浅析影响数控加工质量的因素

Afeng · 发表于 2016-12-28 22:18:42

浅析影响数控加工质量的因素

www.mejxw.com Afeng

数控加工作为一种先进的加工方法, 被广泛地用于航空工业、舰船工业以及电子工业等高精度、复杂零件的加工生产。在数控加工中，影响数控加工质量的因素很多，即工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、夹具的制造误差、安装误差以及刀具使用中的磨损等都直接影响工件的加工精度。也就是说，在加工过程中整个工艺系统会产生各种误差，从而改变刀具和工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度及质量。
一、机床的合理选用环节
　　数控加工在中国制造业中已经有了较长的使用时间，虽然有严格的数控机床操作规范、良好的机床维护保养，但是其本身的精度损失是不可避免的。为了控制产品的加工质量，我们定期对数控设备进行检测维修，明确每台设备的加工精度，明确每台设备的加工任务。对于大批量成批生产的零件加工工厂，应严格区分粗、精加工的设备使用，因为粗加工时追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，精加工则相反，要求高的加工精度。而粗加工时对设备的精度损害是最严重的，因此我们将使用年限较长、精度最差的设备定为专用的粗加工设备，新设备和精度好的设备定为精加工设备，做到对现有设备资源的合理搭配、明确分工，将机床对加工质量的影响降到了最低，同时又保护了昂贵的数控设备，延长了设备的寿命。
刀柄结构
图1 刀柄结构
二、刀柄的合理选用环节
　　当我们的机床不可改变时，与机床相关的刀柄、刀具对数控加工质量的影响又变得突出了。在任何旋转刀具加工系统中，主轴与夹头(或其组合体)的联结是刀具加工性能实现的基石。
　　1.刀柄与机床的联结
　　目前企业常用刀柄与机床的接口主要有BT刀柄和HSK刀柄，刀柄结构如图1所示。BT刀柄与机床主轴的接口锥柄锥度为7∶24，这种方式的刀柄只适合于低速加工，因BT刀柄与主轴只是锥面配合，当转速太高时，由于离心力的作用会使锥面配合间隙增大，从而影响数控加工质量。当机床最高转速达到15000 转/分时，通常需要采用HSK型刀柄，HSK刀杆为过定位结构，提供与机床标准联结，在机床拉力作用下，保证刀杆短锥和端面与机床紧密配合。
　　2.刀柄与刀具的联结
　　对刀柄另一个重要的技术要求就是刀柄与刀具的联结方式，包括加工时的夹持力度、径向跳动精度和平衡质量，刀柄的径向跳动精度要小于0.003mm。为支持机床的线性传动，主轴、刀柄和刀具的总重量越小，对获得优良切削效果越有利。根据客户各自的需求，都能够找到一种完美的刀柄系统，因为不同的系统能够提供不同的技术特征和优势。刀柄对刀杆、刀具的夹紧方式主要有4种刀柄：侧固式刀柄、弹性夹紧式刀柄、液压刀柄和热胀冷缩刀柄等，结构如图2所示。
　　侧固式刀柄的特点是简单容易操作、快速方便、安全性极高;弹性夹紧式刀柄的特点是刀具的夹紧或松开是在刀柄材料的弹性形变范围内实现的，不仅可以提供极高的刀柄回转精度，而且对刀具使用寿命没有限制;液压刀柄特点为采用这一刀具夹紧系统，可使系统径向跳动误差精度和重复定位精度控制在3μm以下。由于刀柄内存在有高压油液压力，当刀具被夹紧时，内藏的油腔结构及高压油的存在大大地增加了结构阻尼，可有效防止刀具和机床主轴的振动;热胀冷缩刀柄的优点是径向跳动误差小，精度很高，可达到3μm以下水平，传动扭矩大，而刀柄的设计相对比较小巧，但其缺陷在于，相比液压刀柄或应力锁紧式刀柄来讲，其防振性能较差。
刀柄与刀具的联结方式

刀柄与刀具的联结方式
三、刀具的准确选择和使用环节
　　硬质合金刀具应用范围在企业越来越广，硬质合金将代替大部分高速钢刀具，包括钻头、立铣刀和丝锥等简朴通用刀具，使这一类刀具的切削速度有很大的提高，硬质合金将在刀具材料中占主导地位，覆盖大部分常规的加工领域。我公司在粗加工中尽可能采用大直径的牛鼻刀，使用R2左右的硬质合金刀片，做到粗加工排屑“多”;半精加工选用高转速高进给R0.8左右的镶片立铣刀，做到半精加工走刀“快”;精加工时尽量选用硬质合金刀杆和高精度球头镜面刀片，这样可在保正加工质量的同时节省选用整体合金刀具的高昂费用。精加工中所用最小刀具的半径应小于或等于被加工零件上的内轮廓圆角半径，尤其是在拐角加工时，应选用半径小于拐角处圆角半径的刀具，并以圆弧插补的方式进行加工，这样可以避免采用直线插补而出现过切现象，做到精加工质量“好”。因此，刀具的准确选择和使用是影响数控加工质量的重要因素。