数控产品质量分析与控制.docx

1、数控产品质量分析与控制数控产品质量分析与控制业： 名： 号： 摘要：要保证数控车床的加工质量 , 充分发挥数控车的高精度、 高速 度等优势 , 必须考虑合理的工艺因素、 正确地进行数控车床的加工程 序编制和掌握数控车床的操作技能 , 并进行全过程控制 , 只有这样才 能充分发挥数控车的高精度、高速度等优势。随着科学技术的发展 , 普通机床越来越不能满足市场的需求 ,其劳动强度大 ,危险性高 , 且不 能满足现代科学的批量生产需要 , 越来越多的企业将普通机床逐渐转 向数控化 , 因为数控机床可弥补普通机床的许多缺点 , 可实现加工精 度高,多工序的集中化 , 自动报警,自动补偿及自动监控的功能

2、。 关键词：数控车床 加工质量 工艺因素 程序编制 ABSTRAC：TCNClathe processing to ensure the quality, give full play to high-precision numerical control cars, high-speed advantages, we must consider reasonable technical factors, correctly processing CNC lathe CNC lathe programming and control of operational skills, and mak

3、e the whole process control , the only way to give full play to high-precision numerical control cars, high-speed advantages. With the development of science and technology, general machine tools are increasingly unable to meet the market demand for its labor-intensive, high-risk and massproduction

4、can not meet the needs of modern science, more and more companies will gradually shift CNC machine tools common ,Because CNC machine tools can compensate for many of the shortcomings of general machinetools, machining can be realized with high precision, multi-centralized processes, automatic alarm,

5、 automatic compensation and automatic monitoring functions.KEYWORD：S CNC Lathe Processing quality Technological Factors Programming在市场竞争激烈的情况下，数控车床的应用越来越广泛。为合理 地发挥数控车床的加工特点， 保证加工质量以及提高数控车床的加工 质量，这是非常重要的。工艺性分析与工艺处理是对工件进行数控加工的前期准备工作， 它必须在数控程序编制前完成， 因为工艺方案确定之后， 编程才有依 据。如果工艺性分析不全面，工艺处理不当，将可能造成数控加工的 错误，直

6、接影响加工的顺利进行，甚至出现废品。因此数控加工的编 程人员首先要把数控加工的工艺问题考虑周全，才进行程序编制。 合理进行数控车削的工艺处理， 是提高零件的加工质量和生产效率的 关键。因此应根据零件图纸对零件进行工艺分析， 明确加工内容和技 术要求，确定加工方式和加工路线， 选择合适刀具及切削用量等参数。 例如以下图 1 和图 2 的两个配合件：G8V.程图2配件2技术嘤求：融倒角3寿 锥面配合徐色检査不少于60% 毛坯60X120、 r 40X60刀具材料在切削中一方面受到高压、高温和剧烈的摩擦作用，要 求其硬度高、耐磨性和耐热性好；另一方面又要受到压力、冲击和振 动，要求其强度和韧性足够。

7、但是，强度与韧性好的材料，其硬度与 耐磨性必然较差，反之亦然。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、 陶瓷材料和超硬材料，前两者为常用材料，且硬质合金材料在车刀中 应用最普遍。高速钢刀具不适合于高速刀削，切削速度直接影响发热 量，它的耐热温度约六百摄氏度，而硬质合金耐热温度约一千摄氏度， 比高速钢硬、耐磨、耐热得多。由于数控加工的高速、高功率等特点， 常用的数控车削刀具有尖形车刀、 圆弧形车刀和成形车刀，为减少换 刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，应尽量采用机夹可 转位车刀，其刀片材质多采用硬质合金和涂层硬质合金。下面仅就工 艺因素和操作技巧两个方面探讨如何有效利用数控车床提高零件的 加

8、工质量。零件的加工质量包括加工精度和表面质量。加工精度的评定指标 有尺寸精度、形状精度（如直线度）和位置精度（如垂直度） ；表面 质量就加工而言主要考虑表面粗糙度值。 数控车床的加工质量主要考 核以上四大指标。1)刀具材料和刀具几何角度的合理选择，刀具材料在切削中受到高 压、高温和剧烈的摩擦作用，要求其硬度高、耐磨性和耐热性好；另 一方面又要受到压力、冲击和振动，要求其强度和韧性足够。但是， 强度与韧性好的材料，其硬度与耐磨性必然较差，反之亦然。那么如 何根据工件材料和加工阶段来选择刀具材料呢？常用的刀具材料有 高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬材料。高速钢的主要优点是易于 刃磨且具有良好的强度

9、和韧性， 在车削中常用于螺纹车刀。 应用最普 遍的硬质合金有YG(钨钛钻类)，其耐热温度在80010000 C之间, 比高速钢硬、耐磨、耐热得多，允许的切削速度比高速钢大 510咅。 该材料的缺点是性脆、怕冲击和振动，比高速钢难磨，在刃磨时不能 用切削液，否则易碎裂。YG3具的切削对象是铸铁等脆性材料，也适 于加工有色金属和纤维层材料，其牌号有 YG3 YG侨口YG三种，数字 是起增强韧性的金属CO的百分比，牌号越大，韧刃越好，越适合于粗 加工，即YG3 YG6 YG在车削中分别对应于精车、半精车和粗车。YT刀具的切削对象是钢料，其牌号有 YT5 YT15和YT3(E种，数字是 起硬相作用的T

10、iC的百分比，数字越大，硬度越高，越适合于精车； 牌号越小，韧尺越好，适合于粗车。即 YT5、YT15、YT30 在车削中分 别对应于粗车、半精车和精车。对于刀具的准备，除了正确选择刀具 材料外，刀具几何角度的合理选择以及刀尖过渡刃形状的合理运用对 提高加工质量十分重要。 车刀的几何角度有主偏角、 刀尖角、副偏角、 前角、后角和副后角。主偏角影响刀尖强度和切削层断面形状。车削 细长轴、薄壁套筒零件时，为了防止径向切削分力造成工件弯曲变形， 主偏角应取大些（如 90）；端面、台阶面车刀的主偏角取 93左右 为宜；对于一般工件粗车时主偏角为 75时，刀具的强度和散热性能 最好，宜选用。 刀尖角在螺

11、纹车刀中是一个主要角度，作为成形刀具 其刀尖角的大小直接决定牙型， 对于普通螺纹车刀，刃倾角为 10时， 其刀尖角为59 16，而刀尖圆弧半径r由公式r = 0.144P计算（式 中P为螺距）。副偏角对表面粗糙度影响最大，主、副偏角越小，刀 尖圆角半径越大的车刀加工出的表面粗糙度越细化。 刀具前、后角越 大，刀具越锋利，表面越细化，但强度变差。2） 切削用量的合理选用， 合理选用切削用量对提高数控车床的加工质 量至关重要。切削用量包括背吃刀量 ap、进给量f和切削速度u,其 选择原则是：粗车时应先选一个尽可能大的背吃刀量 ap,然后选择一 个比较大的供给量f,最后再根据刀具允许的寿命（一般为1

12、516min） 选一个合适的切削速度u，如日常使用中HN613数控车床刚度允许的 ap值为23mm对于45调质钢，硬质合金刀具寿命为60min, f为 0.30.6mm/r, u则为7090m/min;而对于精车，因为精车工序直接 决定工件的尺寸精度、 形状精度和表面粗糙度, 选择用量时要避免积 屑瘤,减少残留面积,减小径向切削力 F y ,避免振动,所以背吃刀 量和进给量要较小而切削速度较高，一般精车时 ap为0.10.8mm, f 为0.010.3mm/学合理的装夹方法是改用弹性活动顶r,用硬质合金 车刀精车中碳钢时, 切削尖顶轴的右端, 并且卡爪部位用钢丝速度约 在100150m/min

13、之间。过渡夹紧，另外，在中间可以安装中心数控 车床车螺纹依靠主轴脉冲发架或跟刀架， 在跟刀架的支承爪调整生器 (编码器)，当其主轴转速选择过中其压紧力要适度，如果有间隙则 达高时，通过编码器发出的定位脉冲将不到提高工件刚性的目的； 如 果压紧可能因“过冲”而导致烂牙，大多数数力过大，则细长轴加工 后，表面呈现控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴“竹节”状，影响 圆柱度。车薄壁工件转速n为nW (1200/p)k式中：p被加工螺纹螺 距， mmk 保险系数，一般 k = 80 在切断、加工深孔或用高速钢刀 具加工时，进给速度宜选择较低，一般在 2050mm/mi范围内选取。3)切削液的合理选择， 切

14、削液的主要作用有冷却作用， 带走大量切削 热，大大降低切削温度；润滑作用，降低切削力，减少刀具的磨损和 降低工件的表面粗糙度值。车削中常用的切削液是乳化液，浓度为5%25%数控车床可以选用N15或N22全损耗系统用油为切削液。车 削铸铁、黄铜、青铜等脆性材料时，一般不加切削液，因为崩碎切屑 与切削液混在一起容易阻塞机床床鞍的运动； 用高速钢刀具切削钢等 塑性金属时， 要加切削液； 当有足够流量的切削液完全冷却硬质合金 刀具时，车削钢等塑性材料以加切削液为好。4)工件装夹方法的合理选择， 除一般轴类零件用三爪自定心卡盘直接 装夹外，对于一些特殊零件，必须合理选择装夹方法，否则对零件的 加工质量将

15、带来负面影响，不能发挥数控车床高精度加工的优越性。用数控车床加工零件， 除了要求操作者具备较强的理论知识和必 备的操作技能外，为了提高加工质量，要求操作者掌握以下技巧：1） “一刀多尖”的运用 所谓“一刀多尖”是指一把车刀在一道工序 中利用它的多个刀尖来加工不同的工件表面，当多把车刀使用并编 程。如1号位车刀刀号为T10, 一个刀尖车外圆，另一个刀尖车端面， 车外圆刀尖对刀数值输入到偏置号“ T0005中，则外圆车刀编程时 为“ T0105;车端面刀尖对刀数值输入到偏置号“ T0006”中，则端 面车刀编程时指令为“T0106,可见一把车刀即充当了两把车刀使用， 可以间接扩充回转刀架的刀库容量

16、，且刀具角度比较好选择。2）“刀尖圆弧半径补偿”动能的有效运用 数控车床的数控系统目前 正在推广“刀尖圆弧半径补偿”功能，如华中数控世纪星 21T系统就 有较成功的刀尖圆弧半径补偿功能。 该功能对于轴类零件圆弧表面的 加工精度的保证十分有效， 大大减小了工艺系统误差。 带有圆弧半径 的刀尖（即便没有， 刀具有切削过程中也会因磨损而自然生成 ），其刀 尖点为空间的一个虚点， 数控编程时是以这个虚点轨迹来编程的， 而 实际切削圆弧表面时 （对圆柱外圆表面和端面尺寸无影响 ） ，刀具实实 切削点为刀尖圆弧上各实际分点， 必然会造成一边过切另一边少切的 现象，而遇有刀尖圆弧半径补偿功能（即G41、G4

17、2和G40）能够进行运 算，始终保证当前刀尖点是刀具圆弧与理论外圆轮廓的切点。 此功能 在数控车床上运用时简单有效， 十分重要。 其操作要点是准确测量刀 尖圆弧半径值，确定刀尖方位号，一次性在刀补表中对应输入，在编 程时，在精车程序段起点之前与终点之后的程序段中用 G41或G42建立 刀尖圆弧半径补偿功能，并且要求所在段在必须用 G00或G01指令，否则无效。3)刀具“磨损”的合理运用，不管是成批大量生产还是单件小批量生 产，数控车床加工工件时必须有一个加工试件的过程。 如何快速而准 确地保证加工尺寸精度， 现在在数控车床系统中增设了刀具磨损的补 偿功能， 能够很有效地实现工件尺寸的快速调整。

18、 例如在同一零件上 要加工尺寸，首先编程、试切、对刀，如果一次连续自动加工，势必 因工艺系统误差或测量误差导致工件报废， 而有效的步骤是： 首先设 定某一磨损量如0.600mm然后正常加工，待加工完毕后，取消磨损 值，设定为 0，然后逐段精密测量， 则每段理论直径相应增加 0.600mm， 与实际测量尺寸比较， 如果偏大， 则将相应的程序段指令的 X 值减小 相应的增量值，反之亦然。再精车时，轴径直径对中率极高。轴向磨 损量的运用亦然。利用数控车床进行批量生产、特别是大批量生产时 , 在保证加工 质量的前提下 , 提高加工效率、 确保加工过程的稳定性是获得良好经 济效益的基础。 数控车削批量加

19、工时 , 选择简便的换刀方式 , 是减少 换刀辅助时间、减少机床磨损、降低加工成本的有效途径。改进换刀 点设置是为达此目的进行的有效尝试之一。 为此, 在夹具选择、 走刀 路线安排、刀具排列位置和使用顺序等方面都要精细分析、 优化设计 , 这里给出了在数控车削批量加工中 , 改进换刀点设置 , 减少运行成本 , 提高加工效率的实例。 数控车削批量加工 , 在完成工艺分析和工序设 定后 , 换刀点的改进 , 由于其能提高运行功效 , 就显得十分必要。换 刀点有固定式和跟随式。(1) 固定式换刀。换刀点固定 , 它不随工件坐标系的位置改变而发生位置变化，该点设在最安全的位置。换刀点最安全位置是指换

20、刀时刀架 或刀盘上的任何刀具不与工件发生碰撞，如图1所示，工件在第三 象限，刀盘上所有刀具在第一象限，换句话说换刀点轴向位置（Z轴） 由轴向最长的刀具（如内孔车刀、钻头等）确定；换刀点径向位置（X轴） 由径向最长刀具（如外圆车刀、切断刀等）确定。跟随式换刀（2）跟随式换刀。跟随式换刀不使用机床数控系统提供的回换刀 点的指令，而使用GO快速定位指令。这种换刀方式的优点是能够最 大限度的缩短换刀路线，但每一把刀具的换刀位置要经过仔细计算， 以确保换刀时刀具不与工件碰撞跟随式换刀常应用于被加工工件有 一定批量、使用刀具数量多、类型多、径向与轴向尺寸相差较大时。利用数控车床进行批量生产、特别是大批量生

21、产时，在保证加工 质量的前提下，提高加工效率、确保加工过程的稳定性是获得良好经 济效益的基础。数控车削批量加工时，选择简便的换刀方式，是减少 换刀辅助时间、减少机床磨损、降低加工成本的有效途径。改进换刀 点设置是为达此目的进行的有效尝试之一。 为此，在夹具选择、走刀路线安排、刀具排列位置和使用顺序等方面都要精细分析、 优化设计,这里给出了在数控车削批量加工中，改进换刀点设置，减少运行成本, 提高加工效率的实例。数控车削批量加工，在完成工艺分析和工序设 定后，换刀点的改进，由于其能提高运行功效，就显得十分必要。换 刀点有固定式和跟随式（1）固定式换刀。换刀点固定，它不随工件坐标系的位置改变而发生

22、位 置变化，该点设在最安全的位置。换刀点最安全位置是指换刀时刀架 或刀盘上的任何刀具不与工件发生碰撞，如图1所示，工件在第三 象限，刀盘上所有刀具在第一象限，换句话说换刀点轴向位置（Z轴） 由轴向最长的刀具（如内孔车刀、钻头等）确定；换刀点径向位置（X轴）由径向最长刀具（如外圆车刀、切断刀等）确定跟随式换刀（2）跟随式换刀。跟随式换刀不使用机床数控系统提供的回换刀点的指令，而使用GO快速定位指令。这种换刀方式的优点是能够最 大限度的缩短换刀路线，但每一把刀具的换刀位置要经过仔细计算 以确保换刀时刀具不与工件碰撞跟随式换刀常应用于被加工工件有 一定批量、使用刀具数量多、类型多、径向与轴向尺寸相差

23、较大时。本文是围绕数控产品质量分析与控制来说明的， 同时也介绍了很 多关于这方面的内容，例如如何保证和提高数控车床加工质量的探 讨，还有就是怎样提高数控车床加工质量的措施、 提高数控加工效率 的途径与措施以及影响数控加工质量的因素分析， 总之得出来的结论 就是数控产品质量分析与控制的这个范围是非常广的， 有很多东西值 得我们去认真地学习，为将来在社会上工作打上一个良好的基础。参考文献1 杨芙清 . 软件复用及其相关技术 . 计算机世界 , 1999-3-15:C52 宁 家 骏 , 蒋 鲁 宁 . 建 立 面 向 管 理 的 过 程 . 计 算 机 世 界 , 1998-8-24:D53 郑修

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