​數控機床高速高精度機床加工問題分析

高速高（gāo）精度機床加工中，對機床各個環節的要求都很高，某一個環節即便出現很（hěn）小的紕漏，也可能導致機床發生振動，從而在（zài）加工表麵出現各種振紋或影響（xiǎng）加（jiā）工精度。所以，在對加工（gōng）品（pǐn）質要求極（jí）高（gāo）的機床加工中，需要嚴格確（què）保所有關鍵環節都達到要求（qiú）。

通常，對（duì）於機床加工質量會產生較（jiào）大影響的有下圖中的六大因素（sù）。

遇到加（jiā）工問題時，在使用北京發那科推（tuī）薦的標準加工參（cān）數基礎上，建議依次從（cóng）機械、NC程序、加工（gōng）工藝、刀具、CNC和伺服（fú）的角度，調查（chá）分析導（dǎo）致加工表麵缺（quē）陷的原因並采取相應（yīng）措施。

1CHECK--機械

機械（xiè）作為機床的基礎，對加工的影響毋庸置疑，機械設計和裝配精度可大大降低對電（diàn）氣側調試的依賴，因此，在模具加工（gōng）調試時，應首先從機械側入手，分析機床特（tè）性，保證機械部分（fèn）處在（zài）較佳的水平。

機械方麵主要從以下幾項內容（róng）排查（chá）：

?  配置確認（線軌，螺距，主軸轉速）

?  裝配精度

  （重點（diǎn）指標（biāo）：Z軸反向間隙（線軌<5u，硬（yìng）軌<10u），各（gè）軸重複定位精度<10u）

?  主軸振動（15000rpm及（jí）以上主（zhǔ）軸V1振動（dòng）等級，15000rpm以（yǐ）下V3等級）

?  外圍振動（刀具振動、油冷（lěng）機、風扇等）

振動排查例：

?排查主軸振（zhèn）動

- 主軸（zhóu）動平衡

- 來自外部設備的振動

通過調整主軸動平（píng）衡或控製外部設備（風扇電機等）的振動來減小主（zhǔ）軸振（zhèn）動。

? 如何（hé）測量振動

- 使用動平衡儀器測量主軸（zhóu）

- 使用千（qiān）分表測量檢（jiǎn）棒

通常，主軸共振點也可通過（guò）觸（chù）覺和聽覺（jiào）明顯感知！

?伺服軸機械剛性

- 當加（jiā）工點的指令跟隨性和抑製外力幹擾的性能（néng）比較低時

- 提高機械剛性和速（sù）度增益，速度增益能設定的最大值取決於機械剛性

2CHECK—NC程（chéng）序

NC程序作為模具成型的基礎，對加工表麵質量和加工效率作用明顯，因此（cǐ），檢查程序是否合理，是模具調試中需要重視的（de）內容。

程序方麵重點關注（zhù）的幾項為：

CAM軟（ruǎn）件選擇

重要CAM參數分析

程序分析

?  重點CAM參數控（kòng）製（zhì）

1. 程序公差--FANUC推薦（jiàn）公差為1um，減（jiǎn）小公（gōng）差可（kě）提高加工表麵質量；

依據CAD模型生成的程序指令點，確保每條小（xiǎo）線段（duàn）都不會超出公差範圍減小公差，刀具路徑變得更平滑

（推（tuī）薦的（de）公差 = 1μm）

 2. 線段（duàn）長度--通常根（gēn）據公差設定由CAM軟件自動確定。程序段長度直接影響加工效率，預讀程序段越多，小線段程序的最大進（jìn）給速度提高的可能性（xìng）越（yuè）大。因此可以實現高速加工，但同時需要使用與進給速度相匹（pǐ）配的主軸轉速。

3. 步距--兩個切（qiē）削（xuē）路徑之（zhī）間（jiān）的水平距離，決定了切削後的殘餘高度(表麵粗糙度理（lǐ）論值)，步距減小，表麵粗糙度會變好，但會延長加工時間。

    步距決（jué）定（dìng）了切（qiē）削後的（de）殘餘（yú）高度(表麵粗糙度理論值)如果行距減小，表麵粗糙度會變好。（步（bù）距推薦值：P=0.02*刀具直徑）

?  程序分析

使用程序模擬軟件對（duì）NC程序進行合理性分析，是否存在“垃圾點”。垃圾點會造成加工表麵（miàn）有震紋或凹坑極小線段導致加工效率低（dī）下（xià）。

    懷疑加工程序存在（zài）垃圾點時，可以使用（yòng）軟件（jiàn）對加工程序分析，進行模擬仿真加工，驗證實際加工效果。

    如果程序仿真結果與實際加工效果一致，就可以判斷程序路徑不合理，需（xū）要修改走刀路徑（45°à0°）來（lái）解決問（wèn）題。

3CHECK—工藝

工藝作為（wéi）直接作用於工件表麵的執行方式，直（zhí）接決定加工表麵質量和效率。因此，檢查工藝是否合適，是確保機床加工品（pǐn）質的一項重要內容。

工藝方麵重點關注的幾項為：

?  主軸（zhóu）轉速（避開主軸共振點，盡可能提高轉速以提高（gāo）表麵光潔（jié）度）

?  進給速度（選擇適當的進給速度（F:S≈1:4），保證加工質量的前提下提高效率（lǜ））

?  切（qiē）削深度（精加工盡量減（jiǎn）小餘量(約50u左右)，提高光潔度，同（tóng）時保證刀具壽命）

?  冷卻（選擇與加工材料相（xiàng）匹配的切削液，如鋁用切削液，鋼用切削油）

? 主軸轉速和進給速度

通過主軸轉速、進給速度（dù）、刀具（jù）齒（chǐ）數來計（jì）算每齒進給量，而每齒進給（gěi）量必須設定（dìng）為合適數值（如果每齒進（jìn）給量減（jiǎn）小，表麵粗糙度會好）

4CHECK—刀具

刀具作為模具加工（gōng）的介質，選擇是（shì）否合適對模具加工質量存在很大影響。主要從以下幾方（fāng）麵確認刀（dāo）具（jù）：

?  刀具材（cái）質（見下頁）

?  刀柄選擇

（通常15000rmp以（yǐ）上，建議使用HSK 真空刀具係統）

?  刀具裝夾

（低（dī）速加工，采（cǎi）用BT刀柄（bǐng），液壓夾頭；高（gāo）速加（jiā）工，選擇HSK刀柄，液壓或熱脹刀柄）

5CHECK—CNC

CNC側對模具加工的影響，主要體現在係統功能和高速高（gāo）精的相關（guān）參數，調（diào）試思（sī）路為：

?  係統功能確認（AICC I、AICC II）

?  高（gāo）速高精參數調整（由標準（zhǔn）參數導入）

?  前述步驟無法改善加工質量則需（xū）進行AICC參數微調

6CHECK—伺服

伺服方麵，主要（yào）是借助Servo Guide進行機床優化，提（tí）高伺服係統剛性，減少加工誤差。伺服優化主（zhǔ）要包含：

?  伺（sì）服參數初始（shǐ）化（huà）確認（確認電機初始化無誤）

?  電流環（確認HRV3+開啟）

?  速度環（盡可能提高伺服增益）

?  濾（lǜ）波器（確認伺服無振動）

7總結

高速高精度機床加工問（wèn）題的調試時非常複雜（zá）的，其原因就在於可能導致問題的原因非常之多，上文敘述的六個因素是影響加（jiā）工質量（liàng）的主要原因，但也並非全部，其他諸（zhū）如外部環境等也是需要考慮的因素。

在平常的加工（gōng）調試中，很多人會優先修改參數（shù），認為這是最簡單方便的做法。但事實上這種（zhǒng）方法並不值得推薦，頻繁的修（xiū）改參數以應對（duì）不（bú）同的加工問題，雖然有些（xiē）時候（hòu）可以對當（dāng）前問題有所改善，但長期而言不利於機床製造廠商的產品標準化和模塊化，也不利於成熟穩定的產品生（shēng）產品質管理體係的建立。所以我們通常（cháng）建議客戶在（zài）不斷優化完善產品自身參數的（de）同時，遇到問題更應當（dāng）去深（shēn）入（rù）分（fèn）析造成問題的實際（jì）原（yuán）因（yīn），並通過合理有效的方（fāng）式（shì）解決