數(shù)控車如何確定加工精度

1、臥式數(shù)控車床加工精度沈陽第一機床廠 技術(shù)部退休職工 楊樹誠2004、11在制定工藝方案、審核用戶提供的零件時，能不能加工以及如何加工，要由兩方面確定：一是加工件的尺寸，形狀和材質(zhì)； 二是待加工零件各部位的尺寸精 度；成批加工穩(wěn)定性要求；形位公差和粗糙度要求、本文探討后一個問題。一、尺寸精度：JB/T 9871-1999金屬切削機床 精度等級3、4節(jié)中有這樣的敘述：相對精度等級為P級的圓柱面加工機床，如能達到IT6至IT7的公差，圓度、圓柱度 達8級的加工精度，則一般應放在絕對精度等級V級的位置上（例如臥式車床）?！?即標準中明確了臥式車床為相對精度 P級（即普通精度等級）機床，絕對精度等 級為

2、V級，加工精度為IT6IT7。數(shù)控車床CAK系列是在臥式車床的基礎上發(fā) 展起來的，它執(zhí)行的JB/T8324、1-96簡式數(shù)控臥式車床 精度的主要項目與 臥式車床相同，因此CAK系列加工精度應為IT6IT7。普及型數(shù)控車床CKS系列在主要部件制造精度、成品精度上較經(jīng)濟型數(shù)控 車床有所提高，執(zhí)行的GB/T16462-1996數(shù)控臥式車床 精度檢驗也比簡式 數(shù)控臥式車床 精度有所提高。CKS系列加工精度應確定為IT6。CKG6132 數(shù)控高精度車床、CHH6125臥式車削中心應屬于相對精度 M級（精密級）或G 級（高精密級）機床，絕對精度為W 或川級，其加工精度為IT5IT6。上述精度要求是標準或參

3、照標準規(guī)定，也是寫在樣本、說明書中對用戶的 承諾，是必須達到的。從發(fā)展趨勢看用戶對數(shù)控臥式車床加工精度有提高的要求： 如汽車的主要部件制造精度在提高；有些用戶要求以車代磨等。我們應力爭加工 精度達到更高些。前述加工精度為精車精度，半精車可達IT8IT10, IT11IT12 粗車就可達到。見表1。數(shù)控臥式車床軸向加工精度能滿足用戶要求。加工對象難以遇到軸向尺寸 公差小于0.1mm的零件。即使切槽寬度有公差要求、又不能用同一刀刃加工， 達到精度要求也不困難。加工直徑mm>30 50>50 80>80120>120180>180250>250315精車IT511

4、1315182023IT6161922252932IT7253035404652半精車IT8394654637281IT9627487100115130加工直徑mm>30 50>50 80>80120>120180>180250>250315粗車IT10100120140160185210IT11160190220250290320IT12250300350400460520加工直徑mm>315400>400 500>500630>630800>8001000精車IT52527303540IT63640445056IT75763

5、708090半精車IT88997110125140IT9140155175200230IT10230250280320360粗車IT11360400440500560IT12570630700800900二、工序能力系數(shù) Cp：用戶要求機床驗收時批量加工零件，測量計算 Cp 值。在正常生產(chǎn)狀態(tài)下工序能夠完成設計質(zhì)量標準的實際加工能力稱 Cp值。它 反映了成批加工的穩(wěn)定性。Cp=T/6S （1）式中 T:質(zhì)量標準，即工件的公差范圍。S:質(zhì)量分布的標準偏差，6S即工序能力。（一） Cp值的計算：工序能力Cp值與隨機誤差有關。隨機誤差就是大小不 按一定規(guī)律變化的誤差、或稱偶然誤差。少量測量隨機誤差毫

6、無規(guī)律， 但大量加 工實測經(jīng)過統(tǒng)計可知隨機誤差分布接近正態(tài)分布曲線，又稱鐘形曲線。如圖1示。該曲線特點為：1. 對稱性：絕對值相等的正負誤差出現(xiàn)次數(shù)大體相等。2. 單峰性：絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)次數(shù)多。3. 有界性：在一定條件下誤差的絕對值不會超過一定限度（否則為粗大誤差或 稱過失誤差）。4. 隨機誤差曲線分布的分散程度和均方根誤差Z的大小有關。5. 均方根誤差Z表示了隨機誤差的分布范圍Z =± 為和i (2)i式中：S i=X-卩卩為分布中心，Xi即誤差，n為檢測件數(shù)、在S中的卩值是不可知的，我們用一X代替卩，用殘差Vi代替SoiVi=Xi- X (3)S = 

7、7; 刀 V2/ (n-1) (4)1S為由X代替卩以后求得的近似均方根誤差稱標準離差或標準偏差。Z (或S)越小正態(tài)分布曲線越陡，隨機誤差分布越集中，說明精度越高。如圖2示。通常認為超出土 3啲概率已經(jīng)很小，占0.27%,故認為是隨機誤差的極限誤差， 即：Cp=T/6 Z (5)用S代替Z形成常用的(1)式Cp=T/6S(二) Cpk值的計算：Cpk是有偏移的工序能力系數(shù)。Cp值是反映在質(zhì)量標準中心和質(zhì)量特性值分布中心重合時，即公差帶中心 M與分布中心卩一致時的工序能力。但在實際中由于系統(tǒng)誤差的存在、二者有 偏移，如圖3、&為偏移量。由于M與卩偏移使工序能力受到影響、不合格品率 也不

8、一樣。所以在估算工序能力系數(shù)時應把 &考慮進去，這時求出的工序能力系 數(shù)記為Cpko由圖3可知& =|-M|，把&對工件直徑公差范圍T的一半的比值K稱為 偏移系數(shù)”其含義是反映M與卩的偏移程度。(6)(7)&| -M|K=T/2T/2用K值修正Cp值即：Cpk= (1-K) Cp= (1-K) T/6S從(7)式可以看出：1、當K=0時，M與卩無偏移，則Cpk= Cp,這是我們希望的。2、 當卩位于標準界限之外時，K>1，Cpk<0,此時毫無意義。顯然 K值愈 小愈好。（二）Cm值的計算：Cm是機械能力系數(shù)。機械能力是在工序正常狀態(tài)下,機械所具有的加

9、工能力，機械能力是工序能力的組成部分之一。根據(jù)經(jīng)驗機械能力 Z m3/4,Z故:Cm=T/8c =T/8S(8)4#（四）極差和標準偏差S的估算：測試件數(shù)達不到統(tǒng)計要求，可用極差估算S:極差R-批試件中最大最小之差。標準離差SR=1/dn R(9)#dn:極差系數(shù)，可查表2或用下式計算:皿工0.5(10)#n：每組抽樣數(shù)目n2345678910dn1.1281.6932.0532.3262.5342.7042.8472.9703.0781/dn0.8860.5910.4860.4280.3950.3690.3510.3470.325（五）Cp值的評價：Cp值的分檔是按T與S的倍數(shù)劃分的，其評價

10、見表3表3級別Cp (Cpk)T與S的關系不合格品率%評價特級Cp>1.67T>10Sp<0.00006工序能力過于充分一級1.67Cp>.3310S> T>8S0.00006W p<0006工序能力充分二級1.33Cp>18ST>6S0.006W p<027工序能力尚可三級1Cp >0676ST>4S0.27W p<445工序能力不足四級0.67 <CpT< 4SP445工序能力嚴重不足Cp<1滿足不了質(zhì)量要求，1.33Cp >時,工序能力基本滿足要求但不充分、需要嚴格控制、檢驗不可放寬。而

11、 1.67Cp>.33時，不合格品率為十萬分之六 以下、質(zhì)量上可以放心、允許影響質(zhì)量因素的一些小波動、若不是主要工序也 可適當放寬檢驗和控制的標準、所以一般要求Cp.33是合理的。至于Cp.67, 即使影響質(zhì)量諸因素有一定波動也不必擔心超差、甚至可以免檢、但達到這一數(shù)值極不經(jīng)濟。（六）在Cp.33時，本廠CKS, CAK機床所能達到的精度：前述工序能 力與隨機誤差有關，數(shù)控機床加工圓柱表面時隨機誤差的主要構(gòu)成是 X軸的重 復定位精度與刀架的重復定位精度。精度檢驗標準規(guī)定如表 4。表4卩允差X軸重復定位精度刀架重復定位精度普及型（CKS）75經(jīng)濟型（CAK）1210表4可見兩種機床 精度允

12、差差別很大，按 CKS達到IT6、CAK達到IT7 為目標要求?，F(xiàn)驗算能否達到該目標：以表4中X軸重復定位精度的1/6為該項 標準偏差；以表4中刀架重復定位精度（極差）按公式（9）或表2算出該項標 準偏差；兩個標準偏差的平方和再開方得機床質(zhì)量分布的標準偏差S。以機床最大回轉(zhuǎn)直徑的1/8為試件直徑、 試件公差的1/2 （半徑公差）為質(zhì)量標準T;按 公式（1）計算Cp值，計算內(nèi)容從略、結(jié)果如表5。機床最大回轉(zhuǎn)直徑 mm3204005006308001000試件直徑mm40 5062.5 78.8100125CpCAK (IT7 )0.50.590.690.79(Cpk)CKS (IT6)0.610

13、.730.840.90結(jié)果表明僅僅達到精度檢驗標準的機床、加工工件分散度甚差， Cp<1，質(zhì) 量穩(wěn)定性沒有保證。本廠實際制造水平遠比精度檢驗標準高， 如自制的刀架重復 定位精度通常可達2.5卩左右。X軸重復定位精度也常做到允差值的一半以下。故適當控制這兩項精度、CKS和CAK系列機床可以分別在IT6和IT7的精度達到Cp圭33?？刂浦岛陀嬎憬Y(jié)果如表6。表6機床最大回轉(zhuǎn)直徑 mm3204005006308001000CKS系 列(IT6)刀架重復定位精度pm2.5X軸重復定位精度pm34.567Cp1.271.331.351.4刀架重復定位精度pm23X軸重復定位精度pm45.556Cp1

14、.381.341.321.34CAK系 列(IT7)刀架重復定位精度pm3X軸重復定位精度pm6.58.51112Cp1.341.351.361.45由上可知使一批工件達到 Cp圭33,比一批工件達到合格品要困難的多。即使按表6控制兩項精度，當工件直徑很小-即公差范圍很小、也難以達到Cp圭33的要求（如車削©6軸IT6公差范圍8 口，半徑公差只有4即）。因此， 加工Cp值的部位尺寸、應符合機床正常加工范疇。有的用戶要求 Cp圭67、相 當于不合格品率為千萬分之六以下、屬苛刻要求。粗略計算CKS只能在加工IT8、 CAK只能在加工IT9級精度時才能達到。為達到Cp值要求，加工該部位應專

15、備精車刀具，刀具應銳利、刀尖角小， 必要時后角也大些、以避免擠壓造成的精度不穩(wěn)定。形位公差:（一）形狀公差：包括圓度、圓柱度。主要取決于機床主軸系統(tǒng)的精度、尤其是主軸軸承的精度。精度標準GB/T16462-1996及JB/T8324、1-96在工作精度檢驗P1中要求允差如表7。表7 mm允差CKS (GB/T16462-1996)CAK (JB/T8324.1-96)機床最大回轉(zhuǎn)直徑?200 500?5001000<?800>?800圓度（精度等級）0.003 (5)0.005 (5 6)(67)(7)圓柱度（精度等級）0.02/?30 75(9 10)0.03/?75 150(1

16、011)0.03/ < ?100(10)0.04/>?100(1011)機床主軸軸承對工件圓度有極其重要的影響、數(shù)控車床提高了主軸軸承精度及選用進口件，故在以往的國內(nèi)外機床樣機試驗中、 加工試件圓度都遠遠高于 標準規(guī)定，甚至可達0.00120.0015。而圓柱度影響因素很多、包括導軌各項精 度，按表7所列尚不能達到8級，而JB/T9871要求臥式車床達到8級，數(shù)控臥 式車床不應低于臥式車床精度、 實踐驗證也能達到8級（其數(shù)值相當于IT6尺寸 公差值），因此，按表8對機床提出要求：表8精度CKSCAK圓度（精度等級）粗車78精車56圓柱度（精度等級）精車8圓度5級適用于一般量儀的主軸

17、、滾珠軸承的配合軸，P級精度機床主軸軸 頸也多在此范疇。6級則可適用于通用減速器軸頸等。加工球面時其圓度實為輪 廓度、依靠圓弧補償加工，精度級別要降低。數(shù)值小于IT6尺寸公差的圓柱度、較少見。像尾座套筒、排氣閥、銷桿等 圓柱面很長行程也很長要求圓柱度公差很高的，其尺寸公差、粗糙度要求也很高，要經(jīng)過磨加工。車削較長的零件圓柱度精度級別達不到很高。表9pm305080120180250315400加工直徑mm508012018025031540050041.522.53.54.5678圓度（精車）52.534578910精度等級6456810121315圓度（粗車）778101214161820精

18、度等級81113151820232527圓柱度（精車）精度等級81113151820232527（二）位置公差：位置公差要求較高的工件，其基準和被測表面應在一次 裝卡下加工、以消除定位誤差。手動自定心卡盤的定位精度滿足不了一般工件的 位置精度要求。當不得不在兩次裝卡下加工時，必須使卡具的重復定位誤差小于 位置公差的1/3,通常采用芯軸、漲胎、自車軟爪以致超級精密卡盤等。1.同軸度和跳動：在一次裝卡下可達到以下精度表10同軸度和跳動CKSCAK粗車（精度等級）78精車（精度等級）56同軸度和跳動5級體現(xiàn)為加工CA6140主軸時，除軸頸及短錐外的各項同軸度和跳動要求皆可滿足。6級則適于尺寸公差IT

19、7的圓柱表面。數(shù)值見表11。表 11 pm加工直徑mm30 5050 12012025025050050080080012504568101215精車581012152025精度等級6121520253040粗車7202530405060精度等級830405060801002.平行度和垂直度：指端面對端面、圓柱面對端面、的位置公差。普及型經(jīng)濟型精度標準P2工作精度檢驗項目允差皆為25 pm/300mm相當于5級。從機床其它 精度項目和測試結(jié)果可知兩者有區(qū)別。在一次裝卡下可達精度見表12表12平行度和垂直度CKSCAK粗車（精度等級）67精車（精度等級）3445平行度和垂直度數(shù)值見表13表 13

20、 pm加工直徑mm40 63631001001601602502504004006306301000精 度 等 級345681012154810121520253051215202530405062025304050608073040506080100120四、粗糙度：對粗糙度的要求應與該機床加工精度相匹配。本廠樣本標注CAK 為 Ra1.6, CKS Ra0.81.6, CHH6125、CKG6132 則為 RaO.4 有色金屬RaO.1。樣機試驗表明普及型數(shù)控臥式車床精車外圓時：45號鋼可達Ra0.40.8,黃銅和鋁合金可達Ra0.20.4。具體要求見表14。表 14 Rapm粗糙度經(jīng)濟型（CAK）普及型（CKS）高精度粗車黑色金屬6.36.3半精車黑色金屬3.23.2有色金屬1.61.6精車黑色金屬1.60.8 1.250.4有色金屬0.80.40.1影響粗糙度的因素、機床只是一個方面。刀具和切削參數(shù)或許更為重要，不予討論。上述要求是針對車外圓的，車內(nèi)孔當?shù)稐U有足夠剛度時、 也可按上述要 求。車削端面時，采用恒線速車削粗糙度與外圓