数控车床使用出现的问题及分析两例 切槽振刀圆柱度

数控车床使用出现的问题及分析两例 陈忠贤 (广西煤田地质实业公司机械厂, 广西 宾阳 530409) Two Examples of Problems and Analysis of CNC Lathe CHEN Zhongxian ( Machinery Works of Guangx i Coal Geology Industry Corporat ion, Binyang 530409, CHN) 我厂去年新改装一台数控车床, 用于精加工内孔 及内孔切密封槽。在操作过程中总结了一些经验, 希 望与各位同行交流。 在编程前, 画出如下框图作为辅助编程: 图中T11:内孔镗刀; T22:端面车刀; T33:内孔切槽 刀; T44:倒角刀。特别说明: T33切槽刀的主刀刃的宽 度取 B= 015 D, D 为被加工工件的直径。本工序中 的 D 取90~ 110 mm, B 取512 mm,刀头伸出长度 L = h+ 3 (mm) , h 为切槽深度,本工序的 h为 5 mm。 按照这一步骤进行编程加工工件时, 在加工过程 中碰到了两个问题。 问题一 在用 T33切槽刀切槽时, 刀具产生很强 的振动;而且振动时切削噪声很大,此时把工件的转速 降至 100 r/ min,振动虽然小了很多, 但切槽刀刃很容 易被振崩。开始怀疑是刀的刃磨有问题,可能是切刀 的后角或副偏角过小, 后角或副偏角与工件相碰而产 生振动。于是加大了后角及副偏角,可问题依然。虽 说降低转速至 80 r/ min和切削进给量取 15 mm/ min, 振动消除;但这样做生产效率太低,不能充分发挥数控 车床的先进性能。于是笔者开始从各个方面排查原 因,并逐条试验: ( 1)切槽刀改用锻打一体式刀杆, 尽可 能地加强刀杆的强度; ( 2)尽量减少刀杆的伸出量, 减 少悬臂梁的不稳定性; ( 3)请磨刀经验丰富的老车工帮 助磨刀,排除因刀的刃磨不合格的因素; ( 4)检查刀架 及中拖板的紧固程度。但所有这些问题逐一排除后, 还是不能解决振动这一难题。然而, 按照硬质合金切 刀的使用要求, 在刀宽为 4~ 6 mm 时机床的切削速度 可达 1133 m/ s, 进给量可达 0120~ 0140 mm/ r。为什 么我不能达到这一工作效率呢? 为了解决这一问题, 进行了认真的分析: 既然有振动产生,那么就会有振动 产生的力存在, 于是,试着从切削受力分析来寻找产生 振动的原因。画出了工件在加工时的 3种受力情况分 析(图 2)。 图 2c是理想状态下,切槽刀刀刃与车床主轴轴心 线等高的情况下的受力分析, p、q是切槽刀在作切削 缩短了加工时间,为企业带来部分经济效益。 5 结语 (1)通过 Delcam 软件的运用,编程效率大大提高。 发动机缸盖的数控程序由原来手工编制一个月时间缩 短为一周左右的时间。发动机缸体的数控程序编制时 间节省更为显著。 ( 2)程序块 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 化。由于通过后置处理程序的约 束,生成的数控程序严格按照后处理程序约束的 格式 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 输出。 ( 3)缩短试切时间。由于程序块的规范化,在产品 进行多工步试切时,只需跟踪第一工步即可。从而提 高产品的加工效率。 ( 4)编程的灵活性大。在手工编程时,当装夹方式 变化时,所有的加工程序要重新编制。而用上述技术 时,只需调整坐标的方向,重新输出程序即可。从而缩 短产品的试制时间。 ( 5)避免碰撞。编程时可以把夹具作为非加工对 象, Pow erM ILL 软件可以自动识别哪些是要加工的对 象,保护了加工设备和夹具。 ( 6)加工精度高。直接接收 CAD数据, 避免手工 计算时的数据取舍。 作者:李广权,博士, CAM 主查。 (编辑 李 静) (收稿日期: 2004- 07- 15) 文章编号: 41020 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 工艺与检测 T echnology and Test # 64 # 制造技术与机床 2004年第 10期 进给运动时所受的作用力与反作用力, 它们大小相等, 方向相反(数控车床是匀速进给) ; F、f 是切槽刀在切 削运动时所受的作用力与反作用力, 它们同样是大小 相等, 方向相反。f 是工件作用于切槽刀上的力,它的 方向与内圆周相切指向旋转方向, 在图 2c的情况, 它 正好垂直于工件的水平中心线; 这时的切槽刀是平稳 地进行切削运动的。但是我们所装的切槽刀不可能正 好处于这种理想状态, 当它处于图 2b的状态时,作用 力 f 就可以分解成 f 1 和 f 2, f 1 是切槽刀在切削时所 受的垂直向下的阻力, F 与 f 1 是一对平衡力, 也就是 说 f 1 对刀的振动没有影响; 而 f 2 正好与切削的进给 方向一致, 故 f 2 有强制切槽刀朝进给方向运动的趋 势。也就是说 f 2 给了切刀一个运动加速度, 这就破坏 了机床匀速进给运动;而在各机械刚性联接的力 Q 的 作用下,又要切刀保持机床原有的匀速运动。于是 f 2 与 Q 只能以振动的形式来保持一种动态平衡, 这就是 切槽刀产生振动的根本原因。而在图 2a的状态下, f 2 是与切削进给速度方向相反, 故此情况下的 f 2 只是加 大了切削进给的阻力, 没有使切槽刀产生振动。也即 在图 2a的条件下, 切削运动不会产生振动。 通过以上的受力分析,产生振动的理论是有了,实 际怎样呢? 笔者当即就把切槽刀调整至比机床中心低 1 mm 后进行试加工, 结果, 同样的切刀, 在切削速度 为1133 m/ s和进给量为 0120 mm/ r 的条件下加工, 切刀的工作仍然很平稳。加工效率也因此比原来的高 出了 1倍。 问题二 在加工中, 还有一个问题也难倒了我几 天时间, 那就是槽底的圆柱度误差达 0130 mm/ 10 mm。如此大的圆柱度误差, 不可能是机床的原因造 成的(因机床是刚经过大修,其导轨不可能存在问题)。 开始我怀疑车槽刀装斜了。如果刀刃与轴心线不平 行,这也是造成槽底圆柱度误差的原因之一。但我反 复对刀安装,这一问题仍不能得到解决。琢磨了几天, 我终于在加工程序上找到了问题的所在。原因是我的 切槽循环程序后的程序有问题。切槽时, 我使用的是 G75切槽循环: G75 X12514 W4 I2 K012 E4 F45。由 于这一程序循环结束后槽底有一道道的刀痕,粗糙度 达不到要求,在这切槽循环程序之后,为了消除槽底的 刀痕,在该程序后增加二个小程序: G00 X108 Z- 16 (切刀快进接近工件表面) G75 X12514 W4 I2 K012 E4 F45 (切槽加工 循环) G00 X125 (切刀快进接近槽底表面) G01 X12515 (切刀工进达尺寸要求) G04 D1 (切槽刀在 X12515 处暂停切削进 给,目的是为了切刀轴向移动前确保车刀切 削完工件一周) G01 W4 (切槽刀向切削进给 W4, 目的消除 切削循环时的槽底留下的刀痕) G00 X108 (切槽加工结束, 退出切槽程序,准 备进入下一程序) 开始, 我以为是 G04这一程序在延时时槽底被切 大了,可在测量时却恰好相反,该处的槽底内径反而相 对小, 而轴向切削进给的未端内径相对较大。这到底 是为什么呢? 经过仔细分析,原来, G04只是起到延时 的作用,它只将切槽刀保持在指定的位置 X12515, 虽 然此时工件一直在高速旋转,切刀刃只是和槽底面产 生摩擦,而没有切削存在, 故而槽底内径没有变大; 而 在G01的这一工进切削过程, 虽说切刀只是轴向进 给,而没有径向进给运动, 但在轴向切削运动中,刀刃 在槽底面划过, 这一划就划去了 012~ 013 mm。经过 这一分析,我立即将程序改成以下样子: G75 X12514 W4 I2 K012 E4 F45 G00 X125 G01 X12515 G04 D1 G01 W4 G01 W- 4 (多加一个返回的程序) G00 X108 在轴向切削运动程序中加上一返回切削运动, 这 样两边的切削量就相等了。经过试加工 10来件工件, 槽底的圆柱度误差已经不超过 01005 mm。而且其粗 糙度很好。 作者: 陈忠贤, 广西宾阳县黎塘镇 150队机械厂, 广西煤田地质实业公司机械厂 (编辑 李 静) (收稿日期: 2003- 07- 02) 文章编号: 41021 如果您想发表对本文的看法, 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 工艺与检测 T echnology and Test 制造技术与机床 2004年第 10期 # 65 #