数控机床高速高精度机床加工问题分析

高速高精度机床加工中，对机床各个环节的要求都很高，某一个环节即便出现很小的纰漏，也可能导致机床发生振动，从而在加工表面出现各种振纹或影响加工精度。所以，在对加工品质要求极高的机床加工中，需要严格确保所有关键环节都达到要求。

通常，对于机床加工质量会产生较大影响的有下图中的六大因素。

遇到加工问题时，在使用北京发那科推荐的标准加工参数基础上，建议依次从机械、NC程序、加工工艺、刀具、CNC和伺服的角度，调查分析导致加工表面缺陷的原因并采取相应措施。

1CHECK--机械

机械作为机床的基础，对加工的影响毋庸置疑，机械设计和装配精度可大大降低对电气侧调试的依赖，因此，在模具加工调试时，应首先从机械侧入手，分析机床特性，保证机械部分处在较佳的水平。

机械方面主要从以下几项内容排查：

Ø  配置确认（线轨，螺距，主轴转速）

Ø  装配精度

  （重点指标：Z轴反向间隙（线轨<5u，硬轨<10u），各轴重复定位精度<10u）

Ø  主轴振动（15000rpm及以上主轴V1振动等级，15000rpm以下V3等级）

Ø  外围振动（刀具振动、油冷机、风扇等）

振动排查例：

•排查主轴振动

- 主轴动平衡

- 来自外部设备的振动

通过调整主轴动平衡或控制外部设备（风扇电机等）的振动来减小主轴振动。

• 如何测量振动

- 使用动平衡仪器测量主轴

- 使用千分表测量检棒

通常，主轴共振点也可通过触觉和听觉明显感知！

•伺服轴机械刚性

- 当加工点的指令跟随性和抑制外力干扰的性能比较低时

- 提高机械刚性和速度增益，速度增益能设定的最大值取决于机械刚性

2CHECK—NC程序

NC程序作为模具成型的基础，对加工表面质量和加工效率作用明显，因此，检查程序是否合理，是模具调试中需要重视的内容。

程序方面重点关注的几项为：

CAM软件选择

重要CAM参数分析

程序分析

Ø  重点CAM参数控制

1. 程序公差--FANUC推荐公差为1um，减小公差可提高加工表面质量；

依据CAD模型生成的程序指令点，确保每条小线段都不会超出公差范围减小公差，刀具路径变得更平滑

（推荐的公差 = 1μm）

 2. 线段长度--通常根据公差设定由CAM软件自动确定。程序段长度直接影响加工效率，预读程序段越多，小线段程序的最大进给速度提高的可能性越大。因此可以实现高速加工，但同时需要使用与进给速度相匹配的主轴转速。

3. 步距--两个切削路径之间的水平距离，决定了切削后的残余高度(表面粗糙度理论值)，步距减小，表面粗糙度会变好，但会延长加工时间。

    步距决定了切削后的残余高度(表面粗糙度理论值)如果行距减小，表面粗糙度会变好。（步距推荐值：P=0.02*刀具直径）

Ø  程序分析

使用程序模拟软件对NC程序进行合理性分析，是否存在“垃圾点”。垃圾点会造成加工表面有震纹或凹坑极小线段导致加工效率低下。

    怀疑加工程序存在垃圾点时，可以使用软件对加工程序分析，进行模拟仿真加工，验证实际加工效果。

    如果程序仿真结果与实际加工效果一致，就可以判断程序路径不合理，需要修改走刀路径（45°à0°）来解决问题。

3CHECK—工艺

工艺作为直接作用于工件表面的执行方式，直接决定加工表面质量和效率。因此，检查工艺是否合适，是确保机床加工品质的一项重要内容。

工艺方面重点关注的几项为：

Ø  主轴转速（避开主轴共振点，尽可能提高转速以提高表面光洁度）

Ø  进给速度（选择适当的进给速度（F:S≈1:4），保证加工质量的前提下提高效率）

Ø  切削深度（精加工尽量减小余量(约50u左右)，提高光洁度，同时保证刀具寿命）

Ø  冷却（选择与加工材料相匹配的切削液，如铝用切削液，钢用切削油）

• 主轴转速和进给速度

通过主轴转速、进给速度、刀具齿数来计算每齿进给量，而每齿进给量必须设定为合适数值（如果每齿进给量减小，表面粗糙度会好）

4CHECK—刀具

刀具作为模具加工的介质，选择是否合适对模具加工质量存在很大影响。主要从以下几方面确认刀具：

Ø  刀具材质（见下页）

Ø  刀柄选择

（通常15000rmp以上，建议使用HSK 真空刀具系统）

Ø  刀具装夹

（低速加工，采用BT刀柄，液压夹头；高速加工，选择HSK刀柄，液压或热胀刀柄）

5CHECK—CNC

CNC侧对模具加工的影响，主要体现在系统功能和高速高精的相关参数，调试思路为：

Ø  系统功能确认（AICC I、AICC II）

Ø  高速高精参数调整（由标准参数导入）

Ø  前述步骤无法改善加工质量则需进行AICC参数微调

6CHECK—伺服

伺服方面，主要是借助Servo Guide进行机床优化，提高伺服系统刚性，减少加工误差。伺服优化主要包含：

Ø  伺服参数初始化确认（确认电机初始化无误）

Ø  电流环（确认HRV3+开启）

Ø  速度环（尽可能提高伺服增益）

Ø  滤波器（确认伺服无振动）

7总结

高速高精度机床加工问题的调试时非常复杂的，其原因就在于可能导致问题的原因非常之多，上文叙述的六个因素是影响加工质量的主要原因，但也并非全部，其他诸如外部环境等也是需要考虑的因素。

在平常的加工调试中，很多人会优先修改参数，认为这是最简单方便的做法。但事实上这种方法并不值得推荐，频繁的修改参数以应对不同的加工问题，虽然有些时候可以对当前问题有所改善，但长期而言不利于机床制造厂商的产品标准化和模块化，也不利于成熟稳定的产品生产品质管理体系的建立。所以我们通常建议客户在不断优化完善产品自身参数的同时，遇到问题更应当去深入分析造成问题的实际原因，并通过合理有效的方式解决