提高数控车削工件加工精度方法的探讨

李志刚

（德州职业技术学院，山东德州 253000）

0 引言

近年来，我国科学技术不断发展，其在机械加工方面和数控车床的应用范围越来越广。数控车在价格和产品实用性能方面上，都表现出很大优势。随着社会对产品质量的要求越来越高，对数控车的各个零件的精准度也提出了更高的要求。例如，数控车削工件的加工精度受到很多因素影响，一旦加工精度受到影响，产品的加工质量就很难保障。因此，在实际操作过程中，应该尽力保证数控车削工件的加工精度。

1 数控车削工件工作原理

从本质上说，数控车就是用数字程序对车床进行控制的一种机床，有加工精度高、价格适中、适用性强的优点，也是目前我国使用数量最大、范围最广的一种数控机床。

车削则是通过车刀在平面内的直线、曲线运动等加工将工件，一般是在车床上进行，用来加工工件的表面、螺纹等。车削过程中，工件通过数控车机床主轴的带动进行旋转，工作目的不一样时，车刀旋转方向不同，例如：车削内外圆柱面时，车刀是和工件的旋转轴线平行运转的；车削端面时，旋转方向则是垂直于工件的旋转轴线的。一般说来，车削包括粗车和精车2种，实际应用就是利用不同的车刀加工内外圆柱面、端面等回转表面，加工精度可高达IT8～IT7，往往用于单一轴线零件的加工。

车削加工在机械行业中应用十分广泛。由于涉及到的数控车床数量多、人员广泛，车削工作精度问题就显得十分重要，特别是要合理选择切削用量。对于高效率的金属切削工作，切削时间、速度以及用量都可能给切削刀具极大损伤，降低刀具使用寿命，因此切削工作也必须选取合适的刀具：粗车时可以用强度高的刀具，而精车时则需要选择精度高的刀具。

数控车削工件的加工精度主要是评价加工表面的一种几何参数，其精度越高，产品质量就越高，工作效率也就越高。但是，任何工作的实际参数都不会精准不变，因此只能最大程度上提高其加工精度，而无法保证其误差消除。

2 数控车削工件加工精度的影响因素

2.1 车床自身的精度

在数控车实际操作运行过程中，可能由于自身主轴轴线的平行移速较差、车床自身轨面的磨损严重或者机床的水平高度变动等很多方面因素的影响，而使得数控车削工件的尺寸较差，从而影响其加工精度。

2.2 对刀的影响

在车削工件工作开始之前，对刀是一项重要工作环节。对刀的目的就是检测刀具的偏差值、确定刀具的起始位置，工件的加工精度在很大程度上受对刀工作质量的影响。一些复杂零件的加工涉及到多把刀具，这就需要在工作开始之前测量出各个刀具可能出现的刀位偏差值。实际操作中，刀位偏差值是有可能不准确的，要保证工件的加工精度就不许消除刀位偏差值。一般来说，刀具的起始点应该和工件的零点一致。

2.3 编程尺寸精度

编程时可能存在没有考虑零件的各部分误差位置而带来的编程尺寸计算误差，这也会直接影响到工件的加工精度。在实际操作过程中，许多零件的尺寸都有公差，而且公差的位置可能不同。而数控车的编程往往是按照工件的基本尺寸进行程序编制，这种方法忽略了公差位置带来的影响，即使车削工件的加工精度再精细，工件的实际精度也很难符合要求。

3 数控车削工件提高加工精度的方法

数控车有生产质量、效率极高、实用性极强、价格平易近人等特点，在机械制造领域得到广泛应用。但是在实际操作过程中，容易受到多方面因素的影响，产品质量无法得到保障，这就需要数控车的任何一个单一零件都确保加工精度。以数控车车削零件为例，提高加工精度需要从3个方面做起。

3.1 合理选取刀具

首先是要选取合适的刀具。由于工作系统的刚性不同、需加工的零件结构特点不同等，刀具的选择也应该从这些实际情况出发，对不同的工件表面的加工工作选择不同的刀具。

3.1.1 刀具材料的选取

从刀具的材料来看，近年来多种多样的刀具材料开始投入使用，如陶瓷材料、硬质合金刀具材料等。硬度较高的刀具有着极强的耐高温性、耐磨性等优点，广泛应用在实际工件加工中，也提升了加工质量和工作效率，为企业带来明显的效益。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选择。材料除了要选择保持其耐磨的硬度以外，还要注意材料要耐高温。陶瓷刀具一般都有着极强的耐用度，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时，陶瓷刀具的作用更加强大。另外，还可以通过在刀具上涂层材料来提升刀具的性能，比如说瑞士氮铝化钛ALTIN（Titanium Aluminide）涂层材料的应用，可以大大提高刀具的硬度，在工作环境温度高达（1500～1600）℃时刀具的硬度仍然不受影响，而且其使用寿命比其他材料的刀具延长了4倍左右，并且成本较低。这使得该刀具材料得到极其广泛的应用。还有一种硬度极高的材料——聚晶立方氮化硼 PCBN（Polycrystalline Cubic Boron Nitride），硬度仅仅次于金刚石，在实际工作过程中，工件的切削速度越快，刀面的磨损速度则越来越小，比较适用于钢铁等硬度极高材料的高速切削工作中。

3.1.2 刀具形状的选择

在切削工作时先选择合适的刀具材料，然后再选择合适的刀具形状。对于不同材料的切削工作应该选择不同的刀具形状。刀具需要有合适的几何角度，通过将刀尖的形状变转来提高零件的加工质量。一般刀尖形状有圆形、100°菱形、正方形、三角形等，刀具的形状不同，其强度也不同。一般来说，进行工件粗加工时，切削工作的力度较大，对刀具的磨损相对较大，宜选取前角和后角车削较小形状的刀具；加工细小精长的工件时，则需要根据其刚性比较弱的特点，选择减少切削工作径向力的主偏角相对较大的刀具；加工灰铸铁工件时，则应该选择主偏角在45°～75°的刀具。所以，刀具形状的选择需要考虑工件的实际材料和情况而定。

3.1.3 刀具的准备

除了正确选择刀具材料外，还需要合理的选择刀具几何角度，以及合理运用刀尖过渡形状来提高零件加工质量。按刀具强度而言，各种刀片形状的刀尖强度从高到低依次为圆形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料选择后，应选择强度尽可能高的刀片形式。车刀的几何角度有主偏角、副偏角、刀尖角、刃倾角、前角、后角和副后角。一般情况下，粗加工时，由于切削力大、刀具磨损较快，应减小前角和后角车削（前角 0°～10°，后角 6°～8°），而精加工时则正好相反。加工细长零件时，由于刚性较差，为了减少切削时的径向力，主偏角和前角选择大一点（主偏角 75°～90°，前角 10°～30°）。它们和工件材料的选择也有一定联系，例如，加工灰铸铁时，主偏角应选择45°～75°，前角应选择 0°～10°，后角应选择 6°～12°；加工不锈钢时，主偏角应选择在 75°～90°，前角应选择在 15°～30°，后角应选择 8°～10°。

3.2 工件装夹

从本质上说，数控车床和其他普通车床的装夹工件的方法基本相同，常用的装夹工具就是三爪卡盘。在实际工作中，不可以伸长过长，其长度不得大于工件直径的3倍。对于一些特殊工件来说，要选择合适的装夹方法，否则工件的精度会受到很大影响，直接影响到产品质量。以细长轴的加工为例，一般使用一顶一夹的装夹，这样可以保证工件受到径向力切削时发生弯曲变形，从而增强工件的刚性和硬度。在中心架和刀架的实际使用中，工件的转速不宜过高，而且要对支撑爪进行加油、润滑。当发生较大程度的弯曲时，要使用四爪的装夹，装夹毛坯不可过长，一般为（1.5～2）cm，还应将铜皮作为垫块。

提高装夹定位精度，也能在很大程度上促进数控车削工件加工精度的提高，可以通过精基准法和一夹一项法2种方法来实现提高装夹精度。“精基准法”就是指将已经完成加工的工件表面看作定位的基准，这样可以在很大程度上减少误差的存在，从而确保削工件的加工精度。实际操作中轴类工件的圆柱度公差是影响加工精度的主要因素。一夹一项法则包括了三爪装夹、四爪装夹等多种装夹方式，实际操作过程中，可以通过有效的装夹方式提高工件的加工精度和工作质量，保证工作加工效率。

3.3 减少累积误差

在实际操作过程中，数控车往往会受数控加工母机制造精度的影响，产生一定的累积误差，当累积误差达到一定数值时，就会使得数控车床产生一定误差，从而影响其工件的加工精度。这就需要采取一定的方法来减弱、消除数控车床系统的累积误差。

（1）绝对值编程法。绝对值编程方法是指将某一个固定点作为基准，即坐标的原点，每一段程序的加工和编制都以此为基准。而以往大多是采用相对值编程法，以前边的为基准，程序连续执行多次以后必然会累积产生一定的误差。

（2）插入回参考点指令法。在程序编制过程中，可以通过插入会参考点指令来使得数控车床回到参考点，然后各坐标清零，这样可以消除数控车运作过程中的累积误差。在一段长时间的程序编制中插入回参考点指令，可以有效提高削工件加工精度，尤其是在有较多换刀具工作要求的工作操作过程中，回参考点指令是十分有必要的。

4 总结

在当今社会科学技术水平发展迅速的背景下，我国机械技术发展水平越来越高，对机械加工精度的要求也越来越高。数控车的实际操作过程，削工件的加工精度受到多方面因素的影响，因此提高其加工精度的方法也是多样的。但是从本质上说，主要是避免加工误差和提高操作人员水平这两大方面。只要通过不断的努力和经验总结，就可以降低各种误差，确保加工精度，从而加工出精度极高的产品。