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(yáng)第一機(jī)床廠 技術(shù)部退休職工 楊樹(shù)誠(chéng)2004、11在制定工藝方案、審核用戶提供的零件時(shí)，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(gè)問(wèn)題。一、尺寸精度：JB/T 9871-1999金屬切削機(jī)床 精度等級(jí)3、4節(jié)中有這樣的敘述：相對(duì)精度等級(jí)為P級(jí)的圓柱面加工機(jī)床，如能達(dá)到IT6至IT7的公差，圓度、圓柱度 達(dá)8級(jí)的加工精度，則一般應(yīng)放在絕對(duì)精度等級(jí)V級(jí)的位置上（例如臥式車床）?！?即標(biāo)準(zhǔn)中明確了臥式車床為相對(duì)精度 P級(jí)（即普通精度等級(jí)）機(jī)床，絕對(duì)精度等 級(jí)為

2、V級(jí)，加工精度為IT6IT7。數(shù)控車床CAK系列是在臥式車床的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來(lái)的，它執(zhí)行的JB/T8324、1-96簡(jiǎn)式數(shù)控臥式車床 精度的主要項(xiàng)目與 臥式車床相同，因此CAK系列加工精度應(yīng)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(jì)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(yàn)也比簡(jiǎn)式 數(shù)控臥式車床 精度有所提高。CKS系列加工精度應(yīng)確定為IT6。CKG6132 數(shù)控高精度車床、CHH6125臥式車削中心應(yīng)屬于相對(duì)精度 M級(jí)（精密級(jí)）或G 級(jí)（高精密級(jí)）機(jī)床，絕對(duì)精度為W 或川級(jí)，其加工精度為IT5IT6。上述精度要求是標(biāo)準(zhǔn)或參

3、照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，也是寫在樣本、說(shuō)明書中對(duì)用戶的 承諾，是必須達(dá)到的。從發(fā)展趨勢(shì)看用戶對(duì)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(yīng)力爭(zhēng)加工 精度達(dá)到更高些。前述加工精度為精車精度，半精車可達(dá)IT8IT10, IT11IT12 粗車就可達(dá)到。見(jiàn)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(duì)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(dá)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(jī)床驗(yàn)收時(shí)批量加工零件，測(cè)量計(jì)算 Cp 值。在正常生產(chǎn)狀態(tài)下工序能夠完成設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，即工件的公差范圍。S:質(zhì)量分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，6S即工序能力。（一） Cp值的計(jì)算：工序能力Cp值與隨機(jī)誤差有關(guān)。隨機(jī)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(cè)量隨機(jī)誤差毫

6、無(wú)規(guī)律， 但大量加 工實(shí)測(cè)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)可知隨機(jī)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(diǎn)為：1. 對(duì)稱性：絕對(duì)值相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)次數(shù)大體相等。2. 單峰性：絕對(duì)值小的誤差比絕對(duì)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(duì)值不會(huì)超過(guò)一定限度（否則為粗大誤差或 稱過(guò)失誤差）。4. 隨機(jī)誤差曲線分布的分散程度和均方根誤差Z的大小有關(guān)。5. 均方根誤差Z表示了隨機(jī)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(cè)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(biāo)準(zhǔn)離差或標(biāo)準(zhǔn)偏差。Z (或S)越小正態(tài)分布曲線越陡，隨機(jī)誤差分布越集中，說(shuō)明精度越高。如圖2示。通常認(rèn)為超出土 3啲概率已經(jīng)很小，占0.27%,故認(rèn)為是隨機(jī)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(jì)算：Cpk是有偏移的工序能力系數(shù)。Cp值是反映在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中心和質(zhì)量特性值分布中心重合時(shí)，即公差帶中心 M與分布中心卩一致時(shí)的工序能力。但在實(shí)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(shí)應(yīng)把 &考慮進(jìn)去，這時(shí)求出的工序能力系 數(shù)記為Cpko由圖3可知& =|-M|，把&對(duì)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(dāng)K=0時(shí)，M與卩無(wú)偏移，則Cpk= Cp,這是我們希望的。2、 當(dāng)卩位于標(biāo)準(zhǔn)界限之外時(shí)，K>1，Cpk<0,此時(shí)毫無(wú)意義。顯然 K值愈 小愈好。（二）Cm值的計(jì)算：Cm是機(jī)械能力系數(shù)。機(jī)械能力是在工序正常狀態(tài)下,機(jī)械所具有的加

9、工能力，機(jī)械能力是工序能力的組成部分之一。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)機(jī)械能力 Z m3/4,Z故:Cm=T/8c =T/8S(8)4#（四）極差和標(biāo)準(zhǔn)偏差S的估算：測(cè)試件數(shù)達(dá)不到統(tǒng)計(jì)要求，可用極差估算S:極差R-批試件中最大最小之差。標(biāo)準(zhǔn)離差SR=1/dn R(9)#dn:極差系數(shù)，可查表2或用下式計(jì)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(píng)價(jià)：Cp值的分檔是按T與S的倍數(shù)劃分的，其評(píng)價(jià)

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

11、 1.67Cp>.33時(shí)，不合格品率為十萬(wàn)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(dòng)、若不是主要工序也 可適當(dāng)放寬檢驗(yàn)和控制的標(biāo)準(zhǔn)、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(dòng)也不必?fù)?dān)心超差、甚至可以免檢、但達(dá)到這一數(shù)值極不經(jīng)濟(jì)。（六）在Cp.33時(shí)，本廠CKS, CAK機(jī)床所能達(dá)到的精度：前述工序能 力與隨機(jī)誤差有關(guān)，數(shù)控機(jī)床加工圓柱表面時(shí)隨機(jī)誤差的主要構(gòu)成是 X軸的重 復(fù)定位精度與刀架的重復(fù)定位精度。精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如表 4。表4卩允差X軸重復(fù)定位精度刀架重復(fù)定位精度普及型（CKS）75經(jīng)濟(jì)型（CAK）1210表4可見(jiàn)兩種機(jī)床 精度允

12、差差別很大，按 CKS達(dá)到IT6、CAK達(dá)到IT7 為目標(biāo)要求?，F(xiàn)驗(yàn)算能否達(dá)到該目標(biāo)：以表4中X軸重復(fù)定位精度的1/6為該項(xiàng) 標(biāo)準(zhǔn)偏差；以表4中刀架重復(fù)定位精度（極差）按公式（9）或表2算出該項(xiàng)標(biāo) 準(zhǔn)偏差；兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的平方和再開(kāi)方得機(jī)床質(zhì)量分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差S。以機(jī)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(biāo)準(zhǔn)T;按 公式（1）計(jì)算Cp值，計(jì)算內(nèi)容從略、結(jié)果如表5。機(jī)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(dá)到精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)床、加工工件分散度甚差， Cp<1，質(zhì) 量穩(wěn)定性沒(méi)有保證。本廠實(shí)際制造水平遠(yuǎn)比精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)高， 如自制的刀架重復(fù) 定位精度通?？蛇_(dá)2.5卩左右。X軸重復(fù)定位精度也常做到允差值的一半以下。故適當(dāng)控制這兩項(xiàng)精度、CKS和CAK系列機(jī)床可以分別在IT6和IT7的精度達(dá)到Cp圭33?？刂浦岛陀?jì)算結(jié)果如表6。表6機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑 mm3204005006308001000CKS系 列(IT6)刀架重復(fù)定位精度pm2.5X軸重復(fù)定位精度pm34.567Cp1.271.331.351.4刀架重復(fù)定位精度pm23X軸重復(fù)定位精度pm45.556Cp1

14、.381.341.321.34CAK系 列(IT7)刀架重復(fù)定位精度pm3X軸重復(fù)定位精度pm6.58.51112Cp1.341.351.361.45由上可知使一批工件達(dá)到 Cp圭33,比一批工件達(dá)到合格品要困難的多。即使按表6控制兩項(xiàng)精度，當(dāng)工件直徑很小-即公差范圍很小、也難以達(dá)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(yīng)符合機(jī)床正常加工范疇。有的用戶要求 Cp圭67、相 當(dāng)于不合格品率為千萬(wàn)分之六以下、屬苛刻要求。粗略計(jì)算CKS只能在加工IT8、 CAK只能在加工IT9級(jí)精度時(shí)才能達(dá)到。為達(dá)到Cp值要求，加工該部位應(yīng)專

15、備精車刀具，刀具應(yīng)銳利、刀尖角小， 必要時(shí)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(jī)床主軸系統(tǒng)的精度、尤其是主軸軸承的精度。精度標(biāo)準(zhǔn)GB/T16462-1996及JB/T8324、1-96在工作精度檢驗(yàn)P1中要求允差如表7。表7 mm允差CKS (GB/T16462-1996)CAK (JB/T8324.1-96)機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑?200 500?5001000<?800>?800圓度（精度等級(jí)）0.003 (5)0.005 (5 6)(67)(7)圓柱度（精度等級(jí)）0.02/?30 75(9 10)0.03/?75 150(1

16、011)0.03/ < ?100(10)0.04/>?100(1011)機(jī)床主軸軸承對(duì)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(jìn)口件，故在以往的國(guó)內(nèi)外機(jī)床樣機(jī)試驗(yàn)中、 加工試件圓度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，甚至可達(dá)0.00120.0015。而圓柱度影響因素很多、包括導(dǎo)軌各項(xiàng)精 度，按表7所列尚不能達(dá)到8級(jí)，而JB/T9871要求臥式車床達(dá)到8級(jí)，數(shù)控臥 式車床不應(yīng)低于臥式車床精度、 實(shí)踐驗(yàn)證也能達(dá)到8級(jí)（其數(shù)值相當(dāng)于IT6尺寸 公差值），因此，按表8對(duì)機(jī)床提出要求：表8精度CKSCAK圓度（精度等級(jí)）粗車78精車56圓柱度（精度等級(jí)）精車8圓度5級(jí)適用于一般量?jī)x的主軸

17、、滾珠軸承的配合軸，P級(jí)精度機(jī)床主軸軸 頸也多在此范疇。6級(jí)則可適用于通用減速器軸頸等。加工球面時(shí)其圓度實(shí)為輪 廓度、依靠圓弧補(bǔ)償加工，精度級(jí)別要降低。數(shù)值小于IT6尺寸公差的圓柱度、較少見(jiàn)。像尾座套筒、排氣閥、銷桿等 圓柱面很長(zhǎng)行程也很長(zhǎng)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(guò)磨加工。車削較長(zhǎng)的零件圓柱度精度級(jí)別達(dá)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(jí)6456810121315圓度（粗車）778101214161820精

18、度等級(jí)81113151820232527圓柱度（精車）精度等級(jí)81113151820232527（二）位置公差：位置公差要求較高的工件，其基準(zhǔn)和被測(cè)表面應(yīng)在一次 裝卡下加工、以消除定位誤差。手動(dòng)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(dāng)不得不在兩次裝卡下加工時(shí)，必須使卡具的重復(fù)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(jí)精密卡盤等。1.同軸度和跳動(dòng)：在一次裝卡下可達(dá)到以下精度表10同軸度和跳動(dòng)CKSCAK粗車（精度等級(jí)）78精車（精度等級(jí)）56同軸度和跳動(dòng)5級(jí)體現(xiàn)為加工CA6140主軸時(shí)，除軸頸及短錐外的各項(xiàng)同軸度和跳動(dòng)要求皆可滿足。6級(jí)則適于尺寸公差I(lǐng)T

19、7的圓柱表面。數(shù)值見(jiàn)表11。表 11 pm加工直徑mm30 5050 12012025025050050080080012504568101215精車581012152025精度等級(jí)6121520253040粗車7202530405060精度等級(jí)830405060801002.平行度和垂直度：指端面對(duì)端面、圓柱面對(duì)端面、的位置公差。普及型經(jīng)濟(jì)型精度標(biāo)準(zhǔn)P2工作精度檢驗(yàn)項(xiàng)目允差皆為25 pm/300mm相當(dāng)于5級(jí)。從機(jī)床其它 精度項(xiàng)目和測(cè)試結(jié)果可知兩者有區(qū)別。在一次裝卡下可達(dá)精度見(jiàn)表12表12平行度和垂直度CKSCAK粗車（精度等級(jí)）67精車（精度等級(jí)）3445平行度和垂直度數(shù)值見(jiàn)表13表 13

20、 pm加工直徑mm40 63631001001601602502504004006306301000精 度 等 級(jí)345681012154810121520253051215202530405062025304050608073040506080100120四、粗糙度：對(duì)粗糙度的要求應(yīng)與該機(jī)床加工精度相匹配。本廠樣本標(biāo)注CAK 為 Ra1.6, CKS Ra0.81.6, CHH6125、CKG6132 則為 RaO.4 有色金屬RaO.1。樣機(jī)試驗(yàn)表明普及型數(shù)控臥式車床精車外圓時(shí)：45號(hào)鋼可達(dá)Ra0.40.8,黃銅和鋁合金可達(dá)Ra0.20.4。具體要求見(jiàn)表14。表 14 Rapm粗糙度經(jīng)濟(jì)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(jī)床只是一個(gè)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(duì)車外圓的，車內(nèi)孔當(dāng)?shù)稐U有足夠剛度時(shí)、 也可按上述要 求。車削端面時(shí)，采用恒線速車削粗糙度與外圓