浅议提高数控车床加工精度的方法

洪涛+詹俊

摘 要：影响数控机床加工精度的因素很多，怎样在这些互相影响的因素中找到其规律与共性，把握和利用好它，更好地发挥数控机床的特性，提高零件的加工质量与生产效率是数控机床使用人员值得深入探讨的问题。

关键词：数控车床；加工工艺；提高；加工质量

数控车床是一种高精度、高效率的现代化车削加工设备，应用越来越普遍。数控车床的高精度为保证加工质量提供了可能性。下面仅从加工工艺和机床操作两方面探讨如何提高数控车床加工零件的质量。零件的加工质量包括加工精度和表面质量。其中，加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状、位置）与理想几何参数的符合程度，包括尺寸精度、形状精度和位置精度；表面质量，是指零件在机械加工后被加工面的微观不平度，也叫粗糙度，以Ra＼Rz＼Ry三种代号加数字来表示，机械图纸中都会有相应的表面质量要求。零件的加工质量主要考核以上四大指标。通过分析，以下几方面对加工质量有影响。

一、加工工艺对零件加工质量的影响

机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。我们主要从以下几点来分析。

1、各工序所用设备

数控车削用到的设备主要是刀具，不同材料的刀具和不同角度的刀具对加工质量影响较大。在切削过程中，刀具一方面要受到高温、高压和剧烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐热性好；另一方面又要受到冲击和振动，要求其塑性和韧性要好，所以，要对工件材料和具体的加工阶段进行分析，选择适合的刀具材料才能提高加工质量。

市面上常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料。高速钢的主要优点是易于刃磨且具有良好的强度和韧性，高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密刀具，尤适用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC）微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。应用普遍的硬质合金有YG（钨钴类）和YT（钨钛钴类）两类，其耐热温度在800～1 000 ℃之间，比高速钢硬、耐磨、耐热得多，允许的切削速度比高速钢大3～10倍，而涂层硬质合金比不涂层硬质合金提高2～10倍，该材料的缺点是性脆，怕冲击和振动，比高速钢难磨，在刃磨时不能用切削液，也适于加工有色金属和纤维层材料。

对于刀具的准备，除了正确选择刀具材料外，刀具几何角度的合理选择以及刀尖过渡形状的合理运用对提高加工质量十分重要，车刀的几何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃倾角、前角、后角和副后角。主偏角影响刀尖强度和切削层断面形状，车削细长轴、薄壁套零件时，为了防止径向切削分力造成工件弯曲变形，主偏角应取大些（如90°）；端面、台阶面车刀的主偏角取93°左右为宜；对于一般工件粗车时主偏角为75°时，刀具的强度和散热性能最好。刀尖角在螺纹车刀中是一个主要角度，作为成形刀具其尖角大小直接决定牙型，对于普通螺纹车刀，刃倾角为10°时，其刀尖角为59°16′，而刀尖圆弧半径愈大的车刀加工出的表面粗糙度愈细化，刀具前、后角愈大、刀具愈锋利，表面愈细化，但强度变差。

2、 切削用量的合理选用

合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重要，切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量。背吃刀量ap的确定 ：在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5mm。进给量f：进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度。主轴转速n的确定 ：光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

3、工件装夹方法的选择

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。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"方法装夹时，尾座顶尖就不能用固定顶尖，否则细长轴易产生弯曲变形，科学合理的装夹方法是改用钢丝过渡夹紧，另外，在中间可以安装中心架或跟刀架，在跟刀架的支承调整中其压紧力要适度，如果有间隙则达不到提高工件钢性的目的，如果压紧力过大，则细长轴加工后，表面呈现"竹节"状，影响圆柱度。车薄壁工件时隔时为了防止径向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，另外还可在一端预先留较厚的工艺凸缘。车削曲轴时可以中间搭一个中心架来提高工件的刚度，以防因切削力的影响而变形。

二、提高数控车床加工质量的技巧

用数控车床加工零件，除了要求操作者具备较强的理论知识和必备的操作技能外，为了提高加工质量，还要求操作者活用、巧用机床。

1、 消除刀尖对不同加工面的影响

车刀在加工不同位置的表面时，刀尖的偏值是不一样的。如1号位车刀号为T01，一个刀尖车外圆，另一个刀尖车端面，车外圆刀尖对刀值输入到偏置号"T0001"中，则外圆车刀编程时为"T0101"中，车端面刀尖对刀数值输入到偏置号"T0002"中，则端面车刀编程时指令为"T0102"，可见一把车刀即充当了两把车刀使用，可以间接扩充回转刀架的刀库容量，且刀具角度比较好选择。

2、 "刀尖圆弧半径补偿"动能的有效运用

数控系统中有"刀尖圆弧半径补偿"功能，该功能对于轴类零件圆弧表面的加工精度的保证十分有效，大大减小了工艺系统误差，带有圆弧半径的刀尖，其刀尖点为一个空间的一个虚点，数控编程时是以这个虚点来编程的，而实际切削圆弧表面时，刀具实际切削点为刀尖圆弧上各实际分布点，必然会造成一边过切，而另一边少切现象，而遇有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41、G42和G40），能够进行运算，始终保证当前刀尖点是刀具圆弧与理论外圆轮廓的切点。此功能在数控车床上运用时简单有效，十分重要。

3、 刀具"磨损"的合理运用

不管是成批大量生产还是单位小批量生产，数控车床加工工件时须有一个加工试件的过程，如何快速而准确地保证加工尺寸精度，现在数控车床系统中增设了刀具的补偿功能，能够有效地实现工件尺寸的快速调整。

三、 结束语

影响数控机床加工精度的因素很多，怎样在这些互相影响的因素中找到其规律与共性，把握和利用好它，更好地发挥数控机床的特性，提高零件的加工质量与生产效率是数控机床使用人员值得深入探讨的问题。

参考文献：

[1]袁周华.数控机床操作实训[d].中国农业出版社，2006.