易忠奇

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410151）

數(shù)控車(chē)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(chē)床的脈沖當(dāng)量普遍達(dá)到了0.001mm，而且進(jìn)給傳動(dòng)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(chē)床能達(dá)到很高的加工精度，對(duì)于中、小型數(shù)控車(chē)床其重復(fù)定位精度為0.01mm。此外，數(shù)控車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)與車(chē)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(chē)床的自動(dòng)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(chē)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(chē)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(píng)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(chē)床的加工質(zhì)量主要考核以上四大指標(biāo)。

1 工藝因素對(duì)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(dòng)，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(lái)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(chē)削中常用于螺紋車(chē)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(dòng)，比高速鋼難磨，在刃磨時(shí)不能用切削液，也適于加工有色金屬和纖維層材料，其牌號(hào)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(hào)越大，韌性越好，越適于粗加工，牌號(hào)越小，韌性越差。YT刀具的切削對(duì)象是鋼料，其牌號(hào)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(chē)，牌號(hào)越小，韌性越好，越適合于粗車(chē)，即YT5、YT15、YT30在車(chē)削中分別對(duì)應(yīng)粗車(chē)、半精車(chē)和精車(chē)。

對(duì)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(guò)渡形狀的合理運(yùn)用對(duì)提高加工質(zhì)量十分重要，車(chē)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(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁套零件時(shí)，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(tái)階面車(chē)刀的主偏角取93°左右為宜；對(duì)于一般工件粗車(chē)時(shí)主偏角為75°時(shí)，刀具的強(qiáng)度和散熱性能最好。刀尖角在螺紋車(chē)刀中是一個(gè)主要角度，作為成形刀具其尖角大小直接決定牙型，對(duì)于普通螺紋車(chē)刀，刃傾角為10°時(shí)，其刀尖角為59°16ˊ，而刀尖圓弧半徑愈大的車(chē)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(duì)提高數(shù)控車(chē)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(gè)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(gè)合適的切削速度v,如日常使用中一般數(shù)控車(chē)床剛度允許的ap值為2～3mm，對(duì)于45號(hào)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(duì)于精車(chē)，因?yàn)榫?chē)工序直接決定工件的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度，選擇用量時(shí)要避免積屑瘤，減少殘留面積，減小徑向切削力Fy，避免振動(dòng)，所以背吃刀量和進(jìn)給量要小而切削速度較高，一般精車(chē) ap為 0.1～0.8mm，f為 0.01～0.3mm/f，用硬質(zhì)合金車(chē)刀精車(chē)中碳鋼時(shí)，切削速度約在100～150m/min之間。

數(shù)控車(chē)床車(chē)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(guò)高時(shí)，通過(guò)編碼器發(fā)出的定位脈沖可能因 “過(guò)沖”而導(dǎo)致亂牙，大多數(shù)數(shù)控車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)推薦車(chē)螺紋時(shí)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(xiǎn)系數(shù)，一般k=80。

在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，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(pán)直接裝夾外，對(duì)于一些特殊零件，必須合理選擇裝夾方法，否則對(duì)零件加工質(zhì)量將帶來(lái)負(fù)面影響，不能發(fā)揮數(shù)控車(chē)床高精度加工的優(yōu)越性。細(xì)長(zhǎng)軸零件在車(chē)削時(shí)，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(zhǎng)量，如果用“一夾一頂”方法裝夾時(shí)，尾座頂尖就不能用固定頂尖，否則細(xì)長(zhǎng)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(guò)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(guò)大，則細(xì)長(zhǎng)軸加工后，表面呈現(xiàn)“竹節(jié)“狀，影響圓柱度。車(chē)薄壁工件時(shí)隔時(shí)為了防止徑向夾緊力引起工件變形，可以采用軸向夾緊，開(kāi)口環(huán)過(guò)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(chē)削曲軸時(shí)可以中間搭一個(gè)中心架來(lái)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(chē)床加工質(zhì)量的技巧

用數(shù)控車(chē)床加工零件，除了要求操作者具備較強(qiáng)的理論知識(shí)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(chē)刀在一道工序中利用它的多個(gè)刀尖來(lái)加工不同的工件表面，當(dāng)多把車(chē)刀使用并編程。如1號(hào)位車(chē)刀號(hào)為T(mén)01，一個(gè)刀尖車(chē)外圓，另一個(gè)刀尖車(chē)端面，車(chē)外圓刀尖對(duì)刀值輸入到偏置號(hào)“T0005”中，則外圓車(chē)刀編程時(shí)為“T0105”中，車(chē)端面刀尖對(duì)刀數(shù)值輸入到偏置號(hào) “T0006”中，則端面車(chē)刀編程時(shí)指令為“T0106”，可見(jiàn)一把車(chē)刀即充當(dāng)了兩把車(chē)刀使用，可以間接擴(kuò)充回轉(zhuǎn)刀架的刀庫(kù)容量，且刀具角度比較好選擇。

（2）“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”動(dòng)能的有效運(yùn)用。數(shù)控車(chē)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(duì)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(méi)有，刀具有切削過(guò)程中也會(huì)因磨損而自然生成），其刀尖點(diǎn)為一個(gè)空間的一個(gè)虛點(diǎn)，數(shù)控編程時(shí)是以這個(gè)虛點(diǎn)來(lái)編程的，而實(shí)際切削圓弧表面時(shí)（對(duì)圓柱外圓表面和端面尺寸無(wú)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(huì)造成一邊過(guò)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(chē)床上運(yùn)用時(shí)簡(jiǎn)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(chē)床加工工件時(shí)須有一個(gè)加工試件的過(guò)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(chē)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(duì)刀、如果一次連續(xù)自動(dòng)加工，勢(shì)必因工藝系統(tǒng)誤差或測(cè)量誤差導(dǎo)致工件報(bào)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(cè)量，則每段理論直徑相應(yīng)增加0.600mm，與實(shí)際測(cè)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(yǔ)

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(wèn)題。

[1][美]凱賽達(dá)（Quesada,R.）著，崔洪斌，張敬凱 譯.計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)應(yīng)用-加工中心和車(chē)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(chē)削加工直接編程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.