数控车如何确定加工精度.docx

1、数控车如何确定加工精度卧式数控车床加工精度沈阳第一机床厂 技术部退休职工 杨树诚2004、11在制定工艺方案、审核用户提供的零件时，能不能加工以及如何加工， 要由两方面确定：一是加工件的尺寸，形状和材质； 二是待加工零件各部位的尺寸精 度；成批加工稳定性要求；形位公差和粗糙度要求、本文探讨后一个问题。一、尺寸精度：JB/T 9871-1999金属切削机床 精度等级3、4节中有这样的叙述： 相对精度等级为P级的圆柱面加工机床，如能达到IT6至IT7的公差，圆度、圆柱度 达8级的加工精度，则一般应放在绝对精度等级V级的位置上（例如卧式车床）。” 即标准中明确了卧式车床为相对精度 P级（即普通精度等

2、级）机床，绝对精度等 级为V级，加工精度为IT6IT7。数控车床CAK系列是在卧式车床的基础上发 展起来的，它执行的JB/T8324、1-96简式数控卧式车床 精度的主要项目与 卧式车床相同，因此CAK系列加工精度应为IT6IT7。普及型数控车床CKS系列在主要部件制造精度、成品精度上较经济型数控 车床有所提高，执行的GB/T16462-1996数控卧式车床 精度检验也比简式 数控卧式车床 精度有所提高。CKS系列加工精度应确定为IT6。CKG6132 数控高精度车床、CHH6125卧式车削中心应属于相对精度 M级（精密级）或G 级（高精密级）机床，绝对精度为W 或川级，其加工精度为IT5IT

3、6。上述精度要求是标准或参照标准规定，也是写在样本、说明书中对用户的 承诺，是必须达到的。从发展趋势看用户对数控卧式车床加工精度有提高的要求： 如汽车的主要部件制造精度在提高；有些用户要求以车代磨等。我们应力争加工 精度达到更高些。前述加工精度为精车精度，半精车可达IT8IT10, IT11IT12 粗车就可达到。见表1。数控卧式车床轴向加工精度能满足用户要求。加工对象难以遇到轴向尺寸 公差小于0.1mm的零件。即使切槽宽度有公差要求、又不能用同一刀刃加工， 达到精度要求也不困难。加工直径mm30 5050 8080120120180180250250315精车IT5111315182023I

4、T6161922252932IT7253035404652半精车IT8394654637281IT9627487100115130加工直径mm30 5050 8080120120180180250250315粗车IT10100120140160185210IT11160190220250290320IT12250300350400460520加工直径mm315400400 5005006306308008001000精车IT52527303540IT63640445056IT75763708090半精车IT88997110125140IT9140155175200230IT1023025028

5、0320360粗车IT11360400440500560IT12570630700800900二、工序能力系数 Cp：用户要求机床验收时批量加工零件，测量计算 Cp 值。在正常生产状态下工序能够完成设计质量标准的实际加工能力称 Cp值。它 反映了成批加工的稳定性。Cp=T/6S （1）式中 T:质量标准，即工件的公差范围。S:质量分布的标准偏差，6S即工序能力。（一） Cp值的计算：工序能力Cp值与随机误差有关。随机误差就是大小不 按一定规律变化的误差、或称偶然误差。少量测量随机误差毫无规律， 但大量加 工实测经过统计可知随机误差分布接近正态分布曲线，又称钟形曲线。如图1示。该曲线特点为：1.

6、对称性：绝对值相等的正负误差出现次数大体相等。2.单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现次数多。3.有界性：在一定条件下误差的绝对值不会超过一定限度（否则为粗大误差或 称过失误差）。4.随机误差曲线分布的分散程度和均方根误差 Z的大小有关。5.均方根误差Z表示了随机误差的分布范围Z = 为和i (2)i式中：S i=X-卩卩为分布中心，Xi即误差，n为检测件数、在S中的卩值是不可知的，我们用一X代替卩，用残差Vi代替SoiVi=Xi- X (3)S = 刀 V2/ (n-1) (4)1S为由X代替卩以后求得的近似均方根误差称标准离差或标准偏差。Z (或S)越小正态分布曲线越陡，随机误差分布

7、越集中，说明精度越高。如图2示。通常认为超出土 3啲概率已经很小，占0.27%,故认为是随机误差的极限误差， 即：Cp=T/6 Z (5)用S代替Z形成常用的(1)式Cp=T/6S(二) Cpk值的计算：Cpk是有偏移的工序能力系数。Cp值是反映在质量标准中心和质量特性值分布中心重合时，即公差带中心 M与分布中心卩一致时的工序能力。但在实际中由于系统误差的存在、二者有 偏移，如图3、&为偏移量。由于M与卩偏移使工序能力受到影响、不合格品率 也不一样。所以在估算工序能力系数时应把 &考虑进去，这时求出的工序能力系 数记为Cpko由图3可知& =|-M|，把&对工件直径公差范围T的一半的比值K称为

8、 偏移系数”其含义是反映M与卩的偏移程度。(6)(7)& | -M|K= =T/2 T/2用K值修正Cp值即：Cpk= (1-K) Cp= (1-K) T/6S从(7)式可以看出：1、 当K=0时，M与卩无偏移，则Cpk= Cp,这是我们希望的。2、 当卩位于标准界限之外时，K1，Cpk1.67T10Sp.3310S T8S0.00006W p18ST6S0.006W p0676ST4S0.27W p445工序能力不足四级0.67 CpT 4SP445工序能力严重不足Cp时,工序能力基本满足要求但不充分、需要严格控制、检验不可放宽。而 1.67Cp.33时，不合格品率为十万分之六 以下、质量上

9、可以放心、允许影响质量因素的一些小波动、若不是主要工序也 可适当放宽检验和控制的标准、所以一般要求Cp.33是合理的。至于Cp.67, 即使影响质量诸因素有一定波动也不必担心超差、 甚至可以免检、但达到这一数值极不经济。（六）在Cp.33时，本厂CKS, CAK机床所能达到的精度：前述工序能 力与随机误差有关，数控机床加工圆柱表面时随机误差的主要构成是 X轴的重 复定位精度与刀架的重复定位精度。精度检验标准规定如表 4。表4卩允 差X轴重复定位精度刀架重复定位精度普及型（CKS）75经济型（CAK）1210表4可见两种机床 精度允差差别很大，按 CKS达到IT6、CAK达到IT7 为目标要求。

10、现验算能否达到该目标：以表4中X轴重复定位精度的1/6为该项 标准偏差；以表4中刀架重复定位精度（极差）按公式（9）或表2算出该项标 准偏差；两个标准偏差的平方和再开方得机床质量分布的标准偏差 S。以机床最大回转直径的1/8为试件直径、 试件公差的1/2 （半径公差）为质量标准T;按 公式（1）计算Cp值，计算内容从略、结果如表5。机床最大回转直径 mm3204005006308001000试件直径mm40 5062.5 78.8100125CpCAK (IT7 )0.50.590.690.79(Cpk)CKS (IT6)0.610.730.840.90结果表明仅仅达到精度检验标准的机床、加工

11、工件分散度甚差， Cp1，质 量稳定性没有保证。本厂实际制造水平远比精度检验标准高， 如自制的刀架重复 定位精度通常可达2.5卩左右。X轴重复定位精度也常做到允差值的一半以下。故适当控制这两项精度、 CKS和CAK系列机床可以分别在IT6和IT7的精度达到Cp圭33。控制值和计算结果如表6。表6机床最大回转直径 mm3204005006308001000CKS系 列(IT6)刀架重复定位精度pm2.5X轴重复定位精度pm34.567Cp1.271.331.351.4刀架重复定位精度pm23X轴重复定位精度pm45.556Cp1.381.341.321.34CAK系 列(IT7)刀架重复定位精度

12、pm3X轴重复定位精度pm6.58.51112Cp1.341.351.361.45由上可知使一批工件达到 Cp圭33,比一批工件达到合格品要困难的多。即使按表6控制两项精度，当工件直径很小-即公差范围很小、也难以达到Cp圭33的要求（如车削6轴IT6公差范围8 口，半径公差只有4即）。因此， 加工Cp值的部位尺寸、应符合机床正常加工范畴。有的用户要求 Cp圭67、相 当于不合格品率为千万分之六以下、属苛刻要求。粗略计算CKS只能在加工IT8、 CAK只能在加工IT9级精度时才能达到。为达到Cp值要求，加工该部位应专备精车刀具，刀具应锐利、刀尖角小， 必要时后角也大些、以避免挤压造成的精度不稳定

13、。形位公差:（一）形状公差：包括圆度、 圆柱度。主要取决于机床主轴系统的精度、尤其是主轴轴承的精度。精度标准GB/T16462-1996及JB/T8324、1-96在工作精度检验P1中要求允差如表7。表7 mm允差CKS (GB/T16462-1996)CAK (JB/T8324.1-96)机床最大回转直径?200 500?5001000?800圆度（精度等级）0.003 (5)0.005 (5 6)(67)(7)圆柱度（精度等级）0.02/?30 75(9 10)0.03/?75 150(1011)0.03/ ?100(1011)机床主轴轴承对工件圆度有极其重要的影响、数控车床提高了主轴轴承

14、精度及选用进口件，故在以往的国内外机床样机试验中、 加工试件圆度都远远高于 标准规定，甚至可达0.00120.0015。而圆柱度影响因素很多、包括导轨各项精 度，按表7所列尚不能达到8级，而JB/T9871要求卧式车床达到8级，数控卧 式车床不应低于卧式车床精度、 实践验证也能达到8级（其数值相当于IT6尺寸 公差值），因此，按表8对机床提出要求：表8精度CKSCAK圆度（精度等级）粗车78精车56圆柱度（精度等级）精车8圆度5级适用于一般量仪的主轴、滚珠轴承的配合轴，P级精度机床主轴轴 颈也多在此范畴。6级则可适用于通用减速器轴颈等。加工球面时其圆度实为轮 廓度、依靠圆弧补偿加工，精度级别要

15、降低。数值小于IT6尺寸公差的圆柱度、较少见。像尾座套筒、排气阀、销杆等 圆柱面很长行程也很长要求圆柱度公差很高的，其尺寸公差、粗糙度 要求也很高，要经过磨加工。车削较长的零件圆柱度精度级别达不到很高。表9 pm305080120180250315400加工直径mm508012018025031540050041.522.53.54.5678圆度（精车）52.534578910精度等级6456810121315圆度（粗车）778101214161820精度等级81113151820232527圆柱度（精车）精度等级81113151820232527（二）位置公差：位置公差要求较高的工件，其基准

16、和被测表面应在一次 装卡下加工、以消除定位误差。手动自定心卡盘的定位精度满足不了一般工件的 位置精度要求。当不得不在两次装卡下加工时，必须使卡具的重复定位误差小于 位置公差的1/3,通常采用芯轴、涨胎、自车软爪以致超级精密卡盘等。1.同轴度和跳动：在一次装卡下可达到以下精度表10同轴度和跳动CKSCAK粗车（精度等级）78精车（精度等级）56同轴度和跳动5级体现为加工CA6140主轴时，除轴颈及短锥外的各项同轴度和跳动要求皆可满足。6级则适于尺寸公差IT7的圆柱表面。数值见表11。表 11 pm加工直径mm30 5050 120120250250500500800800125045681012

17、15精车581012152025精度等级6121520253040粗车7202530405060精度等级830405060801002.平行度和垂直度：指端面对端面、 圆柱面对端面、的位置公差。普及型经济型精度标准P2工作精度检验项目允差皆为25 pm/300mm相当于5级。从机床其它 精度项目和测试结果可知两者有区别。在一次装卡下可达精度见表 12表12平行度和垂直度CKSCAK粗车（精度等级）67精车（精度等级）3445平行度和垂直度数值见表13表 13 pm加工直径mm40 63631001001601602502504004006306301000精 度 等 级345681012154

18、810121520253051215202530405062025304050608073040506080100120四、粗糙度：对粗糙度的要求应与该机床加工精度相匹配。本厂样本标注CAK 为 Ra1.6, CKS Ra0.81.6, CHH6125、CKG6132 则为 RaO.4 有色金属RaO.1。样机试验表明普及型数控卧式车床精车外圆时： 45号钢可达Ra0.40.8,黄铜和铝合金可达Ra0.20.4。具体要求见表14。表 14 Rapm粗糙度经济型（CAK）普及型（CKS）高精度粗车黑色金属6.36.3半精车黑色金属3.23.2有色金属1.61.6精车黑色金属1.60.8 1.25

19、0.4有色金属0.80.40.1影响粗糙度的因素、机床只是一个方面。刀具和切削参数或许更为重要， 不予讨论。上述要求是针对车外圆的，车内孔当刀杆有足够刚度时、 也可按上述要 求。车削端面时，采用恒线速车削粗糙度与外圆大体相当，但接近中心若受转数 限制局部粗糙度降低。切槽时一次行程只能达 Ra12.5,二次行程能达Ra3.2,若 达Ra1.6则需小进给量再次加工。有的图纸用Rz表示粗糙度，它是另一个表示微观不平度高度特征的表面粗糙度参数。Ra是轮廓算术平偏差，而Rz表示微观不平度十点咼度的参数。两者之间可自GB1031-68与GB1031-83中的Ra、 Rz值做表15、以对照参考。表 15 m

20、GB1031-83Ra第一系列GB1031-68GB1031-83GB1031-68旧级别代号RaRz第一系列Rz0.1100.08 0.160.80.4 0.80.290.16 0.321.60.8 1.60.480.32 0.633.21.6 3.20.870.63 1.256.33.2 6.31.661.25 2.512.56.3 103.252.5 510 206.32545 1020 4012.550310 2040 80251002国外来图也有用轮廓最大高度（Rmax, Rt）,均方根偏差（hrme, haq, hq.Rd）表示粗糙度的，前者与 Rz大体相当（Ry）、后者另做对照。五、结论：综前述，推荐表16精度值做制定工艺方案参考表16精度等级CAKCKS圆柱面尺寸精度IT6 IT7IT6Cp圭33IT7IT6圆度65圆柱度88同轴度和跳动65平行度和垂直度4534粗糙度Ra ym黑色金属1.60.8 1.25有色金属0.80.4