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1、数控产品质量分析与控制专 业： 姓 名： 学 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。关键词：数控车床 加工质量 工艺因素 程序编制ABSTRACT
2、：CNC lathe 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 make the whole process control , the
3、 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 mass production can not meet the needs of modern
4、 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 machine tools, machining can be realized with high precision, multi-centralized processes, automatic alarm, automatic compensation and aut
5、omatic monitoring functions.KEYWORDS：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
6、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： 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。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
7、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
8、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80010000C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倍。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
9、裂。YG刀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、YG6和YG8三种，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、YG8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YT30三种，数字是起硬相作用的TiC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
10、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5916，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
11、，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，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1516min）选一个合适的切削速度，如日常使用中HN6132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,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，
12、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
13、n(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/min范围内选取。3)切削液的合理选择，切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
14、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“T01
15、05”；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，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)
16、，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、G42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
17、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。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
18、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位置变化, 该点设在最安全的位置。换刀点最安全位置
19、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。(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G0 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
20、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
21、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。(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G0 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
22、与轴向尺寸相差较大时。 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:C5 2 宁家骏, 蒋鲁宁. 建立面向管理的过程. 计算机世界, 1998-8-24:D5 3 郑修本.机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社,2003. 4 李佳.数控机床及应用M.北京：清华大学出版社,2006. 5 黄文汉.数控车床对刀技巧与应用J.金属加工,2008(5). 6 吴玉香.浅谈改造数控车床的质量控制J.现代商贸工业,2007(7). 7 龚洪浪.提高数控车床加工质量的措施J.电气制造,200(3). 8 叶伯生等. 计算机数控系统原理、编程与操作M.武汉：华中理工大学出版社，1999. 9 赵炳桢.用先进刀具提高数控机床的效率J.数控机床市场,2005(2). 10 毛楠.用好数控机床,提高机械加工效率J.制造技术与机床,2007(5).
