论文部分内容阅读
【摘要】本文对数控车床零件加工尺寸精度提出了一些可操作性的控制方法，并从理论和实践上进行分析，阐述在数控加工中的具体调整。实践证明，灵活采用这些方法控制零件加工尺寸，是行之有效的，为职业培训和实践生产加工提供了参考依据。
【关键词】数控车床 零件车削 对刀 加工精度 尺寸控制
数控机床加工，并不是一开始输入程序后就能加工出合格零件来，在加工过程中，会存在着一些不确定因素对加工精度的影响，例如机床精度的高低、工件安装精度的高低、刀具刃磨几何参数是否合理、切削用量的选用是否合理、切削力与切削热作用的大小、量具精度的高低与测量方法是否正确等等。这样，工件首件加工，尺寸可能不稳定，那怎么办？这就需要在首件加工时，对尺寸进行控制。当第一次运行程序精加工结束后，测量工件的实际尺寸，与图纸要求相比照，如果没有机床、刀具及其他不确定因素影响，此时工件尺寸应该准确。但是理想状态关不存在，因此工件尺寸总或多或少的存在误差，这时候就要适当修改程序中参数值或刀补值，以达到加工成合格品的目的。
下面以GSK980TD数控车床零件加工为例，介绍控制尺寸精度的的方法。
1.精确对刀，直接尺寸控制
精确对刀，在刀具试切工件时，必须车完后不能再碰磨到工件，以避免尺寸测量会不精准。可以采用以下程序自动切削方法来实现。
用G90、G94循环指令自动切削，可以切削工件后往外退刀，不刮伤工件而造成尺寸减小，对刀精度相对较高。但操作相对来说比较烦琐。
手动使刀具处在靠近工件，但要有一定的距离时，比如下图2中刀位置大约距离工件X、Z方向3mm左右。
在录入操作方式、程序段值介面下执行如图1所示程序运行加工，其走刀轨迹如图2所示。
在不变的程序段值介面下输入G50、Z2，运行键一次，对得Z方向坐标。
这样对刀后，在刀具没有磨损，机床控制精度可以的情况下可以直接加工零件，尺寸精度可以控制在±002mm范围内。
2.改变刀具偏置放大、减小至合格尺寸
手动试切工件，Z向车进Z向退刀，X向车进X向退刀，至后建立坐标时直接修输入测量值，方便快捷的完成对刀。但由于直进直退的切削，刀对工件会产生测量误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差 。造成对刀的坐标不是准确的刀具位置，不能满足加工要求时，可通过修改刀具偏置即刀补值使工件达到尺寸要求。
采用刀补控制尺寸前，必须先在刀补页面001—004处使刀补值X、Z清零，刀没有偏置下再去设偏置。
2.1 保证径向尺寸方法。对于径向尺寸的控制，根据“先放大再减小”的原则，在刀补001-OO4处（也包括基准刀）修改。如用 1号刀切削时工件径向尺寸放大+1mm，而 001处刀补原显示是 X0，则可输人 U1，加工一次后测量。如直径测得Φ38.82（要求Φ38.00），这时减少1号刀补值，如U-0.82后再加工一次。也可以在001刀补处输人X直径值，亦可收到同样的效果。为避免机床或对刀精度问题，最好不要一次加工成型至要求值，即放在尺寸后测量所得的余量，也应该分两次以上来试切削来检验机床的精度。
2.2 保证轴向尺寸方法。对于轴向尺寸的控制，根据“长加大，短减小”原则，在刀补 001-004处修改。如用2号刀加工某处轴段，加工后尺寸差-0.1mm（要求轴长11.45mm，测得11.35mm），而002处刀补显示是Z-420，可在 002刀补处输入W-0.1，使其刀补变为Z-430。一般车前轴向可以不留余量，直接加工。此方法来控制尺寸较简便，广泛适用于工厂中的加工。
3.坐标系改变刀具位置进行尺寸控制
采用G50建立工件坐标系，设定刀具的坐标位置，而后我们又把刀具的同一位置设置成另一坐标系位置，使刀具默认第二次设置的坐标位置值，以默认第二次的坐标位置去加工零件来达到尺寸放大、减小的目的。
当首段程序用G50X100Z100时，可用此方法来控制工件尺寸精度，但是是程序的未段要有G00X100Z100回到起始点。具体操作如下：
对刀并检查正确后，在录入操作方式、程序段值状态页面下执行G00X102Z100，使刀往外走直径加2mm，试车削第一次。
则出现上图5所示粗实线是理论走刀，细实线是实际走刀，从而把零件放大尺寸来切削。
根据试车一次后的测量，再修改起刀点的位置，如直径大+0.12mm，长度差-0.1mm，这时在录入操作方式、程序段值状态页面下执行G00X99.88、Z99.9或G00U-0.12、W-0.1，或相对、绝对坐标混合使用。再试车削至尺寸要求。同样，在试切第一次后尺寸测量所得的余量，也可分两次以上加工来试切削完成。
用G50X-Z-作为程序的首段，对完刀后必须在程序段值介面下执行G00X-Z-与程序首段的G50X-Z-建立的坐标一致。若刀具当前点恰好在工件坐标系的（如X100，Z100）坐标值上，即刀具当前点在起刀点位置上，此时建立的坐标系即为工件坐标系，加工原点与程序原点重合，就可以安全加工。若刀具当前点不在工件坐标系的（X100，Z100）坐标值上，则加工原点与程序原点不重合，开始自动方式下按循环启动键就会马上发生撞刀现象。
4.对刀建立坐标时输入X小值控制尺寸
试车外圆时，采用G50建立坐标系时，把实际测量所得的尺寸值例如X38.50，而输入时则是G50X36.50，运行一次确认。这样，加工时，实际走刀就会往外走刀，则把零件尺寸先车大。
试车一次后，如尺寸大时，可以通过修改刀补值或偏移坐标等方法把零件尺寸车至合格。
5.修改程序中的尺寸值控制尺寸
在加工中，有时会发现工件各处尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如测量各轴段径向尺寸如下：Φ38.16、Φ30.08及Φ24.02。与编程尺寸Φ38、Φ30及Φ24有无规律的误差。此时可通过修改程序的误差值来控制尺寸精度。 修改程序 把程序中所有的 X38改为37.84，X30改为 X29.92，X24改为X23.98，这样一改，各轴段不同的误差，可在再车削完成至合格尺寸。
也可先通过修改程序统一最小误差，改刀补在对应的刀补号处输入U-0.02试车一次，再修改程序来控制尺寸精度。
6.上述五种控制尺寸方法分析
从理论上说，方法一的通过试切、测量，得到的对刀数据应是准确的，但实际上由于机床的定位精度、重复精度、操作方式、刀具的磨损等多种因素的影响，使得试切的精度是有限的，因此还须通过上述的另一些方法保证加工尺寸精确。
方法二方便快捷，也是多人采用的方法之一。程序中加工首段必须有T0101指令，而对刀前一般要先清除刀补，除按刀补键中001-004中清零外，还须得程序段值介面下执行G00U1W1运行一次来清刀补。要不机床会带有前者操作留下的刀补值造成后者对刀时出现G50 X385而位置显示的不是X38.50的值。
方法二的刀补值偏置，放大零件尺寸在加工外圆时为正值U+1，内孔时则为负值U-1，内外圆是相反刀补值加工的。
方法三，双重建立坐标系，使其加工不会造成错误而把零件车废品。加工前刀具必须是程序首段G50X-Z-的坐标位置，要不极其容易造成撞刀事件。
方法三和方法四要求操作者理解坐标系变大、变小来控制尺寸，而方法四比方法三方便些，但对刀时输入X小值易使操作混淆数值。
方法四中的修改程序中的尺寸值，如在加工前改变X、Z值，会带来一定的计算量，加工后修改程序中值从而达到加工尺寸。但是如操作者想再次使用此程序加工下同样零件时，必须再次修改正确的程序X、Z值才能加工。除非加工中是变化无常的，各轴的尺寸值是不一致时才用此方法来进行控制。
方法是多样的，方法不是一成不变的。所以我们可以多种方法一起采用，如方法一可以和方法二一起使用，方法三和方法四一起用的。只要操作者思路清晰，不混乱的情况下而造成零件加工尺寸小就行了。建议方法二是较方便快捷的控制方法。
7.结束语
数控加工时的零件尺寸精度的控制的操作是数控加工的关键，明白刀具的走刀位置，坐标系建立与变更。才能精确的加工出想要的尺寸精度。在程序编制和实践加工中灵活运用各种尺寸控制方法，尽可能减少对刀误差，运用刀具补偿值及时调整或上述的方法加工中所出现的加工误差，有效地提高零件加工精度。
参考文献
[1] 大连机床厂.GSK980TD系统系列数控车床操作说明书
[2] 陈华.腾冠 数控车床编程与操作实训.高职高专机电实训，ISBN 7-5624-3659-2
[3] 劳动和社会保障部教材办公室编.数控车工（高级）—教材. 中国劳动社会保障出版社 ISBN 9787504563842
[4] 韩鸿鸾.数控车工（技师、高级）—教材.ISBN 9787111232568
【关键词】数控车床 零件车削 对刀 加工精度 尺寸控制
数控机床加工，并不是一开始输入程序后就能加工出合格零件来，在加工过程中，会存在着一些不确定因素对加工精度的影响，例如机床精度的高低、工件安装精度的高低、刀具刃磨几何参数是否合理、切削用量的选用是否合理、切削力与切削热作用的大小、量具精度的高低与测量方法是否正确等等。这样，工件首件加工，尺寸可能不稳定，那怎么办？这就需要在首件加工时，对尺寸进行控制。当第一次运行程序精加工结束后，测量工件的实际尺寸，与图纸要求相比照，如果没有机床、刀具及其他不确定因素影响，此时工件尺寸应该准确。但是理想状态关不存在，因此工件尺寸总或多或少的存在误差，这时候就要适当修改程序中参数值或刀补值，以达到加工成合格品的目的。
下面以GSK980TD数控车床零件加工为例，介绍控制尺寸精度的的方法。
1.精确对刀，直接尺寸控制
精确对刀，在刀具试切工件时，必须车完后不能再碰磨到工件，以避免尺寸测量会不精准。可以采用以下程序自动切削方法来实现。
用G90、G94循环指令自动切削，可以切削工件后往外退刀，不刮伤工件而造成尺寸减小，对刀精度相对较高。但操作相对来说比较烦琐。
手动使刀具处在靠近工件，但要有一定的距离时，比如下图2中刀位置大约距离工件X、Z方向3mm左右。
在录入操作方式、程序段值介面下执行如图1所示程序运行加工，其走刀轨迹如图2所示。
在不变的程序段值介面下输入G50、Z2，运行键一次，对得Z方向坐标。
这样对刀后，在刀具没有磨损，机床控制精度可以的情况下可以直接加工零件，尺寸精度可以控制在±002mm范围内。
2.改变刀具偏置放大、减小至合格尺寸
手动试切工件，Z向车进Z向退刀，X向车进X向退刀，至后建立坐标时直接修输入测量值，方便快捷的完成对刀。但由于直进直退的切削，刀对工件会产生测量误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差 。造成对刀的坐标不是准确的刀具位置，不能满足加工要求时，可通过修改刀具偏置即刀补值使工件达到尺寸要求。
采用刀补控制尺寸前，必须先在刀补页面001—004处使刀补值X、Z清零，刀没有偏置下再去设偏置。
2.1 保证径向尺寸方法。对于径向尺寸的控制，根据“先放大再减小”的原则，在刀补001-OO4处（也包括基准刀）修改。如用 1号刀切削时工件径向尺寸放大+1mm，而 001处刀补原显示是 X0，则可输人 U1，加工一次后测量。如直径测得Φ38.82（要求Φ38.00），这时减少1号刀补值，如U-0.82后再加工一次。也可以在001刀补处输人X直径值，亦可收到同样的效果。为避免机床或对刀精度问题，最好不要一次加工成型至要求值，即放在尺寸后测量所得的余量，也应该分两次以上来试切削来检验机床的精度。
2.2 保证轴向尺寸方法。对于轴向尺寸的控制，根据“长加大，短减小”原则，在刀补 001-004处修改。如用2号刀加工某处轴段，加工后尺寸差-0.1mm（要求轴长11.45mm，测得11.35mm），而002处刀补显示是Z-420，可在 002刀补处输入W-0.1，使其刀补变为Z-430。一般车前轴向可以不留余量，直接加工。此方法来控制尺寸较简便，广泛适用于工厂中的加工。
3.坐标系改变刀具位置进行尺寸控制
采用G50建立工件坐标系，设定刀具的坐标位置，而后我们又把刀具的同一位置设置成另一坐标系位置，使刀具默认第二次设置的坐标位置值，以默认第二次的坐标位置去加工零件来达到尺寸放大、减小的目的。
当首段程序用G50X100Z100时，可用此方法来控制工件尺寸精度，但是是程序的未段要有G00X100Z100回到起始点。具体操作如下：
对刀并检查正确后，在录入操作方式、程序段值状态页面下执行G00X102Z100，使刀往外走直径加2mm，试车削第一次。
则出现上图5所示粗实线是理论走刀，细实线是实际走刀，从而把零件放大尺寸来切削。
根据试车一次后的测量，再修改起刀点的位置，如直径大+0.12mm，长度差-0.1mm，这时在录入操作方式、程序段值状态页面下执行G00X99.88、Z99.9或G00U-0.12、W-0.1，或相对、绝对坐标混合使用。再试车削至尺寸要求。同样，在试切第一次后尺寸测量所得的余量，也可分两次以上加工来试切削完成。
用G50X-Z-作为程序的首段，对完刀后必须在程序段值介面下执行G00X-Z-与程序首段的G50X-Z-建立的坐标一致。若刀具当前点恰好在工件坐标系的（如X100，Z100）坐标值上，即刀具当前点在起刀点位置上，此时建立的坐标系即为工件坐标系，加工原点与程序原点重合，就可以安全加工。若刀具当前点不在工件坐标系的（X100，Z100）坐标值上，则加工原点与程序原点不重合，开始自动方式下按循环启动键就会马上发生撞刀现象。
4.对刀建立坐标时输入X小值控制尺寸
试车外圆时，采用G50建立坐标系时，把实际测量所得的尺寸值例如X38.50，而输入时则是G50X36.50，运行一次确认。这样，加工时，实际走刀就会往外走刀，则把零件尺寸先车大。
试车一次后，如尺寸大时，可以通过修改刀补值或偏移坐标等方法把零件尺寸车至合格。
5.修改程序中的尺寸值控制尺寸
在加工中，有时会发现工件各处尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如测量各轴段径向尺寸如下：Φ38.16、Φ30.08及Φ24.02。与编程尺寸Φ38、Φ30及Φ24有无规律的误差。此时可通过修改程序的误差值来控制尺寸精度。 修改程序 把程序中所有的 X38改为37.84，X30改为 X29.92，X24改为X23.98，这样一改，各轴段不同的误差，可在再车削完成至合格尺寸。
也可先通过修改程序统一最小误差，改刀补在对应的刀补号处输入U-0.02试车一次，再修改程序来控制尺寸精度。
6.上述五种控制尺寸方法分析
从理论上说，方法一的通过试切、测量，得到的对刀数据应是准确的，但实际上由于机床的定位精度、重复精度、操作方式、刀具的磨损等多种因素的影响，使得试切的精度是有限的，因此还须通过上述的另一些方法保证加工尺寸精确。
方法二方便快捷，也是多人采用的方法之一。程序中加工首段必须有T0101指令，而对刀前一般要先清除刀补，除按刀补键中001-004中清零外，还须得程序段值介面下执行G00U1W1运行一次来清刀补。要不机床会带有前者操作留下的刀补值造成后者对刀时出现G50 X385而位置显示的不是X38.50的值。
方法二的刀补值偏置，放大零件尺寸在加工外圆时为正值U+1，内孔时则为负值U-1，内外圆是相反刀补值加工的。
方法三，双重建立坐标系，使其加工不会造成错误而把零件车废品。加工前刀具必须是程序首段G50X-Z-的坐标位置，要不极其容易造成撞刀事件。
方法三和方法四要求操作者理解坐标系变大、变小来控制尺寸，而方法四比方法三方便些，但对刀时输入X小值易使操作混淆数值。
方法四中的修改程序中的尺寸值，如在加工前改变X、Z值，会带来一定的计算量，加工后修改程序中值从而达到加工尺寸。但是如操作者想再次使用此程序加工下同样零件时，必须再次修改正确的程序X、Z值才能加工。除非加工中是变化无常的，各轴的尺寸值是不一致时才用此方法来进行控制。
方法是多样的，方法不是一成不变的。所以我们可以多种方法一起采用，如方法一可以和方法二一起使用，方法三和方法四一起用的。只要操作者思路清晰，不混乱的情况下而造成零件加工尺寸小就行了。建议方法二是较方便快捷的控制方法。
7.结束语
数控加工时的零件尺寸精度的控制的操作是数控加工的关键，明白刀具的走刀位置，坐标系建立与变更。才能精确的加工出想要的尺寸精度。在程序编制和实践加工中灵活运用各种尺寸控制方法，尽可能减少对刀误差，运用刀具补偿值及时调整或上述的方法加工中所出现的加工误差，有效地提高零件加工精度。
参考文献
[1] 大连机床厂.GSK980TD系统系列数控车床操作说明书
[2] 陈华.腾冠 数控车床编程与操作实训.高职高专机电实训，ISBN 7-5624-3659-2
[3] 劳动和社会保障部教材办公室编.数控车工（高级）—教材. 中国劳动社会保障出版社 ISBN 9787504563842
[4] 韩鸿鸾.数控车工（技师、高级）—教材.ISBN 9787111232568