论文156456546.doc

江西理工大学南昌校区2012届专科生毕业论文毕 业 论 文数控车削加工质量控制研究系 部：机电工程系专 业：数控技术班 级：09数控（1）班学 生：张星学 号：09313112指导教师：刘晓秋老师 职称：讲师2011年 12 月 30 日摘 要 数控技术是现代化机械加工的重要基础和关键技术。应用数控技术可大大提高生产率，稳定加工质量，缩短加工周期，增加生产柔性，实现对各种复杂零件的自动化加工，但在加工过程中，会由于某些原因产生不可接受的误差，致使零件报废。因此，对影响数控车削加工质量的因素进行分析并提出改进措施，具有重要的现实意义。影响数控车削加工的误差因素很多，归纳起来主要有三类：第一类是数控机床的产生的误差；第二类是程序编制过程中产生的误差；第三类是工装（包括刀具和夹具等）产生的误差。关键字：发展前景 质量控制 车削加工Abstract Numerical control technology is the important foundation of modern machinery processing and key technology.。Numerical control technology application can greatly improve productivity，stable processing quality and shorten processing cycle，increase production flexible，realize the automation of of all kinds of complex parts processing，but in the machining process，will be for some reason produces unacceptable error,，the scrap parts.。Therefore，the influence factors on the quality of the numerical control turning processing analysis and put forward the improvement measures, have important practical significance。Affect the numerical control turning processing error many factors，are summed up and there are three major types，the first kind is the generation of numerical control machine error，The second type is produced during programming error，The third type is tooling (including cutting tools and fixtures，etc) produce error。Key words：Development prospects Quality control Turning processing 前 言 随机械加工及技术的高速发展，现代制造企业需要提供生产率的同时，不断提高产品的质量，降低成本，使企业得到发展壮大。在实际生产中,数控加工零件的质量受诸多因素的影响,如工艺过程,数控系统,数控编程和对刀调整等都直接影响零件的加工质量。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机床操作技能,并进行全过程控制,只有这样才能充分发挥数控加工的优势，保证加工质量，降低成本。目 录第一章 概述1.1数控车削的概念.41.2研究数控车削加工质量控制的目的.5第二章 数控车削加工质量控制的发展过程2.1数控车削加工质量控制的发展背景.62.2数控车削加工质量控制的发展现状.62.3数控车削加工质量控制的发展趋势.7第三章 数控车削加工质量控制的应用3.1多次测量法在生产中的运用.93.2提高数控车削加工精度的措施.16第四章 数控车削加工质量控制4.1数控车削加工质量控制存在的问题.214.2提高数控车削加工质量控制的发展对策与分析.22第五章 总结致谢参考文献第一章 概述 近几年来，随着人们对产品质量要求的越来越高，制作工业也不断发展。在现代工厂的加工车间里，大都从采用先进的数控设备，但是很多工厂里是工程设计人员结合最新数控技术，针对自己的具体生产情况并结合常规的车削、等加工办法对原先设备和生产技术进行的数控化改造，使其具有更加经济、更加合理的性能。本论文就是针对目前工厂里，数控车削加工过程中影响加工质量的各种因素展开研究，从而为数控车削过程中生产效率和加工质量的提高提供依据。 数控车削是数控车削加工技术之一。随着科学技术和社会生产力的迅速发展，人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要措施之一。它不仅能够提高产品质量、生产率、降低成本，还能极大的改善工人的劳动条件，减轻劳动强度。另外，在市场激烈的竞争中，机械产品更新换代日趋频繁，并且越来越精密复杂。这就给生产这些产品的各种加工设备提出了精度于效率，通用性于灵活性以及生产过程自动化的要求，数控技术正是在这种条件下发展起来的一种适用于对精度高、几何形状复杂的单件、小批机械产品加工设备的控制技术。数控技术自产生以来一直以惊人的速度向前发展。 数控技术是现代化加工设备的基础，是最终目的的实现手段，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。所以说，发展先进制造技术，必须发展数控技术。随着制造业于数控技术结合的日益紧密，机械制造设备的数控化率已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志。1.1数控车削的概念 数控车削就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。1.2研究数控车削加工质量控制的目的在现代化的企业制造生产中，随着产品质量和精度的日益提高，车削加工质量的控制要求也随之增高！随着高速车削与超高速车削技术的发展，以及质量检测系统的更新，对加工产品的精度有了很大的提高，在以前很多满足不了的产品，现在能够满足市场的需求，由现在的自主生产取代了进口需求。在企业生产中，通过研究车削加工质量的方法，有效的解决了加工精度不高等问题，减轻了操作者的劳动强度，提高效率并保证加工后零件的质量。工艺处理工作，对于数控机床程序的编制和零件的加工是非常重要的。但工艺处理工作的实践性很强，在实际运用中，善于分析，充分利用所掌握的各项知识，理论联系实际，不断总结，提高产品质量，满足市场需求。第二章 数控车削加工质量控制的发展过程2.1数控车削加工质量控制的发展背景 随着科学技术发展的和社会的进步，为求的高效率地生产出高质量的产品，世界各地都不惜耗费巨资，投入大量人力物力，采用最先进的技术手段，不断深入的研究探讨切削加工方法和理论。数控车削技术在这种形势下很快成熟起来的，并向高速、超高速方向发展。数控车削加工可用于加工铸钢、钢、纤维强化复合材料；可用于加工水平、垂直和倾斜的平面，以及台阶沟槽和成型表面等。当前车削加工仍是很基本、很重要的加工方法之一，在航空航天、模具制造及精密微细加工等方面得到广泛应用，在很多工厂具有不可替代性。 但是要想发展车削、高速车削等技术，就必须研究影响车削加工的各种因素，如果不能对影响因素不能正确处理，是很难提高数控车削加工质量的，也更谈不上研究超高速车削等问题。2.2数控车削加工质量控制的发展现状 在数控车削方面，美、日、法、德等国家的技术已相当成熟，他们早在上世纪六七十年代，就很好的解决了数控车削加工中出现的一些技术问题，目前正在高速车削（在常规切削数度下几倍、十几倍的条件下进行的切削）方向发展。例如美国，在七十年代及研制出最高转速2000r/min的车床，近几年来日本在这方面进展也很快，把高端车削列为五大现代制造技术之一。目前我国在这个领域的研究和取得的成果相对欧美、日本等先进国家整体上还有一定的差距，不过在某些方面还是取得了令人满意的成绩。例如我国一些高校在数控车削方面取得了一些成果，在切削机理方面清华大学高技术陶瓷有限公司开发的氮化硅基陶瓷刀具以1020m/min的超高速车削灰铸钢，可获得4652min的刀具耐用度；北京理工大学较为系统研究了软钢、灰铸钢、高强度装甲钢的超高速车削和粹硬钢、钨合金和硅铁的超高度切削机理（刀具磨损及刀具可靠性切削力和表面粗糙度）及刀具的安全结构问题；上海交通大学研究超高速切削硬铝时切削力和切削温度的动态规律，表明只有超过一定临界速度（706m/min），车削力和车削温度才开始明显下降，西北工业大学研究超高速车削钛合金时的刀具适配和参数优化问题；在超高速机床方面，沈阳工学院研制超高速数控车铣床；已取得阶段性成果。2.3数控车削加工质量控制的发展趋势随着新兴的制造技术数字化制造技术的出现, 数控车削加工技术得到了广泛的应用, 同时以制造业为主要服务对象的车削刀具制造及应用技术也得到迅速发展。大量高速、高效、柔性、复合、环保的数控车削加工刀具及应用新技术不断涌现, 使传统的切削加工技术发生了根本的变化。如今, 硬切削、干式切削、高速高效加工已成为现代切削技术的重要标志, 并带动着切削加工技术水平的全面提高, 已成为数控加工的关键技术。 数控车削刀具材料的发展状况刀具材料发展的主要特点表现在以下两个方面；一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料; 另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。1、硬质合金刀具对车削的开发越来越有针对性 随着技术的发展, 新材料的品种也越来越多, 各种材料的加工性能也是各有千秋, 针对于现代加工分工越来越细, 刀具的使用也越来越有针对性, 各个刀 具 公 司 也 开 发 出 相 应 的 刀 具。例 如 美 国K ennametal 公司仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有: 加工钢材的K C9110、加工不锈钢的K C9225、加工铸铁的 K Y 1310、加工耐热合金的K C5410、加工淬硬材料的 K C5510、加工非铁材料的K Y 1615,新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%20% 。同时在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合。对于适合高速加工的牌号, 其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层; 对于适合断续切削的牌号, 基体和涂层都要有较好的韧性。例如Sandvik 公司车削铸铁的专用牌号G C3205、G C3210、G C3215为CV D涂层硬质合金,分别用于灰铸铁的高速加工、球墨铸铁的高速加工、各种铸铁的中低速的断续切削加工, 这3 种牌号分别采用不同的硬质合金基体和不同厚度的A l2O3、M T - T iCN 涂层。2、刀具涂层技术取得较大发展先进的涂层设备为涂层技术的发展创造了重要条件, 尤其是PVD 涂层工艺技术, 一方面, 在改进控制技术, 提高等离子体密度、提高磁场强度、改进阴极靶的形状、实现过程的计算机全自动控制等关键技术上取得了全面的进展, 从而使涂层与基体的结合强度、涂层的性能有显著的提高。如CemeCon 公司开发的CC800/ 9涂层设备采用磁控溅射技术, 从根本上避免多弧工艺的“液滴”问题, 为解决磁控溅射沉积速率低、结合力低的缺陷, 开发了HIS( 高电离化溅射) 技术, 并在此基础上开发了H. I. P( 高电离化脉冲) 技术, 推出了能同时具有氧化物涂层的化学稳定性及硬质涂层的物理特性的Supernitrides 系列涂层。另一方面, 涂层的品种也从常规的 T iN、T iCN、T iA lN迅 速扩 展 到特 殊T iA lN、A lT iN、T iA lCN 、CrN 、CBC ( DL C) 等涂层以及各种复合涂层和纳米涂层, 并能对涂层的组分、百分比、结构在更大范围内加以控制和改变, 以适应不同的被加工材料和不同的切削条件, 从而显著地提高了刀具的切削性能。日立公司开发的9 种涂层自成体系, 除了常规的T iN、T iCN、T iA l N以外, 还开发了以Si元素代替 Al 元素的涂层, 有适用于硬切削的 T iSiN 涂层; 有润滑性的CrSiN 涂层, 在Cr 中添加Si 使涂层细微化进一步降低摩擦系数, 更适用于铝、不锈钢等粘附性强的材料的加工; 有超强耐氧化能力的A l Cr SiN 涂 层和 在 高温 下具 有 低摩 擦系 数 的T iBO N涂层。纳米涂层的开发和推广应用, 将进一步提高切削加工的效率。3、复合刀具是数控车削发展的趋势开发多功能的复合刀具是当前刀具结构发展中的一个趋势。为了发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的数控加工技术的优势, 对复杂零件在一次安装中进行多工序的集中加工, 并淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限, 是当前提高数控机床效率、加快产品开发的重要途径。为此, 也对刀具提出了新的要求, 除了刀具模块化以外, 还要求一种刀具要尽可能多地完成对零件不同工序的加工。减少换刀次数, 节约频繁换刀时间; 同时, 还可以减少刀具的数量和库存量, 有利于管理和降低制造成本。这类专用高效刀具已经成为现代自动生产线的特色, 对减少投资费用、保证生产 节拍和产品质量发挥了重要作用, 也反映出刀具与工艺在制造技术中的紧密关系, 甚至是开发新工艺、设计新的生产线的前提。4、数控切削技术的发展对车削行业提出了更高的要求 高精度、高效率、高可靠性和专用化是先进数控车削加工技术的基本特征, 现代刀具企业最响亮的竞争口号, 就是为制造业提供效率最高的切削刀具。制造业也认识到通过采用高效率刀具提高劳动生产率来降低成本, 比单纯节省刀具费用更加有利。所以, 在现代刀具的制造和使用领域, “效率优先”已经代替了传统的“性能价格比”老概念。现代刀具发展的重要特征之一是专业化、复合化和多功能化, 导致刀具结构日趋复杂, 形状变得十分特异。传统的刀具工艺技术普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。因此, 多轴联动的数控加工技术已经成为现代刀具企业不可缺少的手段。由于刀具制造工艺的特殊性, 刀具制造的专用数控机床通常由刀具企业自行研究开发, 机床企业协作制造。所以, 刀具专用数控技术和装备的开发和应用已经成为现代工具企业的一个重要工作内容。由此可见, “三高一专”刀具产品的研究、生产和推广服务, 成为企业竞争的焦点, 谁发展慢一点, 就要被淘汰出局。这种竞争的结果, 使国际刀具工业的发展日趋集中化, 那些具有强大研发能力和经济实力的企业在竞争中脱颖而出, 成为推动和领导行业发展的主力。第三章 数控车削加工质量控制的应用3.1数控车削在实际生产中的应用 在现代化的生产加工中，车削加工已经成为不可替代的作用，在很多的场合中，车削技术已经在生产业中不可替代。使用数控车床加工形状简单、尺寸较小的零件时，容易达到较高的尺寸精度，而在加工形状复杂、尺寸较大的零件时，要达到较高的尺寸精度就不容易了。本文通过反复实践总结出一个行之有效的方法，能有效而又快捷地提高数控车削加工精度。3.1.1影响数控车削加工精度的因素 在实际生产中，影响数控车削加工的因素可能有很多，机床本身几何精度、运动精度的高低，刚度的强弱，夹具的制造、安装精度，夹紧力的大小、方向，刀具的安装误差，刃片的磨损，工件残余应力的分布状况，对刀与测量误差等等。这些因素或多或少都会存在，都会对加工精度造成影响，这就需要通过一定的方法来减小误差的影响，提高加工精度。本文通过以下几个方面简略说明各因素对加工精度的影响！1、表面质量对使用性能的影响 表面质量对金属的使用性能各有影响。表面粗糙度值越大，抗疲劳破坏能力越差，抗腐蚀性也越差，同时也会使零件配合精度降低。表面残余拉应力的存在会促使裂纹扩展，而残余压应力能够阻止裂纹扩展；表面金相组织的变化会导致表层硬度发生变化，影响零件的耐磨性。表层加工硬化适度会提高疲劳强度。由于加工质量的问题，造成零件的腐蚀开裂，降低零件腐蚀性。2、 影响零件表面质量的因素主要在于以下几个方面(1)对表面粗糙度的影响 刀具相对于工件作进给运动时，在加工表面留下了切削层残留面积,其形状时刀具几何形状的复映。从图1可看出进给量f,刀具主偏角kr,副偏角kr和刀尖圆弧半径Tr都会影响残留面积的高度H。残留面积越大，H 值也越大，表面就越粗糙。图1 残留面积(2)使工件冷硬加强 机械加工过程中因切削作用产生的塑性变形，使晶格扭曲，畸变，晶粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长和纤维化，甚至破碎，这些都会使表面层金属的硬度和强度提高，这种现象叫称作冷作硬化。表面层金属硬化的结果会增大金属的变形的阻力，减小金属的塑性，金属的物理性质也会发生变化，使金属表面变形增大。切削刃钝圆半径增大，对表层金属的挤压作用增强，塑性变形加剧导致冷硬增强。如果刀具后刀面磨损增大，后刀面与被加工面的摩擦加剧，塑性变形增大，也会导致冷硬程度增加。(3)切削用量的影响1)对表面粗糙度的影响 当用中等切削速度切削塑性金属易产生积屑瘤和鳞刺，积屑瘤既不规则又不稳定，不规则部分代替刀刃切削，会留下深浅不一的痕迹，一部分脱落的积屑瘤还可能嵌入工件已加工表面形成振动和毛刺，使表面粗糙度增大。2)对冷硬性的影响 当切削速度增大，刀具与工件的作用时间缩短，使塑性变形扩展深度减小，而且切削速度增大后，切削热在工件表面层上的作用时间也缩短，将使冷硬程度增加。当进给量增大后切削力也增大，零件表面层金属的塑性变形加剧，冷硬作用加强。(4)工件材料的影响 1)对粗糙度的影响 加工塑性材料时，由刀具对金属的挤压产生了塑性变形，加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用，使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好，金属的塑性变形愈大，加工表面就愈粗糙。加工脆性材料时，其切屑呈碎粒状，由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点，使表面粗糙。(5)残余应力的影响 已加工表面层常有残余应力， 有残余张应力和残余压应力之别。残余张应力会降低零件的疲劳强度，有时甚至在切削加工之后，就会使零件表面产生微裂纹； 而残余压应力有时却能提高零件的疲劳强度。各部分的残余应力由于分布不均匀，会使工件发生变形，影响工件的形状和尺寸精度。一个机器零件的已加工表面如果存在残余张应力，那么零件的疲劳强度便会比存在残余压应力时低很多。(6)振动的影响 刀具和工件安装不牢固或者机床受周围环境的影响使刀具工件或机床部件产生周期性振动会使已加工工件表面出现周期性的波纹，使表面粗糙度变大。3、提高表面质量的措施(1)刀具方面1)加强切割作用，减小推挤作用 从前面的分析中可以看到刀具的前角与刃口圆弧的大小在这方面有影响到是很大的。因此可以通过在刃磨刀具时加大前角，减小圆弧半径来实现。在切削时采用斜刃切削也有利于提高表面质量。2)提高刃磨质量控制磨损量，合理选择刀具 降低前、后刀面的粗糙度可以减小刀具和加工面之间的摩擦，降低切削变形和切削力，抑制积屑瘤和鳞刺。根据工件的材料和具体加工条件合理选择刀具材料，提高加工表面质量。(2)零件方面 提高毛坯外形的几何精度，保证其硬度及组织的均匀性，以减小切削力的波动，使振动及刀具磨损减小，有利于提高表面质量。通过热处理提高塑性较大材料的硬度，可改善表面质量。如对20 钢在切削前进行正火处理，可改善它的切削加工性。(3)切削用量方面 提高切削速度可以减小切削变形，降低切削力，使表面质量提高。同时在高速下，积屑瘤和鳞刺高度会降低或消失。当切削速度受到限制时，应针对影响表面质量的主要因素确定合理的切削速度。在精加工中，常采用较小的切削深度和走刀量。(4)冷却润滑方面 根据具体情况选用冷却润滑液， 并与适当的冷却润滑方法相配合，能够有效地降低塑性变形、摩擦、切削力、切削温度和刀具磨损，显著提高表面质量。(5)其他方面 提高机床刚性及运动精度。控制残余应力的平衡，在切削加工中控制残余应力的分布，使其平衡，就能够避免或减小零件的变形，如采_用对称切削法等。3.1.2提高数控车加工精度的方法的应用 下面举一个实例来说明提高数控车加工精度的方法的应用，零件图如下所示： 根据零件图，确定工件坐标系为工件右端面中心处（如图），选择 1号刀为粗车外圆车刀，主偏角 90，副偏角 5，2 号刀为精车外圆车刀，主偏角100副偏角10。 我校使用大连机床生产的 SIEMENS802S系统数控车床，编写程序如下：CJG.MPF 粗加工主程序N10 M03S400N20 T01N30 G00X100Z100N40 X60Z10N50 G158X1 可编程零点偏置（增大余量2mm）N60 CNAME=LKR105=1 R106=0 R108=1.5 R109=0R110=2 R111=0.2 R112=0.1LCYC95N70 G00X100N80 Z100N90 G158 取消可编程零点偏置N100M2JJG.MPF 精加工主程序N10 M03S700N20 T02N30 G0X100Z100N40 X60Z10N50 G158X1N60 CNAME=LKR105=5 R106=0 R108=0.5 R109=0R110=2 R111=0.2 R112=0.1LCYC95N70 G00X100N80 Z100N90 G158N100M2LK.SPF 轮廓子程序N10 G01X0Z0N20 G03X30Z-15CR=15N30 G01Z-30N40 X37.5N50 X45Z-52.5N60 Z-78N70 G02X54Z-82.5CR=4.5N80 G01Z-105N90 X58N100M17在毛柸的具体加工操作时，先分别运行粗加工、精加工主程序各一次，待机床运行停止后，运用测量系统精确测量加工后的工件尺寸，计算出误差大小，将加工误差输入精车刀即T02的刀具半径磨损中。然后将精加工主程序中N40程序段G158X1改为 G158X0.5，即把直径偏置减为 1mm，再将毛柸粗加工一，停止后测量工件的尺寸，如加工误差不在误差范围之内，再将误差输入T02的刀具半径磨损中，减小直径偏置后运行精加工程序。一般通过两次调整就可将误差缩小至要求精度范围内。最后将N40程序段改为G158X0取消直径偏置，运用精加工程序完成零件的剩余加工任务。3.1.3注意事项 1、测量工件尺寸时，要将工件冷却至常温后再进行测量，否则工件上的切削温度会影响测量精度。 2、削热会影响测量精度。精加工时，可适当调整切削用量，以便获得较好的表面质量。 3、当加工尺寸误差调整至要求精度范围内以后，最后的精加工过程中，不要再改变任何切削用量，以获得稳定的加工质量。3.1.4总结 通过多次测量保证加工精度的方法实质就是通过增大余量，进行多次精加工和多次调整，使加工尺寸达到要求的过程。并且此方法简便，容易掌握，在学校学生实习加工中使用后，零件的加工精度有明显提高，达到了预期效果。3.2提高数控车削加工精度的措施 数控车床是按数字形式给出的指令进行加工的，目前数控车床的脉冲当量普遍达到了0.001，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控车床能达到很高的加工精度。对于中、小型数控车床其重复定位精度为001。此外，数控车床的传动系统与车床结构都具有很高的刚度和热稳定性，制造精度高，并且数控车床的自动加工方式避免了人为的干扰因素，同一批零件尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量十分稳定。 数控车床为保证加工质量提供了可能性，但影响零件加工质量的因素很多，如工艺因素、操作技巧等。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。后角由原来的46 增加到810的可能性。后角，减小摩擦力，这是因为已加工表面金属弹性恢复大，加工硬化程度高，丝锥后面的切削牙是在前面切削牙所产生的加工硬化层上进行的，后角过小极易磨损，同时切屑不易切离、卷曲、折断，导致被加工螺纹表面缩小，紧紧抱住丝锥的刃瓣后刀面。切削槽角度由原来的 增加到70 ，使刃瓣的有效宽度 t变小，以减小摩擦面积。通过试用这种丝锥有利于排屑，效果很好。刀具寿命是按丝锥的磨损限度确定的。攻螺纹时，切屑很薄，工件与丝锥后刀面的摩擦严重，磨损主要发生在切削锥上和校准部过渡的后刀面处，如图6所示。 图丝锥磨损情况丝锥的磨损限度VBmax不能太大，否则加工表面粗糙度值将增大，甚至使工件螺纹破坏，因此丝锥的磨损限度是由工艺磨损限度确定的。因此在加工时密切注意磨损限度，一旦磨损限度超出0.305时立即停止使用，以防止继续切削所带来的折断、崩刃等风险较大的事故，避免不必要的损失，确保产品加工质量。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（30h6）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。3.2.1工艺因素对加工质量的影响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。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（钨钴类）34和 YT（钨钛钴类）两类，其耐热温度在8001000C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，而涂层硬质合金比不涂层的寿命提高210 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YG6、YG8和 三种，数字是起增强韧性的金属Co的百分比，牌78号越大，韧性越好，越适合于粗加工；牌号越小，韧性越差，但硬度高，适合于精加工，即YG3、YG6、YG8在车削中分别对应于精车、半精车和粗车。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的百分比，数字越大，硬度越高，越适合于精车；牌号越小，韧性越好，越适合于粗车，即YT5、YT16、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、刃倾角、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1O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、副偏角愈小，刀尖圆角半径愈大的车刀加工出的表面粗糙度愈细化。刀具前、后角愈大，刀具愈锋利，表面愈细化，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 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然后选择一个比较大的进给量 ，最后刀量再根据刀具允许的寿命（一般为1660min）选一个合适的切削速度v，如日常使用中HNC6132数控车床刚度允许的ap值为23min，对于45调质钢，硬质合金刀具寿命为60min，f为0.30.6mmr，则为7090mmin；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Fy，避免振动，所以背吃刀量和进给量要较小而切削速度较高,一般精车时为ap,为 0.10.8mm，f为0.010.3mmr，用硬质合金车刀精车中碳钢时，切削速度约在100150mmin 之间。 数控车床车螺纹依靠主轴脉冲发生器（编码器），当其主轴转速选择过高时，通过编码器发出的定位脉冲将可能因“过冲”而导致烂牙，大多数数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速n,p被加工螺纹螺距，mm保险系数，一般在切断、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2050mmmin范围内选取。3、切削液的合理选择 切削液的主要作用是冷却作用，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能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带来负面影响，不能发挥数控车床高精度加工的优越性。 细长轴零件在车削时，由于工件散热条件差，温升高，轴向因热变形造成较大的伸长量，如果用“一夹一顶”方法装夹时，尾座顶尖就不能用固定顶尖，否则细长轴易产生弯曲变形，科学合理的装夹方法是改用弹性活动顶尖顶轴的右端，并且卡爪部位用钢丝过渡夹紧，另外，在中间可以安装中心架或跟刀架，在跟刀架的支承爪调整中其压紧力要适度，如果有间隙则达不到提高工件刚性的目的；如果压紧力过大，则细长轴加工后，表面呈现“竹节”状，影响圆柱度。车薄壁工件时为了防止径向夹紧力引起工件变形，可以采用轴向夹紧、开口环过渡夹紧或用软爪夹紧的方法，另外可以在一端预先留较厚的工艺凸缘用来装夹，待套筒加工完毕后再切除工艺凸缘。车削曲轴时可以在中间搭一个中心架来提高工件的刚度，以防因切削力的影响而变形。3.2.2提高数控车床加工质量的操作技巧 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T01，一个刀尖车外圆，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，如华中数控世纪星系统21T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），刀具实际切削点为刀尖圆弧上各实际分布点，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、G41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,并且要求所在段中必须用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。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。第四章 数控车削加工质量控制研究的发展前景与趋势4.1数控车削加工质量控制存在的问题 目前数控车削加工虽然相当成熟，并且关于某些切削参数也有些研究，但这些研究大多数是针对其中某一因素的研究，很少是针对符合目前我国工厂实际加工条件的多各因素同时进行研究。所以在实际加工中会遇到很多新问题，这些问题在现在的材料中记载很少或则不够全面，本文是在大量现场加工的基础上发现问题、提出问题、解决问题、总结问题、最后解决问题。 在实际加工过程中，不可能在每次加工前都做很多实验来验证，所以有必要事先对加工过程进行模拟，把各种参数在能考虑到的情况下进行加工仿真，进行仿真系统。在数控加工中加工参数的直接选择直接影响到加工质量、机床负荷、刀具寿命和加工效率。在追求最大加工精度的同时，切削条件的选择也不能违背切削加工过程约束，否则就会发生刀具的折断和振动，扭矩和弯矩也会超过主轴驱动的能量，导致零件尺寸表面误差，甚至一些无法预料的事情发生。目前的数控技术加工方法通常是零件程序编制人员利用基于建模的CAD系统确定出零件的几何形状，尽管CAD系统在刀具路径的规划上起到了一定的作用，但切削速度、切削深度、进给量等切削参数仍需要编程人员根据经验和判断手工的输入。由于无法精确预测车削加工的真实过程，为避免过度的切削力扭曲和弯曲等会导致机床损坏和零件误差的发生，加工操作人员往往要牺牲加工效率而选择一个非常保守的加工切削参数。但是，随着各种新道具、新材料的涌现，这种传统的切削参数确定方法已经无法满足计算机集成制造环境下对小批量、多品种高质高效生产加工的需要。所以寻找一个通用的办法，可以获得用于切削运程物理仿真的机床、刀具和零件间的关键几何信息。再根据相应的切削过程物理模型，能够对产品的数控车削误差进行预测，并找出误差补偿办法；还要满足切削过程加工约束（如振动的发生、刀具的折断、零件的尺寸精度和最小加工时间等）。基于切削过程物理仿真预测得到的准确信息（如弯矩、扭矩、切削力、振动和表面尺寸误差），可以非常容易的获得切削加工所需的优化参数(如主轴转速、切削深度、进给量)，此外，根据几何仿真信息和一些给定的目标参数，还可进行刀具尺寸的合理选择。 车削加工在机器制造行业中是使用得最为广泛的一种，车床的数量大、人员多、加工范围广，使用的工具、卡具又很繁多、所以车削加工的安全技术问题，就显得特别重要，其重点工作如下： 1、切屑的伤害及防护措施 车床上加工的各种钢料零件韧性较好，车削时所产生的切屑富于塑性卷曲，边缘比较锋利。在高速切削钢件时会形成红热地、很长的切屑，极易伤人，同时经常缠绕在工件、车刀及刀架上，所以工作中应经常用铁钩及时清理或拉断，必要时应停车清除，但绝对不许用手去清除或拉断。为防止切屑伤害常采取断屑、控制切屑流向措施和加设各种防护挡板。断屑的措施是在车刀上磨出断屑槽或台阶；采用适当断屑器，采用机械卡固刀具。 2、工件的装卡 在车削加工的过程中，因工件装卡不当而发生损坏机床、折断或撞坏刀具以及工件掉下或飞出伤人的事故为数较多。所以，为确保车削加工的安全生产，装卡工件时必须格外注意。对大小、形状各异的零件要选用合适的卡具，不论三爪、四爪卡盘或专用卡具和主轴的联接必须稳固可靠。对工件要卡正、卡紧，大工件卡紧可用套管，保证工件高速旋转并切削受力时，不移位、不脱落和不甩出。必要时可用顶尖、中心架等增强卡固。卡紧后立即取下搬手。 3、安全操作 实际生产中安全生产总是每一个企业和公司的宗旨，开机操作前一定要全面检查机床，确认良好方可开机使用。仔细检查工件及刀具的装卡保证位置正确、牢固可靠。加工过程中，更换刀具、装卸工件及测量工件时，必须停车。工件在旋转时不得用手触摸或用棉丝擦拭。要适当选择切削速度、进给量和吃力深度，不许超负荷加工。床头、刀架及床面上不得放置工件、工卡具及其他杂物。使用锉刀时要将车刀移到安全位置，右手在前，左手在后，防止衣袖卷入。机床必须按时检修，以确保机床各方面性能能够保持正常的运行，机床要有专业人员维护，其他人员不得动。4.2提高数控车削加工质量控制的发展对策与分析4.2.1必须考虑合理的工艺因素1、合理选择刀具材料和刀具几何参数(1)刀具材料选择 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,切削速度直接影响发热量,它的耐热温度约 600,而硬质合金耐热温度约 l000,比高速钢硬、耐磨、耐热得多。(2)刀具几何参数选择 在数控车床加工的实际应用中,由于车刀刀尖圆弧半径、主偏角、车刀刀尖距零件中心高的偏差等刀具几何参数的影响,必定引起被加工零件的轴向尺寸误差和径向尺寸误差,对于圆柱类零件表面的加工,由于车刀刀尖圆弧半径与车刀主偏角的存在,使得被加工零件的轴向尺寸发生变化,且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大,随主偏角的增大而减小。(3)切削用量的合量选用 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap,主轴转速S或切削速度v(用于恒线速度切削),进给速度或进给量f。切削用量的选择原则是：粗车时要首先考虑选择尽可能大的背吃刀量。其次选择较大的进给量 f,最后确定一个合适的切削速度。精车时应选用较小(但不能太小)的背吃刀量 ap和进给量 f,同时依据刀具参数尽可能提高切削速度,以保证加工质量,提高生产率。(4)切削液的合理选择 切削液的主要作用是：冷却和润滑。车削中常用的切削液是乳化液,数控车床可以选用10号或20号机油为切削液；当有足够流量的切削液能完全冷却硬质合金刀具时,在车削钢等塑性材料时,以加冷却液为好；车铸铁、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拖板的运动；用高速钢刀具切削钢等塑性金属时,要加切削液。(5工件装夹方法的合理选择 数控车床上装夹工件的方法与一般车床基本一样。如合理选择定位基准和夹紧方式,注意减少装夹次数,尽量采用组合夹具等。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。例如：细长轴零件在车削时,由于工件散热条件差,温升高,轴向因热变形造成较大的伸长量,如果用“一夹一顶”方法装夹,尾座顶尖就不能用固定顶尖(固然其定位精度高),否则细长轴易产生弯曲变形,科学合理的装夹方法是改用弹性活动顶尖顶轴的右端,并且卡爪部位用钢丝过渡夹紧。车薄壁工件时为了防止径同夹紧力引起工件变形,可以采用轴向夹紧、开口环过渡夹紧或用软爪夹紧的方法,另外可以在一端预先留较厚的工艺凸缘用来装夹。待套筒加工完毕后再切除工艺凸缘。4.2.2正确进行加工程序编制1、数控车削加工程序编制的特点 数控车床主要用于轴