数控机床加工工艺研究
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作者: 王洪川
摘要：数控机床在机械零件加工中，加工工艺的不合理影响零件的精度和工作效率，本文就针对数控机床的加工工艺进行讨论，提出了在传统工艺中的缺陷和新工艺的制定原则，便于有效地提高加工精度和工作效率。
关键词：数控机床；加工精度；程序编制；夹具；给进量；
1.前言
数控机床的使用对于传统的机床加工方式是一个进步，但是在实际加工过程中，数控机床的利用效率并不高，尤其是在加工工艺的编制上，仍然沿袭传统的加工工艺，对机床的加工效率和加工精度都有很大影响，存在质量差、效率低的问题。由于数控机床的加工模式是一次装夹，连续加工完成的工作程序，程序的编制都是与加工机床的状态、刀具的质量和加工零件的具体情况有很大的关系，因此，对于加工零件的精确分析和工艺制定，以及刀具的选择等，无论是手工编程还是自动编程，都会给加工质量和效率带来一定的影响，这也是机械加工过程中各个厂家都在考虑的问题。这就要求在加工前必须认真研究零件的加工要求、刀具的质量和编制合理的加工工艺。
2.工艺内容
数控车床的零件加工同普通车床加工相比，具有工序内容复杂、加工程序编制复杂的特点，因此，在工艺编制中需要做好以下工作内容：
2，1.对于加工零件的分析确定其是否适合在数控机床加工，对于不适合在数控机床加工的零件要挑出另行加工，适合在数控上加工的零件，根据加工要求，确定工序内容。
2.2.认真分析零件的加工图纸，根据加工内容，制定数控加工的路线。
2.3.依据加工路线重新合理调整数控加工工序。
2.4.数控机床上的数据指令输入控制，进行加工准备。
3.加工工艺控制措施分析
在加工过程中主要从加工前准备（包括确定工件的加工部位与要求、装夹方式与夹具设计、加工方案的制定、确定切削用量与给进量）和加工精度控制策略进行分析加工工艺：
3.1. 加工前准备
3.1.1.确定工件的加工部位与要求
对于被加工的工件根据材质情况，如铸件、锻件或棒料，以及工件的形状尺寸和加工余量进行分析，在前道工序做出的基准孔或基准面粗加工条件基础上，确定加工的部位和加工内容，绘制加工图。
3.1.2.装夹方式与夹具设计
在确定了工件的加工部位、定位基准和夹紧要求后，根据加工工件形状和加工内容选择合适的夹具，这些夹具包括：三爪自定心卡盘、尾座顶尖、液压自动定心中心架等，例如，小件的棒形工件可选用液压自动定心中心架，以提高夹持精度。
3.1.3.加工方案制定
加工方案的制定本着先粗后精，先近后远，先内后外的原则，保证工艺路线最短，对于粗加工中的余量较多的工件，要先在普通机床上进行初步加工。切深加大的工件要分步进行；螺纹工件的切削时对主轴的转速设定等。
3.1.4.确定切削用量与给进量
在选择切削用量时，要充分考虑切削速度、给进量、工件刚度、机床刚度、切削深度、刀具刚度等各种因素的影响，合理地确定切削用量，不合理的切削速度、进给量和切深会直接影响刀具的使用寿命。例如高速切削、给进量大，刀具的切削温度升高，使刀具寿命降低。根据实际作业时刀具磨损、加工尺寸的变化、工件的表面质量等，确定切削用量与给进量等加工条件；对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀具。根据刀具相对零件的运动轨迹和方向确定给进量时，选择合适的加工路线，减少刀具的空行程，并保证加工精度。
3.2.加工精度控制策略
工件的加工精度与很多因素有关，比如工件加工前的定位不准、车床的丝杆连接缝隙、编程的误差、车床刀具在反向运动时的偏差等，需要针对这些问题进行误差修补控制，以保证工件的加工精度。
3.2.1定位偏差的修补
数控机床的定位偏差，是由于机床在控制程序的控制下运动的位置精度，设备使用时间越长，磨损就越严重，机床的定位偏差越大，精度就会失准，这直接影响加工工件的精度和机床使用寿命。因此，必须对数控机床的定位偏差进行检测和修补。目前进行机床精度检测的方法多数采用双频激光干涉仪检测和处理分析，如果定位偏差超出误差允许范围，就需要进行偏差修补。常用的方法是绘制螺距误差补偿表，然后手动输入机床的编程系统，或者通过VB自动校准软件，通过RS232接口将计算机与机床控制器联接，控制激光干涉仪与数控机床同步工作，进行机床定位精度的自动检测和误差修补。
3.2.2.反向偏差的修补
数控机床的各传动链上驱动部件（如伺服液压马达、伺服电动机和步进电动机等）的反向死区、反向间隙等误差的存在，造成了机床由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，反向偏差会影响到机床的定位精度和加工质量。通常采用双频激光干涉仪进行测量反向偏差，在测量时可能受机床速度的影响测量不准，要在不同速度下多测量几次。一般数控机床的控制系统中只储存有单一的反向间隙补偿值，而对于FANUC0i、FANUC18i等数控系统，则有用于快速运动和低速切削进运动的两种反向间隙补偿可供选用。因此，对于不同机型的反向偏差补偿有不同的反向间隙值可供选择，基本上可以保证零件的公差要求。
3.2.3.尺寸精度的控制
在加工时往往由于对刀误差和其他原因的加工误差，是加工精度不能满足加工要求，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，根据“大减小，小加大”的原则，如工件尺寸大了0.1mm，则可以在输入刀补显示中改小0.1；对于车床使用时间较长后出现的丝杆间隙大的情况，可以先进行半精加工，对测量加工尺寸进行误差调整，以消除丝杆间隙的影响；采用绝对编程以保证加工精度，减少相对位移造成的累积误差；对于尺寸不规则的偏差情况，比如沿轴的径向尺寸直径不一致的误差，可以采用程序校对，对加工路线的误差进行修补，或者进行局部刀补的方法，也可以收到满意的效果。
4.结语
数控机床的零件加工相对于传统的普通机床加工，加工精度高、效率高，对于现代机械加工制造业，起到了巨大的推动作用。如何提高加工精度和效率是数控机床使用中的首要任务，必须引起高度重视。
参考文献：
[1] 顾力平，《数控机床编程与操作》，中国劳动社会保障出版社。
[2] 陈明，袁人炜，高速切削过程切削条件优化研究最新动态[J]，机械设计与研究，2011（3）：61-67
[3] 艾兴，刘战强，黄传真，邓建新，赵军，高速切削综合技术[J]，航空制造技术，2009（3）：20-23
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