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        提高數(shù)控車削工件加工精度方法的探討

        2018-03-31 04:21:06李志剛
        設(shè)備管理與維修 2018年21期
        關(guān)鍵詞:實際操作偏角裝夾

        李志剛

        (德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東德州 253000)

        0 引言

        近年來,我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展,其在機(jī)械加工方面和數(shù)控車床的應(yīng)用范圍越來越廣。數(shù)控車在價格和產(chǎn)品實用性能方面上,都表現(xiàn)出很大優(yōu)勢。隨著社會對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,對數(shù)控車的各個零件的精準(zhǔn)度也提出了更高的要求。例如,數(shù)控車削工件的加工精度受到很多因素影響,一旦加工精度受到影響,產(chǎn)品的加工質(zhì)量就很難保障。因此,在實際操作過程中,應(yīng)該盡力保證數(shù)控車削工件的加工精度。

        1 數(shù)控車削工件工作原理

        從本質(zhì)上說,數(shù)控車就是用數(shù)字程序?qū)嚧策M(jìn)行控制的一種機(jī)床,有加工精度高、價格適中、適用性強(qiáng)的優(yōu)點,也是目前我國使用數(shù)量最大、范圍最廣的一種數(shù)控機(jī)床。

        車削則是通過車刀在平面內(nèi)的直線、曲線運(yùn)動等加工將工件,一般是在車床上進(jìn)行,用來加工工件的表面、螺紋等。車削過程中,工件通過數(shù)控車機(jī)床主軸的帶動進(jìn)行旋轉(zhuǎn),工作目的不一樣時,車刀旋轉(zhuǎn)方向不同,例如:車削內(nèi)外圓柱面時,車刀是和工件的旋轉(zhuǎn)軸線平行運(yùn)轉(zhuǎn)的;車削端面時,旋轉(zhuǎn)方向則是垂直于工件的旋轉(zhuǎn)軸線的。一般說來,車削包括粗車和精車2種,實際應(yīng)用就是利用不同的車刀加工內(nèi)外圓柱面、端面等回轉(zhuǎn)表面,加工精度可高達(dá)IT8~I(xiàn)T7,往往用于單一軸線零件的加工。

        車削加工在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用十分廣泛。由于涉及到的數(shù)控車床數(shù)量多、人員廣泛,車削工作精度問題就顯得十分重要,特別是要合理選擇切削用量。對于高效率的金屬切削工作,切削時間、速度以及用量都可能給切削刀具極大損傷,降低刀具使用壽命,因此切削工作也必須選取合適的刀具:粗車時可以用強(qiáng)度高的刀具,而精車時則需要選擇精度高的刀具。

        數(shù)控車削工件的加工精度主要是評價加工表面的一種幾何參數(shù),其精度越高,產(chǎn)品質(zhì)量就越高,工作效率也就越高。但是,任何工作的實際參數(shù)都不會精準(zhǔn)不變,因此只能最大程度上提高其加工精度,而無法保證其誤差消除。

        2 數(shù)控車削工件加工精度的影響因素

        2.1 車床自身的精度

        在數(shù)控車實際操作運(yùn)行過程中,可能由于自身主軸軸線的平行移速較差、車床自身軌面的磨損嚴(yán)重或者機(jī)床的水平高度變動等很多方面因素的影響,而使得數(shù)控車削工件的尺寸較差,從而影響其加工精度。

        2.2 對刀的影響

        在車削工件工作開始之前,對刀是一項重要工作環(huán)節(jié)。對刀的目的就是檢測刀具的偏差值、確定刀具的起始位置,工件的加工精度在很大程度上受對刀工作質(zhì)量的影響。一些復(fù)雜零件的加工涉及到多把刀具,這就需要在工作開始之前測量出各個刀具可能出現(xiàn)的刀位偏差值。實際操作中,刀位偏差值是有可能不準(zhǔn)確的,要保證工件的加工精度就不許消除刀位偏差值。一般來說,刀具的起始點應(yīng)該和工件的零點一致。

        2.3 編程尺寸精度

        編程時可能存在沒有考慮零件的各部分誤差位置而帶來的編程尺寸計算誤差,這也會直接影響到工件的加工精度。在實際操作過程中,許多零件的尺寸都有公差,而且公差的位置可能不同。而數(shù)控車的編程往往是按照工件的基本尺寸進(jìn)行程序編制,這種方法忽略了公差位置帶來的影響,即使車削工件的加工精度再精細(xì),工件的實際精度也很難符合要求。

        3 數(shù)控車削工件提高加工精度的方法

        數(shù)控車有生產(chǎn)質(zhì)量、效率極高、實用性極強(qiáng)、價格平易近人等特點,在機(jī)械制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是在實際操作過程中,容易受到多方面因素的影響,產(chǎn)品質(zhì)量無法得到保障,這就需要數(shù)控車的任何一個單一零件都確保加工精度。以數(shù)控車車削零件為例,提高加工精度需要從3個方面做起。

        3.1 合理選取刀具

        首先是要選取合適的刀具。由于工作系統(tǒng)的剛性不同、需加工的零件結(jié)構(gòu)特點不同等,刀具的選擇也應(yīng)該從這些實際情況出發(fā),對不同的工件表面的加工工作選擇不同的刀具。

        3.1.1 刀具材料的選取

        從刀具的材料來看,近年來多種多樣的刀具材料開始投入使用,如陶瓷材料、硬質(zhì)合金刀具材料等。硬度較高的刀具有著極強(qiáng)的耐高溫性、耐磨性等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用在實際工件加工中,也提升了加工質(zhì)量和工作效率,為企業(yè)帶來明顯的效益。在提高削工件加工精度方面,超高硬度材料刀具是不可避免的選擇。材料除了要選擇保持其耐磨的硬度以外,還要注意材料要耐高溫。陶瓷刀具一般都有著極強(qiáng)的耐用度,其切削速度可以比其他材料提高2~5倍,因此在加工高硬度材料時,陶瓷刀具的作用更加強(qiáng)大。另外,還可以通過在刀具上涂層材料來提升刀具的性能,比如說瑞士氮鋁化鈦ALTIN(Titanium Aluminide)涂層材料的應(yīng)用,可以大大提高刀具的硬度,在工作環(huán)境溫度高達(dá)(1500~1600)℃時刀具的硬度仍然不受影響,而且其使用壽命比其他材料的刀具延長了4倍左右,并且成本較低。這使得該刀具材料得到極其廣泛的應(yīng)用。還有一種硬度極高的材料——聚晶立方氮化硼 PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride),硬度僅僅次于金剛石,在實際工作過程中,工件的切削速度越快,刀面的磨損速度則越來越小,比較適用于鋼鐵等硬度極高材料的高速切削工作中。

        3.1.2 刀具形狀的選擇

        在切削工作時先選擇合適的刀具材料,然后再選擇合適的刀具形狀。對于不同材料的切削工作應(yīng)該選擇不同的刀具形狀。刀具需要有合適的幾何角度,通過將刀尖的形狀變轉(zhuǎn)來提高零件的加工質(zhì)量。一般刀尖形狀有圓形、100°菱形、正方形、三角形等,刀具的形狀不同,其強(qiáng)度也不同。一般來說,進(jìn)行工件粗加工時,切削工作的力度較大,對刀具的磨損相對較大,宜選取前角和后角車削較小形狀的刀具;加工細(xì)小精長的工件時,則需要根據(jù)其剛性比較弱的特點,選擇減少切削工作徑向力的主偏角相對較大的刀具;加工灰鑄鐵工件時,則應(yīng)該選擇主偏角在45°~75°的刀具。所以,刀具形狀的選擇需要考慮工件的實際材料和情況而定。

        3.1.3 刀具的準(zhǔn)備

        除了正確選擇刀具材料外,還需要合理的選擇刀具幾何角度,以及合理運(yùn)用刀尖過渡形狀來提高零件加工質(zhì)量。按刀具強(qiáng)度而言,各種刀片形狀的刀尖強(qiáng)度從高到低依次為圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料選擇后,應(yīng)選擇強(qiáng)度盡可能高的刀片形式。車刀的幾何角度有主偏角、副偏角、刀尖角、刃傾角、前角、后角和副后角。一般情況下,粗加工時,由于切削力大、刀具磨損較快,應(yīng)減小前角和后角車削(前角 0°~10°,后角 6°~8°),而精加工時則正好相反。加工細(xì)長零件時,由于剛性較差,為了減少切削時的徑向力,主偏角和前角選擇大一點(主偏角 75°~90°,前角 10°~30°)。它們和工件材料的選擇也有一定聯(lián)系,例如,加工灰鑄鐵時,主偏角應(yīng)選擇45°~75°,前角應(yīng)選擇 0°~10°,后角應(yīng)選擇 6°~12°;加工不銹鋼時,主偏角應(yīng)選擇在 75°~90°,前角應(yīng)選擇在 15°~30°,后角應(yīng)選擇 8°~10°。

        3.2 工件裝夾

        從本質(zhì)上說,數(shù)控車床和其他普通車床的裝夾工件的方法基本相同,常用的裝夾工具就是三爪卡盤。在實際工作中,不可以伸長過長,其長度不得大于工件直徑的3倍。對于一些特殊工件來說,要選擇合適的裝夾方法,否則工件的精度會受到很大影響,直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。以細(xì)長軸的加工為例,一般使用一頂一夾的裝夾,這樣可以保證工件受到徑向力切削時發(fā)生彎曲變形,從而增強(qiáng)工件的剛性和硬度。在中心架和刀架的實際使用中,工件的轉(zhuǎn)速不宜過高,而且要對支撐爪進(jìn)行加油、潤滑。當(dāng)發(fā)生較大程度的彎曲時,要使用四爪的裝夾,裝夾毛坯不可過長,一般為(1.5~2)cm,還應(yīng)將銅皮作為墊塊。

        提高裝夾定位精度,也能在很大程度上促進(jìn)數(shù)控車削工件加工精度的提高,可以通過精基準(zhǔn)法和一夾一項法2種方法來實現(xiàn)提高裝夾精度。“精基準(zhǔn)法”就是指將已經(jīng)完成加工的工件表面看作定位的基準(zhǔn),這樣可以在很大程度上減少誤差的存在,從而確保削工件的加工精度。實際操作中軸類工件的圓柱度公差是影響加工精度的主要因素。一夾一項法則包括了三爪裝夾、四爪裝夾等多種裝夾方式,實際操作過程中,可以通過有效的裝夾方式提高工件的加工精度和工作質(zhì)量,保證工作加工效率。

        3.3 減少累積誤差

        在實際操作過程中,數(shù)控車往往會受數(shù)控加工母機(jī)制造精度的影響,產(chǎn)生一定的累積誤差,當(dāng)累積誤差達(dá)到一定數(shù)值時,就會使得數(shù)控車床產(chǎn)生一定誤差,從而影響其工件的加工精度。這就需要采取一定的方法來減弱、消除數(shù)控車床系統(tǒng)的累積誤差。

        (1)絕對值編程法。絕對值編程方法是指將某一個固定點作為基準(zhǔn),即坐標(biāo)的原點,每一段程序的加工和編制都以此為基準(zhǔn)。而以往大多是采用相對值編程法,以前邊的為基準(zhǔn),程序連續(xù)執(zhí)行多次以后必然會累積產(chǎn)生一定的誤差。

        (2)插入回參考點指令法。在程序編制過程中,可以通過插入會參考點指令來使得數(shù)控車床回到參考點,然后各坐標(biāo)清零,這樣可以消除數(shù)控車運(yùn)作過程中的累積誤差。在一段長時間的程序編制中插入回參考點指令,可以有效提高削工件加工精度,尤其是在有較多換刀具工作要求的工作操作過程中,回參考點指令是十分有必要的。

        4 總結(jié)

        在當(dāng)今社會科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展迅速的背景下,我國機(jī)械技術(shù)發(fā)展水平越來越高,對機(jī)械加工精度的要求也越來越高。數(shù)控車的實際操作過程,削工件的加工精度受到多方面因素的影響,因此提高其加工精度的方法也是多樣的。但是從本質(zhì)上說,主要是避免加工誤差和提高操作人員水平這兩大方面。只要通過不斷的努力和經(jīng)驗總結(jié),就可以降低各種誤差,確保加工精度,從而加工出精度極高的產(chǎn)品。

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