数控车如何确定加工精度.docx
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数控车如何确定加工精度
卧式数控车床
加工精度
沈阳第一机床厂技术部
退休职工杨树诚
2004、11
在制定工艺方案、审核用户提供的零件时，能不能加工以及如何加工，要由
两方面确定：
一是加工件的尺寸，形状和材质；二是待加工零件各部位的尺寸精度；成批加工稳定性要求；形位公差和粗糙度要求、本文探讨后一个问题。
一、尺寸精度：
JB/T9871-1999《金属切削机床精度等级》3、4节中有这样的叙述：
相对
精度等级为P级的圆柱面加工机床，如能达到IT6至IT7的公差，圆度、圆柱度达8级的加工精度，则一般应放在绝对精度等级V级的位置上（例如卧式车床）。
”即标准中明确了卧式车床为相对精度P级（即普通精度等级）机床，绝对精度等级为V级，加工精度为IT6〜IT7。
数控车床CAK系列是在卧式车床的基础上发展起来的，它执行的JB/T8324、1-96《简式数控卧式车床精度》的主要项目与卧式车床相同，因此CAK系列加工精度应为IT6〜IT7。
普及型数控车床CKS系列在主要部件制造精度、成品精度上较经济型数控车床有所提高，执行的GB/T16462-1996《数控卧式车床精度检验》也比《简式数控卧式车床精度》有所提高。
CKS系列加工精度应确定为IT6。
CKG6132数控高精度车床、CHH6125卧式车削中心应属于相对精度M级（精密级）或G级（高精密级）机床，绝对精度为W或川级，其加工精度为IT5〜IT6。
上述精度要求是标准或参照标准规定，也是写在样本、说明书中对用户的承诺，是必须达到的。
从发展趋势看用户对数控卧式车床加工精度有提高的要求：
如汽车的主要部件制造精度在提高；有些用户要求以车代磨等。
我们应力争加工精度达到更高些。
前述加工精度为精车精度，半精车可达IT8〜IT10,IT11〜IT12粗车就可达到。
见表1。
数控卧式车床轴向加工精度能满足用户要求。
加工对象难以遇到轴向尺寸公差小于0.1mm的零件。
即使切槽宽度有公差要求、又不能用同一刀刃加工，达到精度要求也不困难。
加工直径mm
>30〜50
>50〜80
>80〜120
>120〜180
>180〜250
>250〜315
精车
IT5
11
13
15
18
20
23
IT6
16
19
22
25
29
32
IT7
25
30
35
40
46
52
半精车
IT8
39
46
54
63
72
81
IT9
62
74
87
100
115
130
加工直径mm
>30〜50
>50〜80
>80〜120
>120〜180
>180〜250
>250〜315
粗车
IT10
100
120
140
160
185
210
IT11
160
190
220
250
290
320
IT12
250
300
350
400
460
520
加工直径mm
>315〜400
>400〜500
>500〜630
>630〜800
>800〜1000
精车
IT5
25
27
30
35
40
IT6
36
40
44
50
56
IT7
57
63
70
80
90
半精车
IT8
89
97
110
125
140
IT9
140
155
175
200
230
IT10
230
250
280
320
360
粗车
IT11
360
400
440
500
560
IT12
570
630
700
800
900
二、工序能力系数Cp：
用户要求机床验收时批量加工零件，测量计算Cp值。
在正常生产状态下工序能够完成设计质量标准的实际加工能力称Cp值。
它反映了成批加工的稳定性。
Cp=T/6S
（1）
式中T:
质量标准，即工件的公差范围。
S:
质量分布的标准偏差，6S即工序能力。
（一）Cp值的计算：
工序能力Cp值与随机误差有关。
随机误差就是大小不按一定规律变化的误差、或称偶然误差。
少量测量随机误差毫无规律，但大量加工实测经过统计可知随机误差分布接近正态分布曲线，又称钟形曲线。
如图1示。
该曲线特点为：
1.对称性：
绝对值相等的正负误差出现次数大体相等。
2.单峰性：
绝对值小的误差比绝对值大的误差出现次数多。
3.有界性：
在一定条件下误差的绝对值不会超过一定限度（否则为粗大误差或称过失误差）。
4.随机误差曲线分布的分散程度和均方根误差Z的大小有关。
5.均方根误差Z表示了随机误差的分布范围
Z=±为和i
（2）
i
式中：
Si=X-卩
卩为分布中心，Xi即误差，n为检测件数、
在S中的卩值是不可知的，我们用一X代替卩，用残差Vi代替Soi
Vi=Xi-X（3）
S=±刀V2/（n-1）（4）
1
S为由X代替卩以后求得的近似均方根误差称标准离差或标准偏差。
Z（或S）越小正态分布曲线越陡，随机误差分布越集中，说明精度越高。
如图2示。
通常认为超出土3啲概率已经很小，占0.27%,故认为是随机误差的极限误差，即：
Cp=T/6Z（5）
用S代替Z形成常用的
（1）式
Cp=T/6S
（二）Cpk值的计算：
Cpk是有偏移的工序能力系数。
Cp值是反映在质量标准中心和质量特性值分布中心重合时，即公差带中心M与分布中心卩一致时的工序能力。
但在实际中由于系统误差的存在、二者有偏移，如图3、&为偏移量。
由于M与卩偏移使工序能力受到影响、不合格品率也不一样。
所以在估算工序能力系数时应把&考虑进去，这时求出的工序能力系数记为Cpko
由图3可知&=|-M|，把&对工件直径公差范围T的一半的比值K称为偏
移系数”其含义是反映M与卩的偏移程度。
（6）
（7）
&|-M|
K==
T/2T/2
用K值修正Cp值即：
Cpk=（1-K）Cp=（1-K）T/6S
从（7）式可以看出：
1、当K=0时，M与卩无偏移，则Cpk=Cp,这是我们希望的。
2、当卩位于标准界限之外时，K>1，Cpk<0,此时毫无意义。
显然K值愈小愈好。
（二）Cm值的计算：
Cm是机械能力系数。
机械能力是在工序正常状态下,
机械所具有的加工能力，机械能力是工序能力的组成部分之一。
根据经验机械能
力Zm^3/4,Z故:
（四）极差和标准偏差S的估算：
测试件数达不到统计要求，可用极差估
算S:
极差R-—批试件中最大最小之差。
dn:
极差系数，可查表2或用下式计算:
n：
每组抽样数目
n
2
3
4
5
6
7
8
9
10
dn
1.128
1.693
2.053
2.326
2.534
2.704
2.847
2.970
3.078
1/dn
0.886
0.591
0.486
0.428
0.395
0.369
0.351
0.347
0.325
（五）Cp值的评价：
Cp值的分档是按T与S的倍数划分的，其评价见表3
表3
级别
Cp（Cpk）
T与S的关系
不合格品率%
评价
特级
Cp>1.67
T>10S
p<0.00006
工序能力过于充分
一级
1.67》Cp>.33
10S>T>8S
0.00006Wp<0006
工序能力充分
二级
1.33》Cp>1
8S》T>6S
0.006Wp<027
工序能力尚可
三级
1》Cp>067
6S》T>4S
0.27Wp<445
工序能力不足
四级
0.67T<4S
P》445
工序能力严重不足
Cp<1满足不了质量要求，1.33》Cp>时,工序能力基本满足要求但不充分、
需要严格控制、检验不可放宽。
而1.67》Cp>.33时，不合格品率为十万分之六以下、质量上可以放心、允许影响质量因素的一些小波动、若不是主要工序也可适当放宽检验和控制的标准、所以一般要求Cp》.33是合理的。
至于Cp》.67,即使影响质量诸因素有一定波动也不必担心超差、甚至可以免检、但达到这一数
值极不经济。
（六）在Cp》.33时，本厂CKS,CAK机床所能达到的精度：
前述工序能力与随机误差有关，数控机床加工圆柱表面时随机误差的主要构成是X轴的重复定位精度与刀架的重复定位精度。
精度检验标准规定如表4。
表4卩
允差
X轴重复定位精度
刀架重复定位精度
普及型（CKS）
7
5
经济型（CAK）
12
10
表4可见两种机床精度允差差别很大，按CKS达到IT6、CAK达到IT7为目标要求。
现验算能否达到该目标：
以表4中X轴重复定位精度的1/6为该项标准偏差；以表4中刀架重复定位精度（极差）按公式（9）或表2算出该项标准偏差；两个标准偏差的平方和再开方得机床质量分布的标准偏差S。
以机床最
大回转直径的1/8为试件直径、试件公差的1/2（半径公差）为质量标准T;按公式
（1）计算Cp值，计算内容从略、结果如表5。
机床最大回转直径mm
320〜400
500〜630
800
1000
试件直径mm
40〜50
62.5〜78.8
100
125
Cp
CAK（IT7）
0.5
0.59
0.69
0.79
（Cpk）
CKS（IT6）
0.61
0.73
0.84
0.90
结果表明仅仅达到精度检验标准的机床、加工工件分散度甚差，Cp<1，质量稳定性没有保证。
本厂实际制造水平远比精度检验标准高，如自制的刀架重复定位精度通常可达2.5卩左右。
X轴重复定位精度也常做到允差值的一半以下。
故适当控制这两项精度、CKS和CAK系列机床可以分别在IT6和IT7的精度
达到Cp圭33。
控制值和计算结果如表6。
表6
机床最大回转直径mm
320〜400
500〜630
800
1000
CKS系列（IT6）
刀架重复定位精度pm
2.5
X轴重复定位精度pm
3
4.5
6
7
Cp
1.27
1.33
1.35
1.4
刀架重复定位精度pm
2
3
X轴重复定位精度pm
4
5.5
5
6
Cp
1.38
1.34
1.32
1.34
CAK系列（IT7）
刀架重复定位精度pm
3
X轴重复定位精度pm
6.5
8.5
11
12
Cp
1.34
1.35
1.36
1.45
由上可知使一批工件达到Cp圭33,比一批工件达到合格品要困难的多。
即使按表6控制两项精度，当工件直径很小-即公差范围很小、也难以达到
Cp圭33的要求（如车削©6轴IT6公差范围8口，半径公差只有4即）。
因此，加工Cp值的部位尺寸、应符合机床正常加工范畴。
有的用户要求Cp圭67、相当于不合格品率为千万分之六以下、属苛刻要求。
粗略计算CKS只能在加工IT8、CAK只能在加工IT9级精度时才能达到。
为达到Cp值要求，加工该部位应专备精车刀具，刀具应锐利、刀尖角小，必要时后角也大些、以避免挤压造成的精度不稳定。
形位公差:
（一）形状公差：
包括圆度、圆柱度。
主要取决于机床主轴系统的精度、
尤其是主轴轴承的精度。
精度标准GB/T16462-1996及JB/T8324、1-96在工作精
度检验P1中要求允差如表7。
表7mm
允差
CKS（GB/T16462-1996）
CAK（JB/T8324.1-96）
机床最大回转直径
?
200〜500
?
500〜1000
800
>?
800
圆度（精度等级）
0.003（5）
0.005（5〜6）
（6〜7）
（7）
圆柱度（精度等级）
0.02/?
30〜75
（9〜10）
0.03/?
75〜150
（10〜11）
0.03/
100
（10）
0.04/>?
100
（10〜11）
机床主轴轴承对工件圆度有极其重要的影响、数控车床提高了主轴轴承精
度及选用进口件，故在以往的国内外机床样机试验中、加工试件圆度都远远高于标准规定，甚至可达0.0012〜0.0015。
而圆柱度影响因素很多、包括导轨各项精度，按表7所列尚不能达到8级，而JB/T9871要求卧式车床达到8级，数控卧式车床不应低于卧式车床精度、实践验证也能达到8级（其数值相当于IT6尺寸公差值），因此，按表8对机床提出要求：
表8
精度
CKS
CAK
圆度（精度等级）
粗车
7
8
精车
5
6
圆柱度（精度等级）
精车
8
圆度5级适用于一般量仪的主轴、滚珠轴承的配合轴，P级精度机床主轴轴颈也多在此范畴。
6级则可适用于通用减速器轴颈等。
加工球面时其圆度实为轮廓度、依靠圆弧补偿加工，精度级别要降低。
数值小于IT6尺寸公差的圆柱度、较少见。
像尾座套筒、排气阀、销杆等圆柱面很长行程也很长要求圆柱度公差很高的，其尺寸公差、粗糙度要求也很
高，要经过磨加工。
车削较长的零件圆柱度精度级别达不到很高。
表9pm
30〜
50〜
80〜
120〜
180〜
250〜
315〜
400〜
加工直径mm
50
80
120
180
250
315
400
500
4
1.5
2
2.5
3.5
4.5
6
7
8
圆度（精车）
5
2.5
3
4
5
7
8
9
10
精度等级
6
4
5
6
8
10
12
13
15
圆度（粗车）
7
7
8
10
12
14
16
18
20
精度等级
8
11
13
15
18
20
23
25
27
圆柱度（精车）
精度等级
8
11
13
15
18
20
23
25
27
（二）位置公差：
位置公差要求较高的工件，其基准和被测表面应在一次装卡下加工、以消除定位误差。
手动自定心卡盘的定位精度满足不了一般工件的位置精度要求。
当不得不在两次装卡下加工时，必须使卡具的重复定位误差小于位置公差的1/3,通常采用芯轴、涨胎、自车软爪以致超级精密卡盘等。
1.同轴度和跳动：
在一次装卡下可达到以下精度
表10
同轴度和跳动
CKS
CAK
粗车（精度等级）
7
8
精车（精度等级）
5
6
同轴度和跳动5级体现为加工CA6140主轴时，除轴颈及短锥外的各项同轴
度和跳动要求皆可满足。
6级则适于尺寸公差IT7的圆柱表面。
数值见表11。
表11pm
加工直径mm
30〜50
50〜120
120〜250
250〜500
500〜800
800〜1250
4
5
6
8
10
12
15
精车
5
8
10
12
15
20
25
精度等级
6
12
15
20
25
30
40
粗车
7
20
25
30
40
50
60
精度等级
8
30
40
50
60
80
100
2.平行度和垂直度：
指端面对端面、圆柱面对端面、的位置公差。
普及型经济型
精度标准P2工作精度检验项目允差皆为25pm/300mm相当于5级。
从机床其它精度项目和测试结果可知两者有区别。
在一次装卡下可达精度见表12
表12
平行度和垂直度
CKS
CAK
粗车（精度等级）
6
7
精车（精度等级）
3〜4
4〜5
平行度和垂直度数值见表13
表13pm
加工直径
mm
40〜63
63〜
100
100〜
160
160〜
250
250〜
400
400〜
630
630〜
1000
精度等级
3
4
5
6
8
10
12
15
4
8
10
12
15
20
25
30
5
12
15
20
25
30
40
50
6
20
25
30
40
50
60
80
7
30
40
50
60
80
100
120
四、粗糙度：
对粗糙度的要求应与该机床加工精度相匹配。
本厂样本标注
CAK为Ra1.6,CKSRa0.8〜1.6,CHH6125、CKG6132则为RaO.4有色金属
RaO.1。
样机试验表明普及型数控卧式车床精车外圆时：
45号钢可达Ra0.4〜0.8,
黄铜和铝合金可达Ra0.2〜0.4。
具体要求见表14。
表14Rapm
粗糙度
经济型（CAK）
普及型（CKS）
高精度
粗车
黑色金属
6.3
6.3
半精车
黑色金属
3.2
3.2
有色金属
1.6
1.6
精车
黑色金属
1.6
0.8〜1.25
0.4
有色金属
0.8
0.4
0.1
影响粗糙度的因素、机床只是一个方面。
刀具和切削参数或许更为重要，不
予讨论。
上述要求是针对车外圆的，车内孔当刀杆有足够刚度时、也可按上述要求。
车削端面时，采用恒线速车削粗糙度与外圆大体相当，但接近中心若受转数限制局部粗糙度降低。
切槽时一次行程只能达Ra12.5,二次行程能达Ra3.2,若达Ra1.6则需小进给量再次加工。
有的图纸用Rz表示粗糙度，它是另一个表示微观不平度高度特征的表面粗
糙度参数。
Ra是轮廓算术平偏差，而Rz表示微观不平度十点咼度的参数。
两者
之间可自GB1031-68与GB1031-83中的Ra、Rz值做表15、以对照参考。
表15^m
GB1031-83
Ra第一系列
GB1031-68
GB1031-83
GB1031-68
旧级别代号
Ra
Rz第一系列
Rz
0.1
▽10
>0.08〜0.16
0.8
>0.4〜0.8
0.2
▽9
>0.16〜0.32
1.6
>0.8〜1.6
0.4
▽8
>0.32〜0.63
3.2
>1.6〜3.2
0.8
▽7
>0.63〜1.25
6.3
>3.2〜6.3
1.6
▽6
>1.25〜2.5
12.5
>6.3〜10
3.2
▽5
>2.55
>10〜20
6.3
25
▽4
>5〜10
>20〜40
12.5
50
▽3
>10〜20
>40〜80
25
100
▽2
国外来图也有用轮廓最大高度（Rmax,Rt）,均方根偏差（hrme,haq,hq.
Rd）表示粗糙度的，前者与Rz大体相当（Ry）、后者另做对照。
五、结论：
综前述，推荐表16精度值做制定工艺方案参考
表16
精度等级
CAK
CKS
圆柱面尺寸精度
IT6〜IT7
IT6
Cp圭33
IT7
IT6
圆度
6
5
圆柱度
8
8
同轴度和跳动
6
5
平行度和垂直度
4〜5
3〜4
粗糙度
Raym
黑色金属
1.6
0.8〜1.25
有色金属
0.8
0.4
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