提高数控车床加工精度的几点因素

[摘要]：机床加工精度是数控加工中影响零件质量的重要因素之一，探讨如何提高数控车床的加工精度十分重要。认真分析影响加工精度的几点因素，对日后提高数控车床零件的加工有着十分重要的作用。

[关键词]：提高 加工精度 措施与技巧

引言

在实际生产中，数控车床车削零件的质量受诸多因素的影响，如工艺过程，数控系统，数控编程和对刀调整等都直接影响零件的加工质量。但可以利用软件来进行校正补偿，在软件的支持下，使每道工序、工步、走刀都能获得最佳的切削用量组合，充分发挥工艺系统的潜能，获得高的加工精度及重复精度。

一、数控车床的组成及工作原理

数控车床是典型的机电一体化产品，是集现代机械制造技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息技术于一体的高效率、高精度、高柔性和高自动化的现代机械加工设备。它同其它机电一体化产品一样，也是由机械本体、动力源、电子控制单元、检测传感部分和执行机器（伺服系统）组成。图 1 为数控车床的工作过程原理图。在普通车床上加工零件时，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具与工件之间的相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出合要求的零件；而在数控车床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和车床运动要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到CNC 装置，再由 CNC 装置对加工程序进行一系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动车床移动部件运动，从而自动完成零件的加工。

二、工艺因素对加工质量的影响

（1）刀具材料和刀具角度的合理选择。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，要求其强度与耐磨性必然较差，反之亦然，那么如何根据工件材料和加工阶段来选择刀具材料就显得很重要了。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，在车削中常用于螺纹车刀。 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 800～1000°C 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， 其牌号有YG3、YG6 和 YG8 三种 ，数字是起增强韧性的金属 Co 的百分比，牌号越大，韧性越好，越适于粗加工，牌号越小，韧性越差。YT 刀具的切削对象是钢料， 其牌号有 YT5、YT15 和 YT30 三种，数字是起硬相作用的 TiC 的百分比，数字越大，硬度越大，硬度越高，越适合于精车，牌号越小，韧性越好，越适合于粗车，即 YT5、YT15、YT30 在车削中分别对应粗车、半精车和精车。

（2）工件装夹方法的合理选择。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緣。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。

三、加工工艺安排方面

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。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。

四、刀具的合理选择

刀具的选择、刃磨、安装正确直接会影响到加工工件的质量。根据工艺系统刚性、具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑，采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工，有利于提高零件的加工质量。粗车时，要选强度高、使用寿命长的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给的要求。精车时，要选精度高、寿命长、切削性能好的刀具，以保证加工精度的要求。

五、数控编程方面

（一） 数控编程的步骤。程序编制是数控加工中的一项重要工作，理想的加工程序应保证加工出符合产品图样要求的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床安全、可靠、高效地工作，加工出高质量的产品。

（二） 数控编程的关键问题。

1.零件数字化模型。一般情况下依据产品设计图，采用线框建模、特征建模和实体建模等不同方式，建立零件的几何数字化模型。或是采用无纸化设计制造技术，零件的几何数字化模型直接由设计而来。

2.加工方案的确定。主要针对产品结构特点、质量要求选择不同的加工方法，如： 曲面加工是选择投影加工还是放射加工。不同的加工方法对零件的表面质量影响较大。

3.加工参数的选择。加工参数的选择主要取决于工件材料、刀具形状和材料、机床性能等因素。

六、提高数控车床加工质量的技巧

（1）“刀尖圆弧半径补偿”动能的有效运用。数控车床的数控系统目前正在推广“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（即便没有，刀具有切削过程中也会因磨损而自然生成），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（对圆柱外圆表面和端面尺寸无影响），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。

（2）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， 能够很有效地实现工件尺寸的快速调整。

七、结束语

产品质量的高低一定程度上受数控车床加工精度的影响。因此，被加工零件的尺寸精度、形状精度都需要严格的进行。在此情况下，数控机床的加工精度受到了机床制造者和使用者的高度重视。本文通过分析数控车床加工精度的几个主要因素，并阐述了相应地解决措施，希望对日后的数控车床加工水平起到重要的推进作用。

参考文献：

[1] 盛伯浩. 我国数控机床现状与发展策略[J]. 制造技术与机床，2006，（12）：19-21.

[2] 刘焕牢，李 曦，李 斌，师汉民. 数控机床几何误差和误差补偿关键技术[J].机械工程师，2003，（1）： 20-23.

作者简介：

黄结荣（1980—— ），男，广西玉林农业学校机械加工科教师，助理讲师，研究方向数控机床加工。