部分相应的数值，输入值=程序原值+（零件图纸尺寸-实际测量值）。以外圆直径为55mm和50mm为例，第一次精加工后测量外圆直径为55.28mm和50.34mm，此时采用修改刀补法则不能达到要求，我们可以在程序中将基本尺寸55mm和50mm修改成54.72mm和49.66mm（以理想尺寸为55mm和50mm为例）进行第二次精加工，达到尺寸要求。

2.3 百分表校正法

对影响工件尺寸较大的车床主轴旋转轴线与机床溜板箱沿车床导轨移动的平行度问题可用以下方法进行校正：在三爪卡盘上装夹一颗φ60的45#钢棒料，伸出长度为180mm，用80°外圆车刀车完端面，然后在直径方向进刀1mm加工外圆至长度175mm，将百分表表座吸在刀架上，百分表针尖与已加工外圆表面水平接触，在手动方式下由左向右沿Z方向移动，看百分表数值变化，然后打开机床主轴箱的防护罩，用扳手轻轻松动位于主轴箱四个角与机床导轨的连接螺钉，然后用木头轻轻敲击主轴箱的箱头或箱尾，并观察百分表的数值变化情况。此时百分表读数应为：未敲击主轴箱的箱尾时百分表数值A+（被加工外圆左端的数值B-被加工外圆右端数值C所得值的一半），即敲击主轴箱的箱尾后百分表读数= A+（B-C）。以此方法反复校正，直至达到机床所要求的精度时，锁紧主轴箱与机床导轨的连接螺钉即可。

3 体会和感受

通过本人多年理论教学研究及多次加工实践证明，用上述的三种方法在数控车加工中比较容易控制零件外圆的尺寸，达到图纸的要求。在我从事理论及实践教学工作过程中，会遇到各种各样的问题，特别是许多不可控因素引起的。但是，如果我们善于思考，善于总结经验，善于研究，终会找到解决问题的办法。

参考文献：

[1]陈宏钧.实用金属切削手册[M].北京.机械工业出版社，2008.

[2]曾祥玉.数控车床加工零件有效控制尺寸的方法[J]. 素质教育，2013.