怎样保证数控加工中轴类零工精度.docx

Xx学院

毕业设计（论文）

题 目 浅析如何保证数控加工中轴类零工精度

系（分院）
学生姓名
学 号
专业名称
指导教师

2010 年3月 6日

xx机械电子工程系
毕业设计（论文）任务书
姓 名

专 业

班 级

毕业设计（论文）
题 目

浅析如何保证数控加工中轴类零件的加工精度

毕业设计（论文）选题的目的与意义

数控技术广泛应用于制造业中，工件的加工质量直接关系到机械的各项性能，所以提高工件的加工质量是必须的。
毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）
① 王平嶂:《机械制造工艺与道具》,清华大学出版社2005年版。
② 邵堃：《机械制造基础》，2006年版。
③ 苗志毅、刘宏伟：《数控加工编程技术》，河南科学技术出版社2006年版。

毕业设计（论文）工作进度计划
12月15号前交论文电子稿
3月31号前交论文打印稿及定稿的电子稿
2010年4月30号前交校外实习手册打印稿
接受任务日期 2009 年 11月 3日

要求完成日期 2010年 3月 31日

学生签名：

2010年 3月6日
指导教师签名：

年 月 日
系（分院）
主任（院长）签名：

年 月 日

毕业设计（论文）指导教师评阅意见表

姓 名

学 号

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专 业

班 级

毕业设计（论文）
题 目
浅析如何保证数控加工中轴类零件的加工精度

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成绩

指导教师签字

年 月 日

毕业设计（论文答辩意见表
姓 名

学 号

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毕业设计（论文）
题 目
浅析如何保证数控加工中轴类零件的加工精度

答辩时间

地 点

答辩
小组
成员
姓 名
职 称
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从事专业
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成 员

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答
辩
小
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见
答 辩 成 绩：
答辩小组组长签名：

年 月 日
浅析如何保证数控加工中轴类零件的加工精度
xx
摘要： 数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业。在生产企业中，工件的加工质量是生产企业获得经济效益与生存的关键因素。工件的加工包括加工精度和加工表面质量，且工件的加工精度又是保证产品质量的重要环节。起重影响加工精度的关键因素有工件的定位与装夹、编程和加工方法。要保证加工精度就要采用合理的定位与装夹方法以及编程和加工方法。
关键词：数控加工 轴类零件 加工精度
　 一、 合理选择工件的定位与装夹方法
在工件加工过程中，合理选择工件的定位与装夹方法对保证工件的加工精度起决定性的作用。数控车床对工件的定位有两种：一种是以毛坯表面作为基准面的粗基准；另一种是以加工表面作为基准的精基准。选择粗基准时应尽量选择不加工表面或能牢固、可靠地进行装夹的表面看，注意基准不易重复使用,这样就可以保证加工表面与不加工表面的各项精度。选择精基准时，应尽可能选择设计基准或装配基准作为定位基准，尽量与测量基准重合，这是保证工件加工质量的理想工艺手段。精基准虽然可重复使用，但为了减少定位误差（包括基准不重合误差和基准位移误差），尽量减少重复使用（即多次掉头装夹）。数控车床对工件的装夹要求：首先应具有高的夹紧力；其次，具有高的定位精度，并便于迅速和方便的装、拆工件。数控车床主要用三抓自定心卡盘装夹，其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等。多数情况下数控车床是用来加工轴类零件的，一般短轴工件都采用三抓自定心卡盘直接装夹，因为它装夹非常方便，效率高。但有时工件会产生较大的径向圆跳动，这是切记用锤击的方法来找正。可以将工件轻轻加紧，然后把主轴调到60r/min左右，再用刀柄部轻轻碰工件的右端外径（如图1所示）， 图1工件
刀
柄

知道外径圆跳动减少到理想状态，最后把工件加紧、夹牢，把主轴转速调高后再进行加工。除一般轴类工件用三抓自定心卡盘直接装夹外，对于一些特殊工件，必须采用合理选择装夹方法，否则对工件的加工质量将带来负面影响。
例如：在车削细长轴时，如果采用“一加一顶”方法夹（尾座顶尖不能用固定顶尖），由于刚度不足，细长轴在切削力的作用下发生弯曲变形，加工后将产生鼓形的圆柱误差。合理的装夹方法是用活顶尖顶住轴的右端，卡抓部位用钢丝过度加紧；另外，在中间可以安装跟刀架，这时跟刀架的压力要调整适度，如果压力过大，则细长轴加工后，表面会呈现“竹节”状，压力过小则达不到增加工件刚度的目的。加工薄壁工件时，由于工件刚度较小，当采用三抓自定心卡盘夹紧后工件会成三棱状，为了防止夹紧力引起的变形，可采用开口过度盘或专用卡抓加紧（注意应使夹紧力均与分布）。另外也可采用在工件一端预先留较厚的工艺凸缘来装夹，待工件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，以防因切削力过大而引起变形。
二、减小刀具的热变形
刀具的受热变形主要是由切削热引起的。虽然大部分的切削热被切屑带走，传到刀具上的并不多，但因刀具体积小，热容量有限，而热量又集中，所以刀具切削表面温度通常很高，从而会引起刀具的热变形，这样对工件的加工精度影响就比较显著。因此，要保证工件的加工精度，就必须采取措施减小刀具的热变形。而减小刀具热变形的最常用方法就是在切削加工过程中加入切削液，让切削液带走切削过程中产生的大部分热量。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L—AN15或L—AN32全系统损耗用油作为切削液。当然不是所有的切削加工都适宜加切削液。例如车削铸铁、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滑板的运动。这时可从刀具材料和刀具几何形状来考虑减小刀具热变形。如选择具有很高热硬性和热韧性的刀具材料超细颗粒硬质合金、聚晶金刚石（PCD）、立方氮化硼（CBN）和纳米晶粒陶瓷材料等。另外刀具材料可采用涂层刀具（如TiC涂层刀具），通过涂层处理，实现“固体润滑”减小摩擦和粘接，而且涂层可抑制从切削区到刀片的热传导来降低温度冲击。刀具几何形状的设计也可以从减少刀具与工件表面的接触面积和有利于排泄考虑，适当增大前角和副后角。另外，为了减小刀具的受热变形，除了合理选择刀具材料、角度、切削液等方法之外，还可以用改变切削用量，粗、精加工分开等方法降低切削热，来保证加工精度。
　 三、编程工艺和加工方法
1 、编程的数学处理 在数控编程中数学处理一般包括两个方面：一方面根据工件图给出的形状、尺寸和公差等直接通过数学方法计算出编程时所需要的有关各点的坐标值；另一方面按照工件图给出的条件不能直接计算出编程时所需要的有关坐标时，对原图形及有关尺寸要进行必要的数学处理或改动，才可进行编程工作。所以在编程之前对工件图中一些有关尺寸等要素进行数需处理。如工件尺寸公差，如果处理不好将很难保证工件的加工精度。一般工件图上各处的公差带不同，若编程时采用同一把刀具和同一刀具补偿值，按工件图上基本尺寸编程，则加工后不能保证各处的加工精度。为此，对于非对称标注的尺寸公差，必须使用公差带对称分不。如图2所示的工图2
件图上标注为￠400+0.02 mm和￠25-0.020mm则应换成（￠40-+0.01）mm和（￠25-+0.01）mm来编程。
2、 刀具刀尖圆角半径补偿 刀尖圆角半径又是一个影响工件表面形状和尺寸精度的主要因素。数控车床编程都是车刀的刀尖（理想状态）来进行的，所以加工（理论）也是按假象的刀尖的轨迹进行的事实上，车刀的刀尖不可能绝对尖，总有一个小圆弧，车削时实际起作用的切削刃却是圆弧各点，这样会引起加工表面形状误差。如图3a所示车削圆锥面时，理论轨迹是p2→ p3→ p4,但由于刀尖圆弧的存在，实际轨迹为图中虚线，这样就产生了圆锥及表面的误差。要提高工件的加工精度，对刀具半径进行补偿是不可忽视的。通常在程序段中采用刀具半径补偿命令来消除这种表面误差。刀具半径不偿命另有：G41左刀补指令，G42右刀补指令。具体规定是：顺着道具运动方向看，刀具在工件左侧为左刀补，刀具在工件右侧为右刀补，G40为取消刀具半径补偿命令。刀补的方法是：首先取消前一把刀具的补偿，然后建立新的刀补，最后取消现在的刀补。其操作要点是准确确定刀尖圆弧半径值及刀尖方为号，一次性在刀补表中对应输入。现以车削图3b所示的圆锥为例建立和取消刀具半径补偿的编程方法。刀具半径补偿程序如下：
…
G40 G00 X25 Z5（取消前一把刀的刀补，快进至P0）
G41 G01 Z0 F100（建立左刀补，p0→ p1）
Z-25 （车直径为25mm的外圆，p1→ p2）
X60 Z-65 （车锥面，p2→ p3→ p4）
G40 G00X70 （退刀并取消刀补，p4→ p5）
…

3、消除刀具磨损对精度的影响 在实际加工中，刀具会产生磨损，故会影响工件的技工精度。现代数控车床中都有刀具补偿功能，利用刀具补偿功能可快速准确地保证加工尺寸精度。其中试切法是获得加工精度的方法之一。例如在同一零件上要加工￠18-0.03 0 mm、￠22-0.02 0 mm、￠25-0.03 0 mm、￠30-0.02 0 mm尺寸，首先编程、对刀、试切，如果一次连续加工，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0.05mm，然后正常加工，待加工完毕后，取消磨损值，逐段精密测量，则每段理论直径应增大0.05mm，与实际测量值进行比较，如果偏大，则将相应程序段的指令X值减小相应的增加量，反之亦然。
4、用绝对编程保证尺寸精度 编程有绝对编程和相对编程。绝对编程的坐标值是相对于坐标原点而言的，相对编程的编程值时相对于前一位置的增量值，即该值等于沿轴移动的距离。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，而绝对编程实在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程较小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，所以在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，轴向尺寸常采用相对编程。但对于重要的轴向尺寸最好用绝对编程。
总之，影响工件加工精度的因素很多，以上所苏州市影响工件加工精度的几个关键因素，因此要加工出高精度高质量的工件还需要多方面综合考虑。
参考文献:
① 王平嶂:《机械制造工艺与道具》,清华大学出版社2005年版。
② 邵堃：《机械制造基础》，西安电子科技出版社2006年版。
③ 苗志毅、刘宏伟：《数控加工编程技术》，河南科学技术出版社2006年版。