易忠奇

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410151）

數(shù)控車床是按數(shù)字形式給出的指令進(jìn)行加工的，目前數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量普遍達(dá)到了0.001mm，而且進(jìn)給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進(jìn)行補(bǔ)償，因此，數(shù)控車床能達(dá)到很高的加工精度，對于中、小型數(shù)控車床其重復(fù)定位精度為0.01mm。此外，數(shù)控車床的傳動系統(tǒng)與車床結(jié)構(gòu)具有很高的剛度和熱穩(wěn)定性，制造精度高，并且數(shù)控車床的自動加工方式避免了人為的干擾因素，同一批零件尺寸一致性好，產(chǎn)品合格率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

數(shù)控車床為保證加工質(zhì)量提供了可能性，但往往影響零件質(zhì)量的因素除了機(jī)床精度外還有很多因素，例如工藝因素、操作技巧等，下面僅從工藝因素和操作技巧兩方面探討如何有效利用數(shù)控車床提高零件的加工質(zhì)量。

零件的加工質(zhì)量包括加工精度和表面質(zhì)量。加工精度的評定指標(biāo)有尺寸精度、形狀精度和位置精度，表面質(zhì)量就加工而言要考慮表面粗糙度值，數(shù)控車床的加工質(zhì)量主要考核以上四大指標(biāo)。

1 工藝因素對加工質(zhì)量的影響

（1）刀具材料和刀具角度的合理選擇。刀具材料在切削中一方面受到高壓、高溫和劇烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐熱性好，另一方面又要受到壓力、沖擊和振動，要求其強(qiáng)度與耐磨性必然較差，反之亦然，那么如何根據(jù)工件材料和加工階段來選擇刀具材料就顯得很重要了。

常用的刀具材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷材料和超硬材料，高速鋼的主要優(yōu)點(diǎn)是易于刃磨且具有良好的強(qiáng)度和韌性，在車削中常用于螺紋車刀。應(yīng)用普遍的硬質(zhì)合金有YG（鎢鈷類）和YT（鎢鈦鈷類）兩類，其耐熱溫度在 800～1000°C之間，比高速鋼硬、耐磨、耐熱得多，允許的切削速度比高速鋼大3～10倍，而涂層硬質(zhì)合金比不涂層硬質(zhì)合金提高2～10倍，該材料的缺點(diǎn)是性脆，怕沖擊和振動，比高速鋼難磨，在刃磨時不能用切削液，也適于加工有色金屬和纖維層材料，其牌號有YG3、YG6和YG8三種，數(shù)字是起增強(qiáng)韌性的金屬Co的百分比，牌號越大，韌性越好，越適于粗加工，牌號越小，韌性越差。YT刀具的切削對象是鋼料，其牌號有YT5、YT15和YT30三種，數(shù)字是起硬相作用的TiC的百分比，數(shù)字越大，硬度越大，硬度越高，越適合于精車，牌號越小，韌性越好，越適合于粗車，即YT5、YT15、YT30在車削中分別對應(yīng)粗車、半精車和精車。

對于刀具的準(zhǔn)備，除了正確選擇刀具材料外，刀具幾何角度的合理選擇以及刀尖過渡形狀的合理運(yùn)用對提高加工質(zhì)量十分重要，車刀的幾何角度有主偏角、刀尖角、副偏角、刃傾角、前角、后角和副后角。主偏角影響刀尖強(qiáng)度和切削層斷面形狀，車削細(xì)長軸、薄壁套零件時，為了防止徑向切削分力造成工件彎曲變形，主偏角應(yīng)取大些（如90°）；端面、臺階面車刀的主偏角取93°左右為宜；對于一般工件粗車時主偏角為75°時，刀具的強(qiáng)度和散熱性能最好。刀尖角在螺紋車刀中是一個主要角度，作為成形刀具其尖角大小直接決定牙型，對于普通螺紋車刀，刃傾角為10°時，其刀尖角為59°16ˊ，而刀尖圓弧半徑愈大的車刀加工出的表面粗糙度愈細(xì)化，刀具前、后角愈大、刀具愈鋒利，表面愈細(xì)化，但強(qiáng)度變差。

（2）切削用量的合理選用。合理選用切削用量對提高數(shù)控車床的加工質(zhì)量至關(guān)重要，切削用量包括背吃刀量ap，然后選擇一個比較大的進(jìn)給量f，最后再根據(jù)刀具允許的壽命（一般為15～60min）選一個合適的切削速度v,如日常使用中一般數(shù)控車床剛度允許的ap值為2～3mm，對于45號調(diào)質(zhì)鋼，硬質(zhì)合金刀具壽命為 60min，f為 0.3～0.6mm/r，v則為 70～90m/min；而對于精車，因?yàn)榫嚬ば蛑苯記Q定工件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度，選擇用量時要避免積屑瘤，減少殘留面積，減小徑向切削力Fy，避免振動，所以背吃刀量和進(jìn)給量要小而切削速度較高，一般精車 ap為 0.1～0.8mm，f為 0.01～0.3mm/f，用硬質(zhì)合金車刀精車中碳鋼時，切削速度約在100～150m/min之間。

數(shù)控車床車螺紋依靠主軸脈沖發(fā)生器（編碼器），當(dāng)其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高時，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖可能因 “過沖”而導(dǎo)致亂牙，大多數(shù)數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時主軸轉(zhuǎn)速n為：n≤1200/p-k，式中，P為被加工螺紋螺距 mm；k為保險系數(shù)，一般k=80。

在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，進(jìn)給速度宜選擇較低，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。

（3）工件裝夾方法的合理選擇。除一般軸類零件用三爪自定心卡盤直接裝夾外，對于一些特殊零件，必須合理選擇裝夾方法，否則對零件加工質(zhì)量將帶來負(fù)面影響，不能發(fā)揮數(shù)控車床高精度加工的優(yōu)越性。細(xì)長軸零件在車削時，由于工件散熱條件差，溫升高，軸向因熱變形造成較大的伸長量，如果用“一夾一頂”方法裝夾時，尾座頂尖就不能用固定頂尖，否則細(xì)長軸易產(chǎn)生彎曲變形，科學(xué)合理的裝夾方法是改用鋼絲過渡夾緊，另外，在中間可以安裝中心架或跟刀架，在跟刀架的支承調(diào)整中其壓緊力要適度，如果有間隙則達(dá)不到提高工件鋼性的目的，如果壓緊力過大，則細(xì)長軸加工后，表面呈現(xiàn)“竹節(jié)“狀，影響圓柱度。車薄壁工件時隔時為了防止徑向夾緊力引起工件變形，可以采用軸向夾緊，開口環(huán)過渡夾緊或用軟爪夾緊的方法，另外還可在一端預(yù)先留較厚的工藝凸緣。車削曲軸時可以中間搭一個中心架來提高工件的剛度，以防因切削力的影響而變形。

2 提高數(shù)控車床加工質(zhì)量的技巧

用數(shù)控車床加工零件，除了要求操作者具備較強(qiáng)的理論知識和必備的操作技能外，為了提高加工質(zhì)量，還要求操作者活用、巧用機(jī)床，如：

（1）“一刀多尖”的運(yùn)用。所謂“一刀多尖”是指一把車刀在一道工序中利用它的多個刀尖來加工不同的工件表面，當(dāng)多把車刀使用并編程。如1號位車刀號為T01，一個刀尖車外圓，另一個刀尖車端面，車外圓刀尖對刀值輸入到偏置號“T0005”中，則外圓車刀編程時為“T0105”中，車端面刀尖對刀數(shù)值輸入到偏置號 “T0006”中，則端面車刀編程時指令為“T0106”，可見一把車刀即充當(dāng)了兩把車刀使用，可以間接擴(kuò)充回轉(zhuǎn)刀架的刀庫容量，且刀具角度比較好選擇。

（2）“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”動能的有效運(yùn)用。數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)目前正在推廣“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”功能，該功能對于軸類零件圓弧表面的加工精度的保證十分有效，大大減小了工藝系統(tǒng)誤差，帶有圓弧半徑的刀尖（即便沒有，刀具有切削過程中也會因磨損而自然生成），其刀尖點(diǎn)為一個空間的一個虛點(diǎn)，數(shù)控編程時是以這個虛點(diǎn)來編程的，而實(shí)際切削圓弧表面時（對圓柱外圓表面和端面尺寸無影響），刀具實(shí)際切削點(diǎn)為刀尖圓弧上各實(shí)際分布點(diǎn)，必然會造成一邊過切，而另一邊少切現(xiàn)象，而遇有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償補(bǔ)償功能（即G41、G42和G40），能夠進(jìn)行運(yùn)算，始終保證當(dāng)前刀尖點(diǎn)是刀具圓弧與理論外圓輪廓的切點(diǎn)。此功能在數(shù)控車床上運(yùn)用時簡單有效，十分重要。

（3）刀具“磨損”的合理運(yùn)用。不管是成批大量生產(chǎn)還是單位小批量生產(chǎn)，數(shù)控車床加工工件時須有一個加工試件的過程，如何快速而準(zhǔn)確地保證加工尺寸精度，現(xiàn)在數(shù)控車床系統(tǒng)中增設(shè)了刀具的補(bǔ)償功能，能夠很有效地實(shí)現(xiàn)工件尺寸的快速調(diào)整。例如在同一零件上要加工，首先編程、試切、對刀、如果一次連續(xù)自動加工，勢必因工藝系統(tǒng)誤差或測量誤差導(dǎo)致工件報廢，而有效的步驟是：首先設(shè)定某一磨損量如0.600mm，然后正常加工，待加工完畢后，取消磨損值，設(shè)定為0，然后逐段精密測量，則每段理論直徑相應(yīng)增加0.600mm，與實(shí)際測量尺寸比較，如果偏大，則將相應(yīng)的程序段指令的X值減小相應(yīng)的增量值，反之亦然。

3 結(jié)語

影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素很多，怎樣在這些互相影響的因素中找到其規(guī)律與共性，把握和利用好它，更好地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特性，提高零件的加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率是一名數(shù)控機(jī)床使用人員值得深入探討的問題。

[1][美]凱賽達(dá)（Quesada,R.）著，崔洪斌，張敬凱 譯.計算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用-加工中心和車削中心［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2]孫德茂.數(shù)控機(jī)床車削加工直接編程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.