您好, 访客   登录/注册

提高数控车削工件加工精度方法的再研究

来源:用户上传      作者:

  摘 要:影响数控车削工件加工精度的因素较多,包括机床、刀具、工艺、夹具等,近几年这方面的研究成果较为丰富。文章基于多年来从事数控车削教学及科研的工作经验,重点分析了影响数控车削工件加工精度的因素,并研究因素参数与精度目标函数的相关性显著与否,进而根据其显性结果,仅从刀具和装夹两个方面研究提高数控车工件加工精度的方法及改进措施,实践表明方法可行。
  关键词:数控车床;加工精度;刀具材料
  数控车床是目前使用最多的一种自动化机床,它可以完成复杂、精密、小批、多变的零件车削,程序编程人员在利用数控车床加工时,首先要进行工艺分析。根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床,制定加工方案,确定零件的加工顺序,各工序所用刀具,夹具和切削用量等。因此,影响零件加工质量的因素很多,除了机床本身的精度外,还受机床、工艺、编程、零件的安装以及刀具的选择与切削用量的确定等影响,以下重点从刀具的合理选择和工件的装夹方法两方面具体分析。
  1 刀具的合理选择
  刀具的合理选择是数控加工工艺中的重要内容,根据工艺系统刚性、加工零件结构特点、技术要求等情况综合考虑,选择不同的刀具和切削用量对不同零件表面进行加工,可以提高零件的加工质量。
  1.1 刀具材料和刀尖几何角度的选择
  随着现代科学技术的快速发展,各种高硬度的工程材料已经被采用,涂层硬质合金、陶瓷、PCBN等超硬刀具材料具有高温硬度、耐磨性和化学稳定性,因此为一些高硬度材料的车削加工提供了前提条件,而且在生产中也取得了一定的显著效益。尤其是陶瓷材料的使用,在不久的将来会更加普遍。因此,如何选择超硬材料,并设计出合理的刀具结构及几何参数对零件的加工质量起到不可忽视的影响。涂层硬质合金就是在硬质合金刀具上涂1层或多层耐磨性好的TIN、TICN、TIALN和AL3O2等。涂层的厚度一般为2~18μm,热传导系数要比刀具基体和工件材料的系数低。这样可以有效地改善切削过程中的摩擦和粘附作用,降低切削热的生成。近年来,许多厂家都通过改进涂层材料来提高刀具的性能,进而提高车削的加工质量。如采用瑞士ALTIN涂层材料生产的涂层刀片,硬度可达HV4500~4900,可在498.56m/min的速度时切削硬度HRC47~58的模具钢。在车削温度达到1500~1600℃时仍然硬度不降低、不氧化,刀具寿命为一般涂层刀片的4倍,而成本只有30%。陶瓷刀具的耐用度极高,切削速度比硬质合金提高2~5倍,弯管机厂家用的比较多,特别适合他们加工高硬度材料、精加工以及高速加工,可切削硬度达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁等。常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金属陶瓷。PCBN刀具硬度仅次于金刚石,最适于加工铸铁、淬硬钢等材料的高速切削。切削时,当切削速度达到一定限度后,切削速度越高,后刀面磨损速度反而越小。也就是说,高速切削下,刀具的寿命反而高,这一优点特别适合现代高速切削。
  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°)。精加工时,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的联系,例如,在加工灰铸铁时,主偏角应选择45°~75°之间,前角应选择0°~10°之间,后角应选择6°~12°之间;加工不锈钢时,主偏角应选择在75°~90°之间,前角应选择在15°~30°,后角应选择在8°~10°之间。
  1.2 切削用量的合理选择
  刀具材料的选用和切削用量的选择也是密切相关的,例如,钛合金导热性能较差,这就需要使用低切削速度和进给率来最大限度地减少热量积聚。在确定所有加工的初始切削参数时,必须选择适当的切削深度和进给率以避免刀具磨损,并限制热量的产生。实际加工经验告诉我们,选择适宜的切削用量是在对生产单位现有的加工条件,如设备、刀具等进行综合分析的基础上确定的。比如车一轴类零件,根据加工要求可以是粗车、精车,也可以是粗车、半精车、精车,不同工序编排切削用量选择是不一样的;原材料不同时,如铸铁、碳钢、不锈钢、铝粗车切削用量也不一样;同一工件用合金刀或硬质合金刀具切削用量也不一样。因此切削用量的合理选择是提高零件车削质量的又一关键因素。切削速度过高虽然加工时间缩短但会导致刀具快速磨损,而速度过低将会使刀具无法高效工作。切削深度通常对刀具寿命的影响微乎其微,但切削速度对刀具寿命影响深远。因此我们应该实现进给率和切削深度的可靠组合后,再确定切削速度。精车时,由于对加工精度和表面粗糙度要求较高,加工余量不大且较均匀,因此,精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量和进给量,并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数,以尽可能提高切削速度。
  2 工件装夹的合理选择
  数控车床装夹工件的方法与普通车床基本一样。常用的通用夹具是三爪卡盘,工件在装夹时,不能伸的太长,如:工件直径?艽
  20mm,悬伸长度不能大于直径的3倍;若工件直径>20mm,其悬伸长度不能大于直径的4倍。其它一些特殊零件,一定要选择合理的装夹方法,否则将不能发挥出数控车床高精度加工的优点。如加工细长轴(长径比L/D>25)时,采用的是一顶一夹或两顶尖装夹,为了防止工件受径向切削力的作用而产生弯曲变形,常用中心架或跟刀架作为辅助支承,以增加工件刚性。使用中心架和跟刀架时,工件转速不宜过高,并需对支承爪加注机油滑润。当弯曲较大时,要采用四爪单动卡盘装夹,卡爪夹持毛坯不能太长,一般为15~20mm,并且要加垫铜皮充当垫块。尾座端可采用弹性回转顶尖,能补偿工件的热变形,避免发生弯曲。车薄壁工件时,由于它的强度弱,在卡盘上夹紧时如果用力太大,会使薄壁零件产生工件变形,因而引起圆度误差。反之,又会使零件在车削时因松动而报废。所以采用轴向夹紧,开缝套筒夹紧或用软爪夹紧的方法,增大零件的装夹接触面,减小每一点的夹紧力,进而减少变形,另外还可在一端预先留出较厚的工艺凸缘。
  影响数控车床加工精度的因素很多,而数控车床上加工的零件又复杂多样,位置和形状千变万化,加上材料、批量、工艺不同的影响,所以哪个因素都不能忽视。如何更好地发挥数控车床的优越性,提高零件的加工质量和生产率是数控车床使用人员值得深入探讨的问题。
  参考文献
  [1]谢晓红.数控车削编程与加工技术[M].北京:电子工业出版社,2005,7.
  [2]李宏胜,等.机床数控技术及应用[M].北京:高等教育出版社,2004.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-11261321.htm