​數控機床高速高精度機（jī）床加工問題分析

高速高精度機床（chuáng）加工中，對機床各個環節的要（yào）求都很高，某一個環節即便出（chū）現很小的紕漏，也可能導致機床發（fā）生振動，從而（ér）在加工表麵出現各種振紋或影響加工精度。所以，在對加工品質要求極高的機床加工中，需要嚴格（gé）確保所有關鍵環節（jiē）都達到（dào）要（yào）求。

通常，對（duì）於機床（chuáng）加工質量會（huì）產生較大影響的有下圖中的（de）六大因素。

遇到（dào）加工問題時，在使用北京發那科推薦的標準加工參數基礎上，建（jiàn）議（yì）依次從機械、NC程序、加工工藝、刀具、CNC和伺（sì）服的角度，調（diào）查分析導致（zhì）加工表麵缺陷的原因並（bìng）采取相應（yīng）措施。

1CHECK--機（jī）械

機械作為機床的基礎，對加工的影響毋庸置疑，機械設（shè）計和裝配精度可大大降低對電氣側調試的依賴，因此，在模具加工調試時（shí），應首先從機械側入手（shǒu），分析機床（chuáng）特（tè）性，保證機（jī）械部分（fèn）處（chù）在較佳的（de）水平。

機械方麵（miàn）主要從以下幾項內容排查：

?  配置確認（線軌，螺距，主軸轉（zhuǎn）速）

?  裝配精度

  （重點（diǎn）指標：Z軸反向間隙（xì）（線軌<5u，硬軌<10u），各軸重複定位精度<10u）

?  主軸振動（dòng）（15000rpm及以上主軸V1振動等級，15000rpm以（yǐ）下V3等級（jí））

?  外圍（wéi）振（zhèn）動（刀具振動、油（yóu）冷機、風扇等）

振動排查例：

?排查主軸振動

- 主軸動平衡

- 來自外部（bù）設備的振動

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

? 如何測量振動

- 使用動（dòng）平衡儀器測量主軸

- 使用千分表測量檢（jiǎn）棒

通常，主軸共振點也可通過觸覺和聽覺（jiào）明顯感知！

?伺服軸機（jī）械剛性

- 當（dāng）加工點的（de）指令跟隨性和抑製外力幹擾（rǎo）的性能比較低時

- 提高機械剛性和速（sù）度增益，速度增（zēng）益能設定的最大值取（qǔ）決於機械剛性

2CHECK—NC程序

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

程序方麵重（chóng）點關注的幾（jǐ）項（xiàng）為：

CAM軟件選擇

重要CAM參（cān）數分析

程序分析

?  重點CAM參數控製

1. 程序公（gōng）差--FANUC推薦公差為1um，減小公差可提高（gāo）加工表麵質量；

依據CAD模型生成的（de）程序指令點，確保每條小（xiǎo）線段都不會超（chāo）出公差範（fàn）圍（wéi）減小公差，刀具路徑變得更平滑

（推（tuī）薦的公差 = 1μm）

 2. 線段長（zhǎng）度--通常（cháng）根據公差設定由CAM軟件自動（dòng）確定。程序段長（zhǎng）度直接影響加工效率，預讀程（chéng）序段（duàn）越多，小線段（duàn）程序的最大進給速度（dù）提高（gāo）的可能性（xìng）越（yuè）大。因此可以實現高速加工，但同（tóng）時需（xū）要使用與進給速度相匹配的主軸轉速。

3. 步距（jù）--兩（liǎng）個切削路徑之間的水平距離，決定了切削後的殘（cán）餘高度(表麵粗（cū）糙度理論值（zhí）)，步距減小，表（biǎo）麵粗糙（cāo）度會變好，但會延長加工時間。

    步距決定了（le）切（qiē）削後的殘餘高（gāo）度(表麵粗糙度理論值)如（rú）果行距（jù）減小，表麵粗糙度會變好。（步距（jù）推薦值：P=0.02*刀具（jù）直徑（jìng））

?  程序分析

使用程序模擬軟（ruǎn）件對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（yǒu）震紋或凹坑極小線段導致加工效（xiào）率低下。

    懷疑加工程序存（cún）在垃圾點時，可以使用軟件對加工程序分析，進行模擬仿真加工，驗證實（shí）際加工效果。

    如（rú）果程序（xù）仿真結（jié）果與實際加工效（xiào）果一致，就可（kě）以判斷程序路徑不合（hé）理，需要修改走刀路徑（jìng）（45°à0°）來解決（jué）問題。

3CHECK—工藝

工藝（yì）作為直（zhí）接作用於（yú）工件表麵的執行方式，直接決定加工表麵質量和效率。因此，檢查（chá）工藝是（shì）否合適，是（shì）確保機床加工品質的一（yī）項重（chóng）要內容。

工藝（yì）方麵（miàn）重點關注的幾項為：

?  主（zhǔ）軸轉速（避開主軸共振點，盡可能提高轉速（sù）以提高（gāo）表麵光潔度）

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

?  切（qiē）削深（shēn）度（精（jīng）加工盡量減小餘量(約50u左右（yòu）)，提高光潔度，同時保證刀（dāo）具壽命）

?  冷卻（選（xuǎn）擇與加工材料相匹配的切削液（yè），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）、刀具齒數來計算（suàn）每齒進給量，而每齒進給量必須設定為合適數值（如果每齒進給（gěi）量減小，表麵粗糙（cāo）度會好）

4CHECK—刀具

刀具作為模具加工的介（jiè）質，選擇是否合適對模（mó）具加工質量存在很大影響。主要從以下幾方麵確認刀具：

?  刀（dāo）具材質（見下頁）

?  刀柄選（xuǎn）擇

（通（tōng）常（cháng）15000rmp以上，建議使用HSK 真空刀具係統）

?  刀具裝（zhuāng）夾

（低速加（jiā）工，采用BT刀柄，液壓夾（jiá）頭；高速加工，選擇HSK刀柄，液壓或（huò）熱脹刀柄（bǐng））

5CHECK—CNC

CNC側對模具（jù）加工的影響，主要體現在係統功能和高速高精的相關參數，調試思路為（wéi）：

?  係統（tǒng）功能確認（AICC I、AICC II）

?  高速高精參數調整（由標準參數導入（rù））

?  前述步驟無（wú）法改善加（jiā）工（gōng）質量則需進行AICC參數微調

6CHECK—伺服

伺服方麵，主要是借助Servo Guide進行機床優化，提高伺服係統剛性，減少加工誤差。伺服（fú）優化主要包含（hán）：

?  伺服參數初始化確認（確認電機初始化無誤（wù））

?  電流環（確認HRV3+開啟）

?  速（sù）度環（盡可能提（tí）高伺服增益）

?  濾波器（確認伺服無振動）

7總結

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

在（zài）平常的加工（gōng）調試中，很多人會優先修改參（cān）數，認（rèn）為這是最簡單方便（biàn）的做法（fǎ）。但（dàn）事實上這種方法並不值得推薦（jiàn），頻（pín）繁的修改參數以應對不（bú）同的加工問題，雖然有些時候可以對當前問題有所改善，但長期而言不利於機床製造廠商的產品標準化和模塊化（huà），也不利於成熟穩定的產（chǎn）品生產品質管理體係的建立。所以我們通常建議客戶（hù）在不斷優化完善產（chǎn）品自身參數的同時，遇到問題更應當去深入分析造成（chéng）問題的實際原（yuán）因（yīn），並通（tōng）過合理有效的方式解決