王斌紅

摘要： 數(shù)控銑床是一種在現(xiàn)代機(jī)械加工中使用較為廣泛的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控銑床具有高效率、高精度、高柔性等特點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，使用數(shù)控銑床加工的零件一般尺寸相對(duì)較多。我們?cè)谑褂脭?shù)控銑床時(shí)，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(gè)從事機(jī)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(yīng)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(lái)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(jī)床上刀具磨耗來(lái)調(diào)整精修尺寸。

Abstract： CNC milling machine is a widely used CNC machine tool in modern machining. CNC milling machine with high efficiency， high precision， high flexibility and other characteristics， in general， the use of CNC milling machine processing parts general size is relatively more. When we use CNC milling machine， how to ensure the dimensional accuracy of parts， optimize parts processing technology and efficient finishing method， clear， efficient and reasonable， quality and quantity of the completion of parts processing， is each engaged in machining industry people need to pay attention to and pursue. This paper introduces two kinds of methods which can be applied to the size of finishing parts in CNC milling machine： one is to adjust the size of finishing parts by setting the allowance as the middle difference in NC programming software， the other is to adjust the size of finishing parts by using the tool wear on the machine tool to draw the middle difference in NC programming software.

關(guān)鍵詞： 數(shù)控銑床;線性尺寸控制;余量;轉(zhuǎn)速;磨耗

Key words： CNC milling machine;linear dimension control;allowance;speed;wear

中圖分類號(hào)：TG506.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0068-02

在中國(guó)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控設(shè)備的發(fā)展近年來(lái)得到國(guó)家和各級(jí)政府的高度重視。近年來(lái)我國(guó)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(gè)賽項(xiàng)都獲得了金牌。這說(shuō)明在國(guó)家和各級(jí)政府的重視下，我國(guó)的世界技能大賽各賽項(xiàng)專家、教練的努力下，我國(guó)參賽選手掌握的數(shù)控加工技術(shù)取得了相當(dāng)大的進(jìn)步。近年來(lái)特別是在通用微機(jī)數(shù)控領(lǐng)域，以PC平臺(tái)為基礎(chǔ)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)，已經(jīng)走在了世界前列。但是，我國(guó)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(jìn)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(jī)床在生產(chǎn)加工中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)控銑床上加工的零件在加工時(shí)一般尺寸相對(duì)較多，如何在保證零件尺寸精度的同時(shí)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(gè)從事機(jī)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(xué)及工廠加工多年，加之擔(dān)任職業(yè)院校技能大賽數(shù)控銑床項(xiàng)目指導(dǎo)教師十年的經(jīng)驗(yàn)。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(jiǎn)稱尺寸，是指兩點(diǎn)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三個(gè)軸，他們分別由三個(gè)單獨(dú)的伺服電機(jī)控制器來(lái)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(jī)床誤差。機(jī)床誤差是指機(jī)床的制造誤差、安裝誤差和磨損。主要包括機(jī)床導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差、機(jī)床傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)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(dòng)關(guān)系進(jìn)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(fù)雜曲面加工中。

③調(diào)整誤差。機(jī)床的調(diào)整誤差是指由于調(diào)整不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差。

④工件內(nèi)部的殘余應(yīng)力

⑤加工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響。加工現(xiàn)場(chǎng)往往有許多細(xì)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(huì)影響零件加工精度，對(duì)于高精度加工，一些細(xì)小到目視不到的金屬屑都會(huì)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(dǎo)向元件、分度機(jī)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(duì)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(duì)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(huì)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(dǎo)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(jī)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(huì)影響加工精度，但是我們?cè)诩庸み^程中在同一機(jī)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(jī)床的調(diào)整誤差是指由于調(diào)整不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的誤差?，F(xiàn)在我們?yōu)榱藢C(jī)床的調(diào)整誤差的因素弱化，又將每次精加工時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)給在刀具合理范圍內(nèi)固定下來(lái)，還有就是每次精修切削量固定，消除弱化機(jī)床受切屑力反作用讓刀誤差的影響。在固定轉(zhuǎn)速進(jìn)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(jī)床讓刀因素。另機(jī)床各軸的絲桿反向間隙不一致，所以調(diào)整尺寸時(shí)按x方向、y方向、z方向分別去調(diào)整。在精修零件前，我們?cè)谑褂么旨庸さ毒邔?duì)工件進(jìn)行粗加工并留有大約0.5mm的精加工余量。由于粗加工時(shí)夾持力會(huì)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(fù)形變或減小形變。重新裝夾后打表對(duì)刀換上精加工刀具調(diào)整轉(zhuǎn)速進(jìn)給。分別在xyz三個(gè)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(lái)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(jī)床上刀具磨耗來(lái)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(lái)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(gè)可以方便使用千分尺測(cè)量的凸臺(tái)特征的尺寸作為基準(zhǔn)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(bǔ)償改為機(jī)床。先半精加工一次，測(cè)量該尺寸并對(duì)機(jī)床上對(duì)應(yīng)的刀號(hào)磨耗值的修改對(duì)該凸臺(tái)特征的左右兩側(cè)同時(shí)對(duì)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(jī)床上對(duì)應(yīng)刀具的磨耗值，這時(shí)將x方向上這個(gè)刀具的磨耗值作為標(biāo)準(zhǔn)。我們將其他在x方向的特征尺寸來(lái)驗(yàn)證，另一個(gè)凸臺(tái)尺寸45精修時(shí)可以計(jì)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(bǔ)償改為機(jī)床。生成程序傳入機(jī)床，導(dǎo)入機(jī)床精修可得45這個(gè)尺寸。用千分尺測(cè)量驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)量誤差不超過0.003MM。此方法驗(yàn)證同是凸臺(tái)的兩個(gè)尺寸計(jì)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(bǔ)償改為機(jī)床。生成程序傳入機(jī)床，導(dǎo)入機(jī)床精修可得。同一方法計(jì)算。據(jù)此方法，驗(yàn)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(gè)可以方便使用千分尺測(cè)量的凸臺(tái)特征的尺寸作為基準(zhǔn)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(bǔ)償改為機(jī)床。先半精加工一次，測(cè)量該尺寸并對(duì)機(jī)床上對(duì)應(yīng)的刀號(hào)磨耗值的修改對(duì)該凸臺(tái)特征的左右兩側(cè)同時(shí)對(duì)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(jī)床上對(duì)應(yīng)刀具的磨耗值，這時(shí)將y方向上這個(gè)刀具的磨耗值作為標(biāo)準(zhǔn)。我們將其他在y方向的特征尺寸來(lái)驗(yàn)證，另一個(gè)凸臺(tái)尺寸65精修時(shí)可以計(jì)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(bǔ)償改為機(jī)床。生成程序傳入機(jī)床，導(dǎo)入機(jī)床精修可得65這個(gè)尺寸。用千分尺測(cè)量驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)量誤差不超過0.003MM。此方法驗(yàn)證同是凸臺(tái)的兩個(gè)尺寸計(jì)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(bǔ)償改為機(jī)床。生成程序傳入機(jī)床，導(dǎo)入機(jī)床精修可得。同一方法計(jì)算。據(jù)此方法，驗(yàn)證多次，屢試正確。

②使用軟件編程圖形繪制中差使用機(jī)床上刀具磨耗來(lái)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(jìn)行粗加工。精修尺寸前，我們將機(jī)床上精修刀具上相應(yīng)磨耗改成0.2。此方法需要將圖紙里的尺寸公差中值先計(jì)算出來(lái)，在軟件編程里的每一個(gè)需要尺寸公差的尺寸用公差的中間值為標(biāo)準(zhǔn)尺寸畫入電腦圖形，例如某尺寸320-0.02實(shí)際按32-0.01畫入圖中。精加工試切時(shí)只需將軟件編程余量設(shè)置為0，補(bǔ)償改為機(jī)床，發(fā)送到機(jī)床中加工，先半精加工一刀，測(cè)量該尺寸并修改機(jī)床中此刀號(hào)下磨耗值直到尺寸無(wú)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(jī)床直接精修其他尺寸。用千分尺測(cè)量驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)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(jī)床上精修刀具上相應(yīng)磨耗改成0.2。此方法需要將圖紙里的尺寸公差中值先計(jì)算出來(lái)，在軟件編程里的每一個(gè)需要尺寸公差的尺寸用公差的中間值為標(biāo)準(zhǔn)尺寸畫入電腦圖形，例如某尺寸220-0.02實(shí)際按22-0.01畫入圖中。精加工試切時(shí)只需將軟件編程余量設(shè)置為0，補(bǔ)償改為機(jī)床，發(fā)送到機(jī)床中加工，先半精加工一刀，測(cè)量該尺寸并修改機(jī)床中此刀號(hào)下磨耗值直到尺寸無(wú)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(jī)床直接精修其他尺寸。用千分尺測(cè)量驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)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(shí)候也是計(jì)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(cè)量及調(diào)整時(shí)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(zhǔn)去精修和測(cè)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(shí)進(jìn)給速度不超過600mm/min。將此項(xiàng)補(bǔ)償功能應(yīng)用于同一刀具的情況下，把該變動(dòng)量作為機(jī)床磨耗進(jìn)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(jiǎn)化編程工作，達(dá)到又快又準(zhǔn)的效果。

以上兩種方法在數(shù)控銑床加工中有著相當(dāng)重要的作用，使數(shù)控加工程序簡(jiǎn)捷易懂準(zhǔn)確有效，以上是筆者從事指導(dǎo)學(xué)生數(shù)控技能大賽多年來(lái)學(xué)習(xí)總結(jié)到的方法，由于筆者水平有限，如有不足之處，請(qǐng)多多指正。

總之，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的日趨進(jìn)步和飛速發(fā)展為我國(guó)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(guó)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]周宏甫.數(shù)控技術(shù)[M].上海華南理工大學(xué)出版社，2005.

[2]數(shù)控加工仿真系統(tǒng)使用手冊(cè).上海宇龍軟件工程有限公司2005.

[3]夏伯雄.數(shù)控技術(shù)[M].水利水電出版社，2010.