半闭环数控铣床铣削加工高精度圆分段式加工方法

北方信息控制集团有限公司 （山西晋中 030600） 左 锋 赵 江 霍一敏

1. 数控铣床加工零件情况

数控铣床的加工功能很强，能完成各种平面、沟槽、成型表面及空间曲线复杂型面的加工，当然圆盘类零件的加工也可以方便地在数控铣床上实现。数控铣床的加工精度是机床很重要的一项指标，在使用两坐标联动数控铣床加工圆盘状（或孔系类）零件时，在XY轴转换部位经常会出现明显的刀痕，有时刀痕深度可达0.07～0.20mm，如图1a所示；或产生不规则的圆度误差（经常在大直径圆弧段中出现），如图1b所示。

对于图1a所示情况，数控铣床的丝杠性能、系统的质量及运动的摩擦和进给阻力都是要考虑的，只要合理选择或调整都可将加工误差降至最小。数控铣床加工零件存在误差不可避免，而且引起误差的因素有很多，比如加工速度、机械结构等。笔者结合自己的实际经验，主要针对图1b所示现象，对数控铣床（或加工中心）高精度大直径孔系类零件的加工工艺进行探讨。

2. 针对数控机床工作原理的分析

在轮廓加工中，刀具轨迹必须严格、准确地按零件轮廓曲线运动。插补运算的任务就是在已知加工轨迹曲线的起点和终点间进行“数据点的密化”。插补是在每个插补周期内，根据指令、进给速度计算出一个微小直线段的数据，刀具沿着微小直线段运动，经过若干个插补周期后，刀具从起点运动到终点，完成这段轮廓的加工。

数控铣床（主要指半闭环伺服系统）进行圆弧插补运动时，系统只对圆弧的起点和终点进行位置检测，而起点和终点之间的所有圆弧上的点，都只靠系统的插补运算来控制，没有位置检测，再加上机床工作台运动相对于插补指令的滞后，一定会产生机床运动轨迹的偏差。圆弧段越长，偏差越大，而整圆的圆弧段最长，所以整圆的偏差值最大。机床的机械精度对圆弧加工有重大影响。进给速度对圆的精度也有影响，进给速度越快，跟随误差也越大。

图 1

3. 基于MasterCAM的探讨

Master CAM是美国CNC Software NC公司开发的基于PC平台的计算机辅助制造系统软件。该软件在二维轮廓、孔加工和三维曲面等加工方面能产生符合机床的自动加工代码，由于数控系统只对圆弧的起点和终点进行位置检测，基于MasterCAM软件强大的二维绘图和加工特点，我们可以把整圆人为地均分成若干圆弧段来进行加工，如图2所示。这样就可以增加位置检测点，从而提高整圆的精度。均分段数应为4的整倍数。另外还应注意，精铣时，应适当降低进给速度。

图3所示为整圆加工改进后与改进前的刀具轨迹对比图。

图 3

4. 加工实例

经过上述技术方案改进后，在实际加工案例（见图4）中，通过将这两种零件的φ140h6外圆和φ160H7内孔在MasterCAM制图时全部打断为20段，粗铣后留余量0.5mm，用φ12mm立铣刀精铣，进给速度f=500mm/min，程序为20段圆弧加工后，经检测，φ140h6外圆实测为φ139.99mm，圆度误差≤0.01mm，φ160H7内孔实测为φ160.02mm，圆度误差≤0.015mm。经过改进后的方法比原方法加工的零件尺寸精度高，表面质量好，能够满足图样要求。

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图 4