数控机床切削性能检测实验方法 本文关键词：切削，数控机床，性能，检测，实验
数控机床切削性能检测实验方法 本文简介：摘要:数控机床作为现代制造业的核心装备之一，直接反映国家的整体技术和经济水平。分别讨论了数控机床满负荷切削、曲线切削、标准件切削和刚性攻丝实验，用于考核评价机床的负荷能力、动态性能、切削精度和螺纹加工能力，对于企业优化机床的切削性能、提高机械产品的加工质量具有实际参考价值。关键词:数控机床;切削性能
数控机床切削性能检测实验方法 本文内容：
摘要:数控机床作为现代制造业的核心装备之一，直接反映国家的整体技术和经济水平。分别讨论了数控机床满负荷切削、曲线切削、标准件切削和刚性攻丝实验，用于考核评价机床的负荷能力、动态性能、切削精度和螺纹加工能力，对于企业优化机床的切削性能、提高机械产品的加工质量具有实际参考价值。
关键词:数控机床;切削性能;实验方法
高性能数控机床是评价一个国家制造业现代化水平的重要标志，是实现我国机械产品从制造到创造的有利支撑。在新出台的“中国制造2025”和“十三五规划”政策当中，都将高性能数控机床列为国家优先发展的重点装备之一［1－2］。数控机床制造商为了满足用户对机床使用性能的要求，除了能够提供功性能完备、易于操作、维护维修方便的机床产品外，还要对机床进行全面的性能测试，优化各种参数，使机床的实际性能达到规定的要求。数控机床的切削实验是验证机床切削能力的检测实验，保证切削实验的正确性、合理性、规范性对于控制和提高产品的制造质量具有重要的意义。
1数控机床参数
以某一数控机床为例，讨论切削实验的具体项目和流程。该机床基本参数为:FANUC0iMate-MD立式三轴加工中心，三轴电机均为交流伺服电机，电机本身都带有高精度绝对式脉冲编码器。X、Y、Z三轴电机经弹性联轴节直接带动滚珠丝杠，因而机床的X、Y、Z3个坐标轴均可进行快速运动，并完成各坐标的自动、精确定位。工作台主轴最大转速6000r/min，功率15/22kW，最大进给速度15m/min，直线定位精度0.008mm，直线重复定位精度0.006mm，刀库容量24把刀。
2切削实验内容
数控机床切削实验目的是对其实际的应用水平进行评价，主要为了获得机床的负荷能力、动态性能、加工精度和加工质量等综合的表现情况。对于数控机床制造商来讲，新出厂的样机都需要经过切削实验检验，且切削实验的方法、流程都有严格的执行规范。
2.1满负荷切削实验
满负荷切削实验主要用于检验数控机床的刚度以及各传动机构间的强度，考核主传动系统是否能够达到所设计的最大转矩和最高功率［3］。重点观察在满负荷切削运行下，机床各部件是否正常可靠工作，有无加工振颤现象。操作步骤:(1)在机床的工作台面上铺上中性纸或报纸，以免划伤台面。将试件放到机床工作台面，校正试件X向的直线保证1mm以内并充分固定。(2)对刀至试件表面，并保证切削宽度为64mm。(3)在POS显示方式的相对坐标下，输入Z字符通过软件菜单将Z轴相对坐标清零。(4)按表1的规定确定Z轴的切深，可直接切深至规定要求。(5)在MDI的PＲOGＲAM方式下输入程序:S980F1225M03;G01G91X_;(X后的数值根据试件所需切出的距离和方向来确定)。刀具的切削轨迹按照从右至左的方向(即工作台往－X方向运动)。程序启动前，先将主轴旋转倍率调整至100%，将进给倍率选择至0%且关好防护门。程序启动后微调进给倍率使刀具慢慢切入工件，当刀具切入工件的瞬间调整进给倍率至0%，打开防护门目测刀具切入的深度是否与预期的要求一致。如一致则关好防护门后将进给倍率调整至100%进行正常切削，否则请停止切削重新校对。(6)若切削过程中有闷车或其他紧急情况请按急停按钮，若切削时机床部件有振颤现象则需对机床的相关传动部分进行检查。(7)选用刀具的齿数和上述表格不一致时，则需重新计算切削参数。
2.2曲面切削实验
曲面切削实验主要考核数控机床的刚性和动态特性。普通轮廓的表面加工无需机床进给系统频繁的往复运动，零件的加工质量容易保证。而曲面加工为了适应凹凸高低不平、多转角多台阶的表面，机床的进给系统必须频繁地加减速和往复运动，这就要求数控机床必须有较高的动态性能［4］。试件切削条件及加工要求如下:试切材料:LY2或LY16;切削条件:主轴转速4000r/min，进给:1000～2500mm/min，切削深度:0.2～0.3mm;冷却条件:煤油或煤油加机油的混合油;刀具要求:8球刀，刀头至夹持端表面的距离大于50mm;加工要求:用8球刀精加工典型曲面如图1所示，观察表面质量、拐角过渡、尖角过渡以及速度对形状的影响。表面质量主要体现为:无深浅刀痕、刀具切削路线清晰、大面无斑点不平滑的痕迹。拐角过渡体现为:交线清晰、不存在高低突变。尖角过渡:交线清晰、不存在小圆角。速度影响是观察加工过程中不同速度下表面过渡值的大小，不允许超过0.03mm。如加工试件不满足上述要求则必须重新进行动态优化。操作步骤:(1)在机床的工作台面上铺上中性纸或报纸，以免划伤台面。将三维加工试件放到机床工作台面，校正试件X向的直线保证0.02mm以内并充分固定。(2)以工件的中心为X、Y轴的坐标原点，工件的最高点为Z轴的坐标原点。将坐标原点设定至G55工件坐标系中。(3)将PCMCIA卡插至系统的PCMCIA卡插槽中，或使用笔记本电脑进行DNC传输。(4)将运行方式选择为DNC(ＲEM)方式，选择标准程序。(5)执行程序。注:将刀柄装入主轴锥孔前必须将刀柄及主轴锥孔清理干净，并保证刀具锁紧牢靠。加工过程中进给倍率允许修调。
2.3标准件切削实验
通过对典型试件的加工实验主要考核机床的切削精度、几何精度和位置精度。根据不同的加工型面典型试件分为三轴检测零件和五轴检测零件。目前典型三轴检测零件有ISO标准检测零件、德国NCG公司提出的NCG2004检测零件以及美国航天工业协会提出的NAS检测零件和美国机械工程师协会提出的ASME检测零件［5］。文中选用的试件为ISO10791-7标准检测试件，加工要求如表2所示。2.4刚性攻丝切削实验刚性攻丝实验主要考核数控机床螺纹加工的表现。按照给定的螺纹直径，在一定主轴转速和切削深度下，依据螺纹所设计的螺距和进给量进行攻丝，评价加工完成后的螺纹孔精度是否达到所设计的要求。试件材料:45钢;冷却条件:煤油或煤油加机油的混合油。实验步骤:(1)在机床的工作台面上铺上中性纸或报纸，以免划伤台面。将试件放到机床工作台面，充分固定对刀并设定工件坐标系。(2)按照表3所设参数钻底孔，攻丝。(3)程序实例:G00G55G90Z200(对刀时坐标设定在G55中)S1000F1000M3(攻M6螺纹)M29G84X0Y0Z－15Ｒ5…………………G00G80Z200M5M30用螺纹规检查螺纹精度，螺纹通规能旋进螺纹止规不能旋进视为合格。如不合格则需重新调整并重做该项实验。
3结束语
数控机床切削实验是检测机床切削能力的重要手段。文中针对某一数控机床，利用满负载切削、曲线加工、标准件切削和刚性攻丝4组实验，分别对机床的负荷能力、动态性能、切削精度和螺纹加工性能进行考核。通过切削实验反映机床的实际应用性能，调整使其达到最优的运行状态(高的加工精度和加工效率)，提高零件加工的质量，进而满足用户对机床使用要求，并在实验过程当中及时发现问题，解决问题，减少机床的维修维护成本。
作者：王志伟 单位：扬州市职业大学机械工程学院
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