淺談數(shù)控銑床加工中線性尺寸的控制方法
2022-9-7 來源： 龍巖華僑職業(yè)中專學校 作者：王斌紅
摘要： 數(shù)控銑床是一種在現(xiàn)代機械加工中使用較為廣泛的數(shù)控機床。數(shù)控銑床具有高效率、高精度、高柔性等特點，一般來說，使用數(shù)控銑床加工的零件一般尺寸相對較多。我們在使用數(shù)控銑床時，如何保證零件的尺寸精度，優(yōu)化零件加工工藝和高效精加工方法，明朗化，高效合理、按質(zhì)按量的完成零件的加工，是每一個從事機械加工行業(yè)人所需要重視和追求的。本文介紹了兩種能應用在數(shù)控銑床上的精加工零件尺寸的方法：其中一種是使用數(shù)控加工編程軟件上余量設(shè)置為中差來調(diào)整精修尺寸，另一種使用軟件編程圖形繪制中差使用機床上刀具磨耗來調(diào)整精修尺寸。
關(guān)鍵詞： 數(shù)控銑床；線性尺寸控制；余量；轉(zhuǎn)速；磨耗
在中國，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備的發(fā)展近年來得到國家和各級政府的高度重視。近年來我國在世界技能大賽上數(shù)控車技工技術(shù)、數(shù)控銑加工技術(shù)兩個賽項都獲得了金牌。這說明在國家和各級政府的重視下，我國的世界技能大賽各賽項專家、教練的努力下，我國參賽選手掌握的數(shù)控加工技術(shù)取得了相當大的進步。近年來特別是在通用微機數(shù)控領(lǐng)域，以 PC 平臺為基礎(chǔ)的國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。
但是，我國在數(shù)控技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面亦存在不少問題，特別是在技術(shù)創(chuàng)新能力、先進數(shù)控加工技術(shù)普及面和普及率等方面情況尤為突出。隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)力得到空前提升，數(shù)控機床在生產(chǎn)加工中應用越來越廣泛，數(shù)控銑床上加工的零件在加工時一般尺寸相對較多，如何在保證零件尺寸精度的同時使加工工藝和精加工方法更加的明朗化，高效合理、按質(zhì)按量的完成零件的加工，是每一個從事機械加工行業(yè)人所要重視和總結(jié)的。筆者從事數(shù)控銑床教學及工廠加工多年，加之擔任職業(yè)院校技能大賽數(shù)控銑床項目指導教師十年的經(jīng)驗。現(xiàn)就零件加工中一些線性尺寸的控制技巧跟大家分享。
數(shù)控銑床上加工的零件中的線性尺寸，簡稱尺寸，是指兩點之間的距離，如直徑、半徑、寬度、深度、高度、中心距等。普通三軸數(shù)控銑床有 x/y/z 個軸，他們分別由三個單獨的伺服電機控制器來分別控制各軸的定位精度。影響各軸加工精度的因素有很多。通過查閱資料我們現(xiàn)列出影響各軸加工精度的幾類因素，總結(jié)一下大致可以分為以下幾類：
①機床誤差。機床誤差是指機床的制造誤差、安裝誤差和磨損。主要包括機床導軌導向誤差、機床主軸回轉(zhuǎn)誤差、機床傳動鏈的傳動誤差。
②加工原理誤差。加工原理誤差是指采用了近似的刀刃輪廓或近似的傳動關(guān)系進行加工而產(chǎn)生的誤差。加工原理誤差多出現(xiàn)于螺紋、齒輪、復雜曲面加工中。
③調(diào)整誤差。機床的調(diào)整誤差是指由于調(diào)整不準確而產(chǎn)生的誤差。
④工件內(nèi)部的殘余應力
⑤加工現(xiàn)場環(huán)境影響。加工現(xiàn)場往往有許多細小金屬屑，這些金屬屑如果存在與零件定位面或定位孔位置就會影響零件加工精度，對于高精度加工，一些細小到目視不到的金屬屑都會影響到精度。
⑥夾具的制造誤差和磨損。夾具的誤差主要指：定位元件、刀具導向元件、分度機構(gòu)、夾具體等的制造誤差；夾具裝配后，以上各種元件工作面間的相對尺寸誤差；夾具在使用過程中工作表面的磨損。
⑦刀具的制造誤差和磨損。刀具誤差對加工精度的影響根據(jù)刀具的種類不同而異。
⑧工藝系統(tǒng)受力變形。工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產(chǎn)生變形，從而破壞了已調(diào)整好的工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系，導致加工誤差的產(chǎn)生，并影響加工過程的穩(wěn)定性。主要考慮機床變形、工件變形以及工藝系統(tǒng)的總變形。
⑨工藝系統(tǒng)的熱變形。 在加工過程中，由于內(nèi)部熱源（切削熱、摩擦熱）或外部熱源（環(huán)境溫度、熱輻射）產(chǎn)熱使工藝系統(tǒng)受熱而發(fā)生變形，從而影響加工精度。綜上九種因素會影響加工精度，但是我們在加工過程中在同一機床同一環(huán)境下這些因素作用變?nèi)酰饕Ｏ抡{(diào)
整誤差和工藝系統(tǒng)受力變形。
機床的調(diào)整誤差是指由于調(diào)整不準確而產(chǎn)生的誤差。現(xiàn)在我們?yōu)榱藢C床的調(diào)整誤差的因素弱化，又將每次精加工時的轉(zhuǎn)速進給在刀具合理范圍內(nèi)固定下來，還有就是每次精修切削量固定，消除弱化機床受切屑力反作用讓刀誤差的影響。在固定轉(zhuǎn)速進給切削參數(shù)后，將軟件編程中精加工次數(shù)分為兩次，兩次間隔0.015mm。保證每次切削量一致消除減弱機床讓刀因素。另機床各軸的絲桿反向間隙不一致，所以調(diào)整尺寸時按 x方向、y 方向、z 方向分別去調(diào)整。在精修零件前，我們在使用粗加工刀具對工件進行粗加工并留有大約 0.5mm 的精加工余量。
由于粗加工時夾持力會使工件產(chǎn)生一定量的變形，所以粗加工完畢后需要先松開虎鉗再次使用合適的夾緊力調(diào)整減小夾持力的大小，使工件恢復形變或減小形變。重新裝夾后打表對刀換上精加工刀具調(diào)整轉(zhuǎn)速進給。分別在 xyz 三個方向上去精修尺寸。在精修 xy 兩軸上尺寸有兩種方式，其中一種是使用數(shù)控加工編程軟件上余量設(shè)置為中差來調(diào)整精修尺寸，另一種使用軟件編程圖形繪制中差使用機床上刀具磨耗來調(diào)整精修尺寸。
①使用數(shù)控加工編程軟件上余量設(shè)置為中差來調(diào)整精修尺寸方法操作如下：x 方向的尺寸精修方法：首先在零件加工圖上找到一個可以方便使用千分尺測量的凸臺特征的尺寸作為基準尺寸。例如尺寸 550-0.02，在編程軟件上編制精修程序，將軟件上精修程序的余量設(shè)置成公差的中值-0.01，補償改為機床。先半精加工一次，測量該尺寸并對機床上對應的刀號磨耗值的修改對該凸臺特征的左右兩側(cè)同時對稱精修，將使用同一程序分多次精加工到該尺寸的中差例如 55-0.01，在該尺寸合格范圍內(nèi)，記下該尺寸合格后機床上對應刀具的磨耗值，這時將 x 方向上這個刀具的磨耗值作為標準。
我們將其他在 x 方向的特征尺寸來驗證，另一個凸臺尺寸 45+0.01-0.01精修時可以計算尺寸中差45+0.00 在編程軟件上編制精修程序，將軟件上精修程序的余量設(shè)置成公差的中值 0，補償改為機床。生成程序傳入機床，導入機床精修可得 45 這個尺寸。用千分尺測量驗證，經(jīng)測量誤差不超過 0.003MM。此方法驗證同是凸臺的兩個尺寸計算方法。
其次類推 x 方向其他尺寸的余量值都設(shè)為中差值。補償改為機床。生成程序傳入機床，導入機床精修可得。同一方法計算。據(jù)此方法，驗證多次，屢試正確。y 方向的尺寸精修方法：首先在零件加工圖上找到一個可以方便使用千分尺測量的凸臺特征的尺寸作為基準尺寸。例如尺寸 250-0.02，在編程軟件上編制精修程序，將軟件上精修程序的余量設(shè)置成公差的中值-0.01，補償改為機床。
先半精加工一次，測量該尺寸并對機床上對應的刀號磨耗值的修改對該凸臺特征的左右兩側(cè)同時對稱精修，將使用同一程序分多次精加工到該尺寸的中差例如 25-0.01，在該尺寸合格范圍內(nèi)，記下該尺寸合格后機床上對應刀具的磨耗值，這時將 y 方向上這個刀具的磨耗值作為標準。
我們將其他在 y 方向的特征尺寸來驗證，另一個凸臺尺寸 65+0.01-0.01精修時可以計算尺寸中差 65+0.00 在編程軟件上編制精修程序，將軟件上精修程序的余量設(shè)置成公差的中值 0，補償改為機床。生成程序傳入機床，導入機床精修可得 65 這個尺寸。用千分尺測量驗證，經(jīng)測量誤差不超過 0.003MM。此方法驗證同是凸臺的兩個尺寸計算方法。其次類推 y 方向其他尺寸的余量值都設(shè)為中差值。補償改為機床。生成程序傳入機床，導入機床精修可得。同一方法計算。據(jù)此方法，驗證多次，屢試正確。
②使用軟件編程圖形繪制中差使用機床上刀具磨耗來調(diào)整精修尺寸方法如下：x 方向的尺寸精修方法：在精修尺寸前，先將零件進行粗加工。精修尺寸前，我們將機床上精修刀具上相應磨耗改成 0.2。此方法需要將圖紙里的尺寸公差中值先計算出來，在軟件編程里的每一個需要尺寸公差的尺寸用公差的中間值為標準尺寸畫入電腦圖形，例如某尺寸 320-0.02實際按 32-0.01 畫入圖中。精加工試切時只需將軟件編程余量設(shè)置為 0，補償改為機床，發(fā)送到機床中加工，先半精加工一刀，測量該尺寸并修改機床中此刀號下磨耗值直到尺寸無限接近 32-0.01 合格，將磨耗固定不變，x 方向其他的尺寸使用同一把刀精修尺寸程序余量都設(shè)置為 0，發(fā)送到機床直接精修其他尺寸。用千分尺測量驗證，經(jīng)測量誤差不超過 0.003MM。如果加工中使用有第二把精修刀也是同樣原理。
y 方向的尺寸精修方法：y 方向的尺寸。精修尺寸前，我們將機床上精修刀具上相應磨耗改成 0.2。此方法需要將圖紙里的尺寸公差中值先計算出來，在軟件編程里的每一個需要尺寸公差的尺寸用公差的中間值為標準尺寸畫入電腦圖形，例如某尺寸 220-0.02實際按 22-0.01 畫入圖中。精加工試切時只需將軟件編程余量設(shè)置為 0，補償改為機床，發(fā)送到機床中加工，先半精加工一刀，測量該尺寸并修改機床中此刀號下磨耗值直到尺寸無限接近 22-0.01 合格，將磨耗固定不變，x 方向其他的尺寸使用同一把刀精修尺寸程序余量都設(shè)置為 0，發(fā)送到機床直接精修其他尺寸。
用千分尺測量驗證，經(jīng)測量誤差不超過 0.003MM。如果加工中使用有第二把精修刀也是同樣原理。z 軸深度尺寸修的時候也是計算中差，盡量使用同一把刀精修不同高度的底面，這樣省去測量及調(diào)整時間。例如，在粗加工是底部尺寸精修量只留 0.2 左右，先精修好總厚度，再以上表面為基準去精修和測量其它深度尺寸。
為了保證精修完后表面質(zhì)量的要求，在精修時進給速度不超過 600mm/min。將此項補償功能應用于同一刀具的情況下，把該變動量作為機床磨耗進行技術(shù)處理，牢記這兩種保證尺寸的方法，在編制程序中靈活使用它可以大大簡化編程工作，達到又快又準的效果。
以上兩種方法在數(shù)控銑床加工中有著相當重要的作用，使數(shù)控加工程序簡捷易懂準確有效，以上是筆者從事指導學生數(shù)控技能大賽多年來學習總結(jié)到的方法，由于筆者水平有限，如有不足之處，請多多指正。總之，數(shù)控機床技術(shù)的日趨進步和飛速發(fā)展為我國現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的硬件條件促使我國制造業(yè)朝著高效、優(yōu)質(zhì)以及智能制造化的方向發(fā)展。
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