论文部分内容阅读
摘要：本文分析了在经济型数控车加工中影响尺寸精度的因素，列举了几种控制尺寸精度的方法。
关键词：尺寸精度 加工精度 加工误差 控制尺寸
1 概述
经济型数控车床多采用开环控制系统，无检测、反馈和适应控制装置。其控制精度比采用闭环或半闭环的全功能数控车床要差得多。本人就经济型数控车床在加工中，尺寸精度误差产生的原因和控制方法做以下阐述，以供参考。
2 影响数控车加工尺寸精度的因素
2.1 数控系统 经济型数控系统采用开环控制系统，其机床定位精度不高，无检测、反馈和适应控制装置，存在加工精度不高的问题。特别是在加工批量产品时，若产品尺寸精度要求小于0.01mm、圆度要求小于0.005mm时，用经济型数控车将无法保证加工精度。
2.2 数控机床方面 机床本身的制造和安装精度对加工精度也会造成影响：机床主轴精度造成工件圆度和直线度超差；刀架回转精度造成刀具重复定位误差。滚珠丝杠副的反向间隙直接影响加工精度。
2.3 刀具方面
2.3.1 刀具几何形状对尺寸精度的影响。刀具在切削过程中，因切削力的作用，对已加工表面造成挤压，产生膨胀变形。因此，精车刀会选择较大的几何角度，使刀刃锋利、切削省力。但是，数控车常使用的可转位夹固式刀具的刀片，因考虑到刀片的使用寿命及粗、精车通用性，刀刃的锋利程度差，加工中存在膨胀变形量，对尺寸精度造成影响。而手工刃磨的车刀，使用寿命不高，互换性差，不适合批量产品的加工。
2.3.2 刀具刀尖高误差对尺寸精度的影响。车削时人们发现在程序编制正确的情况下，小外圆尺寸在公差以内，而大外圆尺寸却不对，或者相反；镗阶梯孔也如此，这是由刀具的刀尖高误差引起的。
2.4 切削参数选用 经济型数控车没有恒线速度进给功能，加工不同直径的台阶表面时切削速度是不同的；而各台阶表面的精加工余量也不相同。这样，在精加工不同台阶表面时，刀尖承受的切削力不同，刀尖对已加工表面的挤压程度也不同，导致精加工不同台阶表面时膨胀变形量不同。所以，不同台阶表面尺寸精度会有误差。这少量的误差也足以对尺寸精度造成影响，特别是当精车余量很少时（约<0.1mm），这种影响会更突出。
3 数控车加工中控制尺寸的方法
3.1 首件试切法 在加工批量产品时，首件产品由于对刀误差等原因，造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求，通过测量出工件的尺寸误差值，然后将刀补值修改一个误差量，使其余的工件达到图纸要求。保证径向尺寸方法如下：
①绝对坐标输入法。根据“大减小，小加大”的原则，在如图1所示刀补表中修001～004处修改X刀补值。如：用2号切断刀切槽时，工件槽底直径大了0.1mm，而002处刀补显示是X197.8，则可输入X197.7，减小2号刀补值。
②相对坐标输入法。如上例，002刀补处输入U-0.1，可收到同样的效果。同理，对于轴向尺寸的控制可如法炮制。
3.2 增加半精加工保证尺寸精度 在加工单件产品时，采用增加半精车的方法以保证尺寸精度。粗加工后，进行半精车，然后精确测量出精加工余量，对刀补进行相应调整后再进行精车。此方法，在运用复合内外圆切削循环G71和精车循环G70指令，进行粗、精加工台阶轴、孔类零件时，编程比较方便。以下为加工图2所示零件的加工程序和加工说明：
O0001；
M3S700T0101；
M8；
G99G00X38.0Z2.0；
G94X-0.5Z0F0.15；
G71U2.0R0.5； 粗车
G71P08Q14U1.0W0.2F0.3；
N08 G0X20.0； 指定精加工路线
G1Z1.0F0.1；
X24.0Z-1.0；
Z-35.0；
X30.0；
X32.0Z-36.0；
N14 Z-50.0；
G28X50.0Z10.0；
T0100； 取消刀补
M5； 主轴停
M0； 程序停 刀补U+0.5留出精车余量
M3S1200T0101；
G0X38.0Z2.0；
G70P08Q14； 半精车
G28X50.0Z10.0；
T0100； 取消刀补
M5； 主轴停 精确测量车至公差中值的余量A
M0； 程序停 刀补U-A
M3S1200T0101；
G0X38.0Z2.0；
G70P08Q14； 精车
G28X50.0Z10.0；
T0100；
M30；
3.3 数值换算保证尺寸精度 当图样上各尺寸公差值各不相同，为保证加工尺寸都符合图纸要求，编程时需将图中各尺寸值加以换算，取两极限尺寸的平均值为编程值。若将图3中Φ32-0.024更改为Φ32+0.024，此时需将上例中N08～N14精车程序段做如下更改：
……………
N08 G0X20.0；
G1Z1.0F0.1；
X23.988Z-1.0； 以公差中值编程
Z-35.0；
X30.0；
X32.012Z-36.0； 以公差中值编程
N14 Z-50.0；
……………
3.4 修改程序和刀补控制尺寸 实际中本文所述各种影响尺寸精度的因素可能会同时出现，我们发现：程序自动运行后测量，工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如：加工图2所示工件，经粗加工和半精加工后测量，各轴段径向尺寸：Φ32-0.024尺寸为Φ32.48mm，Φ24-0.024尺寸前段为Φ24.51mm，后段为Φ24.53mm，即Φ24尺寸出现0.02mm锥度误差。此时，首先应对上例中N08～N14精车程序段做如下调整：
……………
N08 G0X20.0；
G1Z1.0F0.1；
X24.0Z-1.0； Φ24尺寸不变
X23.98Z-35.0； 调整Φ24尺寸0.02mm锥度误差
X30.0；
X32.03Z-36.0； 调整公差带误差
N14 Z-50.0；
……………
这样，各轴段均超出名义尺寸上极限0.51mm。然后，在001刀补处输入U-0.51。经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
4 结束语
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，很多因素对尺寸精度都会造成影响，我们只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
参考文献：
[1]数控机床及其应用[M].机械工业出版社.
[2]数控加工及程序编制基础[M].机械工业出版社.
[3]数控工艺培训教程[M].清华大学出版社.
作者简介：罗鹏（1969-），男，湖南益阳人，讲师，研究方向：机械、管理。
关键词：尺寸精度 加工精度 加工误差 控制尺寸
1 概述
经济型数控车床多采用开环控制系统，无检测、反馈和适应控制装置。其控制精度比采用闭环或半闭环的全功能数控车床要差得多。本人就经济型数控车床在加工中，尺寸精度误差产生的原因和控制方法做以下阐述，以供参考。
2 影响数控车加工尺寸精度的因素
2.1 数控系统 经济型数控系统采用开环控制系统，其机床定位精度不高，无检测、反馈和适应控制装置，存在加工精度不高的问题。特别是在加工批量产品时，若产品尺寸精度要求小于0.01mm、圆度要求小于0.005mm时，用经济型数控车将无法保证加工精度。
2.2 数控机床方面 机床本身的制造和安装精度对加工精度也会造成影响：机床主轴精度造成工件圆度和直线度超差；刀架回转精度造成刀具重复定位误差。滚珠丝杠副的反向间隙直接影响加工精度。
2.3 刀具方面
2.3.1 刀具几何形状对尺寸精度的影响。刀具在切削过程中，因切削力的作用，对已加工表面造成挤压，产生膨胀变形。因此，精车刀会选择较大的几何角度，使刀刃锋利、切削省力。但是，数控车常使用的可转位夹固式刀具的刀片，因考虑到刀片的使用寿命及粗、精车通用性，刀刃的锋利程度差，加工中存在膨胀变形量，对尺寸精度造成影响。而手工刃磨的车刀，使用寿命不高，互换性差，不适合批量产品的加工。
2.3.2 刀具刀尖高误差对尺寸精度的影响。车削时人们发现在程序编制正确的情况下，小外圆尺寸在公差以内，而大外圆尺寸却不对，或者相反；镗阶梯孔也如此，这是由刀具的刀尖高误差引起的。
2.4 切削参数选用 经济型数控车没有恒线速度进给功能，加工不同直径的台阶表面时切削速度是不同的；而各台阶表面的精加工余量也不相同。这样，在精加工不同台阶表面时，刀尖承受的切削力不同，刀尖对已加工表面的挤压程度也不同，导致精加工不同台阶表面时膨胀变形量不同。所以，不同台阶表面尺寸精度会有误差。这少量的误差也足以对尺寸精度造成影响，特别是当精车余量很少时（约<0.1mm），这种影响会更突出。
3 数控车加工中控制尺寸的方法
3.1 首件试切法 在加工批量产品时，首件产品由于对刀误差等原因，造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求，通过测量出工件的尺寸误差值，然后将刀补值修改一个误差量，使其余的工件达到图纸要求。保证径向尺寸方法如下：
①绝对坐标输入法。根据“大减小，小加大”的原则，在如图1所示刀补表中修001～004处修改X刀补值。如：用2号切断刀切槽时，工件槽底直径大了0.1mm，而002处刀补显示是X197.8，则可输入X197.7，减小2号刀补值。
②相对坐标输入法。如上例，002刀补处输入U-0.1，可收到同样的效果。同理，对于轴向尺寸的控制可如法炮制。
3.2 增加半精加工保证尺寸精度 在加工单件产品时，采用增加半精车的方法以保证尺寸精度。粗加工后，进行半精车，然后精确测量出精加工余量，对刀补进行相应调整后再进行精车。此方法，在运用复合内外圆切削循环G71和精车循环G70指令，进行粗、精加工台阶轴、孔类零件时，编程比较方便。以下为加工图2所示零件的加工程序和加工说明：
O0001；
M3S700T0101；
M8；
G99G00X38.0Z2.0；
G94X-0.5Z0F0.15；
G71U2.0R0.5； 粗车
G71P08Q14U1.0W0.2F0.3；
N08 G0X20.0； 指定精加工路线
G1Z1.0F0.1；
X24.0Z-1.0；
Z-35.0；
X30.0；
X32.0Z-36.0；
N14 Z-50.0；
G28X50.0Z10.0；
T0100； 取消刀补
M5； 主轴停
M0； 程序停 刀补U+0.5留出精车余量
M3S1200T0101；
G0X38.0Z2.0；
G70P08Q14； 半精车
G28X50.0Z10.0；
T0100； 取消刀补
M5； 主轴停 精确测量车至公差中值的余量A
M0； 程序停 刀补U-A
M3S1200T0101；
G0X38.0Z2.0；
G70P08Q14； 精车
G28X50.0Z10.0；
T0100；
M30；
3.3 数值换算保证尺寸精度 当图样上各尺寸公差值各不相同，为保证加工尺寸都符合图纸要求，编程时需将图中各尺寸值加以换算，取两极限尺寸的平均值为编程值。若将图3中Φ32-0.024更改为Φ32+0.024，此时需将上例中N08～N14精车程序段做如下更改：
……………
N08 G0X20.0；
G1Z1.0F0.1；
X23.988Z-1.0； 以公差中值编程
Z-35.0；
X30.0；
X32.012Z-36.0； 以公差中值编程
N14 Z-50.0；
……………
3.4 修改程序和刀补控制尺寸 实际中本文所述各种影响尺寸精度的因素可能会同时出现，我们发现：程序自动运行后测量，工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如：加工图2所示工件，经粗加工和半精加工后测量，各轴段径向尺寸：Φ32-0.024尺寸为Φ32.48mm，Φ24-0.024尺寸前段为Φ24.51mm，后段为Φ24.53mm，即Φ24尺寸出现0.02mm锥度误差。此时，首先应对上例中N08～N14精车程序段做如下调整：
……………
N08 G0X20.0；
G1Z1.0F0.1；
X24.0Z-1.0； Φ24尺寸不变
X23.98Z-35.0； 调整Φ24尺寸0.02mm锥度误差
X30.0；
X32.03Z-36.0； 调整公差带误差
N14 Z-50.0；
……………
这样，各轴段均超出名义尺寸上极限0.51mm。然后，在001刀补处输入U-0.51。经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
4 结束语
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，很多因素对尺寸精度都会造成影响，我们只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。
参考文献：
[1]数控机床及其应用[M].机械工业出版社.
[2]数控加工及程序编制基础[M].机械工业出版社.
[3]数控工艺培训教程[M].清华大学出版社.
作者简介：罗鹏（1969-），男，湖南益阳人，讲师，研究方向：机械、管理。