淺談影響數(shù)控加工質(zhì)量的因素與處理策略

吳康福

【摘 要】數(shù)控加工作為一項(xiàng)先進(jìn)的加工方法，已在諸多行業(yè)和領(lǐng)域得到推廣。然而，實(shí)際數(shù)控加工會受到諸多因素影響，進(jìn)而影響到零件加工質(zhì)量。文章通過介紹數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理，分析數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素，探討數(shù)控加工質(zhì)量影響因素的處理策略，以期為提高數(shù)控加工質(zhì)量精度提供必要參考依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工;質(zhì)量;影響因素;處理

【中圖分類號】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2019）10-0126-02

0 引言

數(shù)控加工是一項(xiàng)先進(jìn)的加工方法，近年來被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、艦船工業(yè)、航空工業(yè)等復(fù)雜零件、高精度零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控加工中，數(shù)控加工質(zhì)量受一系列因素影響，例如刀具、夾具、機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及刀具磨損等均會不同程度影響工件的加工精度。換言之，在數(shù)控加工過程中全面工藝系統(tǒng)會出現(xiàn)諸多誤差，進(jìn)而會影響刀具與工件在加工生產(chǎn)時的位置關(guān)系，進(jìn)一步影響數(shù)控加工的質(zhì)量及精度。

1 數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理

數(shù)控機(jī)床不僅可以大幅提高機(jī)床加工質(zhì)量和效率，并且配置有可編程控制的自動化系統(tǒng)及多工位刀塔，可實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜零件、高精度零件的加工生產(chǎn)，表現(xiàn)出高實(shí)用性、高自動化及高精度等特征。數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理如圖1所示。數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過程中，主要依據(jù)既定的流程對加工工件進(jìn)行處理，結(jié)合設(shè)定參數(shù)和數(shù)控要求的數(shù)控語言，對加工程序進(jìn)行編制，然后傳輸?shù)接?jì)算機(jī)數(shù)字化控制裝置，實(shí)現(xiàn)對加工程序的進(jìn)一步處理，接著向系統(tǒng)下達(dá)指令，由系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)床部件推動刀具運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)對零件的加工生產(chǎn)。

2 數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素

2.1 編程影響因素

編程是數(shù)控加工的重要前提。在數(shù)控加工過程中，數(shù)控機(jī)床運(yùn)行是依據(jù)程序員編制的程序展開的。如果編程出現(xiàn)問題，勢必會從源頭影響到數(shù)控加工質(zhì)量。在實(shí)際運(yùn)行中，數(shù)控機(jī)床要求編譯原點(diǎn)，而編譯原點(diǎn)主要通過程序員結(jié)合零件實(shí)際情況予以確定。于此期間，如果編譯原點(diǎn)選擇不合理，便會導(dǎo)致數(shù)控加工過程產(chǎn)生極大誤差，進(jìn)而對數(shù)控加工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

2.2 刀具影響因素

數(shù)控加工過程中需要運(yùn)用到刀具，而刀具同樣是通過制造而成，在刀具制造過程中往往出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)原理誤差。在實(shí)際生產(chǎn)中，即便可將該部分誤差控制在一定范圍內(nèi)，但隨著后期運(yùn)用會出現(xiàn)相應(yīng)的磨損，在磨損達(dá)到一定程度后便會嚴(yán)重影響加工零件的精度，進(jìn)而造成生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不盡如人意。

2.3 位置影響因素

在實(shí)際數(shù)控加工過程中，大部分零件均會設(shè)計(jì)出對應(yīng)的軸線、表面形位公差要求，為了滿足這些設(shè)計(jì)要求，必須在數(shù)控加工時有效應(yīng)對由于機(jī)床傳動間隙、彈性形變所產(chǎn)生的摩擦力，縮減偏差。通常情況下，該部分偏差會伴隨閉環(huán)系統(tǒng)獲取相應(yīng)修正，不會構(gòu)成過大影響。然而在一些開環(huán)數(shù)控加工系統(tǒng)中，會造成整個加工過程產(chǎn)生誤差。

2.4 幾何影響因素

在數(shù)控加工中引發(fā)的誤差可分為內(nèi)部原因和外部原因。內(nèi)部原因指數(shù)控機(jī)床自身技術(shù)所產(chǎn)生的集合誤差，如刀具誤差、刀具磨損等;外部原因則指在數(shù)控加工時零件受溫度影響所引發(fā)的形變。

2.5 機(jī)床定位影響因素

機(jī)床定位誤差是影響數(shù)控加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素，可分成在開環(huán)和閉環(huán)狀態(tài)下產(chǎn)生的一系列情況。在開環(huán)情況下，一系列影響因素會使數(shù)控機(jī)床難以精準(zhǔn)定位，進(jìn)而形成誤差;在閉環(huán)情況下，便可通過定位檢測裝置修復(fù)偏差。

3 數(shù)控加工質(zhì)量影響因素的處理策略

3.1 提高編程質(zhì)量

第一，設(shè)定合理的編程方式。編程方式涵蓋相對坐標(biāo)編程與絕對坐標(biāo)編程。其中，絕對坐標(biāo)編程是以坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn)，導(dǎo)致的誤差相對較小;相對坐標(biāo)編程在應(yīng)用中會形成累積誤差，但是編程工作更加高效。在數(shù)控加工中，為了盡可能減少累積誤差的出現(xiàn)，保障數(shù)控加工質(zhì)量，在對重點(diǎn)零件進(jìn)行編程時可以考慮使用絕對坐標(biāo)編程方式。第二，優(yōu)化零件加工過程?？茖W(xué)合理運(yùn)用不同加工循環(huán)指令，能夠在以宏程序?yàn)榛A(chǔ)的前提下對編制程序進(jìn)行優(yōu)化處理，可以在降低編程難度的同時使編程過程更加便捷，還能夠提升加工程序質(zhì)量，確保零件加工進(jìn)度。第三，合理處理編程計(jì)算尺寸。在進(jìn)行編程過程中需要對不同刀具計(jì)算尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)換算，將標(biāo)注的非對稱尺寸以移動公差帶的方式進(jìn)行換算，計(jì)算出對稱公差。將自身處于公差帶下的零件部位尺寸通過相同的公差帶進(jìn)行計(jì)算，使得零件各個細(xì)節(jié)尺寸均處于允許公差范圍內(nèi)，全面保障零件的加工精度。

3.2 合理選擇刀具

刀具是數(shù)控機(jī)床開展工件切削的重要部件，合理選擇刀具是提高數(shù)控加工質(zhì)量的有效途徑。要想通過刀具選擇來提高數(shù)控加工質(zhì)量，需要推進(jìn)刀具管理的統(tǒng)一化、規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。首先，正確選擇刀具材料。刀具材料選擇必須符合數(shù)控機(jī)床高速切削使用性能，必須具備可靠的熱穩(wěn)定性能、機(jī)械性能及抵御沖擊性能等。其次，合理選擇刀具幾何參數(shù)、切削用量及冷卻液等，縮減刀具尺寸磨損，條件允許可借助補(bǔ)償裝置對刀具尺寸磨損開展自動補(bǔ)償。最后，為了保障加工人員及數(shù)控機(jī)床的安全性，應(yīng)當(dāng)對高速切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)置嚴(yán)格要求，即必須同時滿足動平衡、靜平衡兩方面要求，面對加工大直徑、盤類零件刀具及刀具外伸較長等情況時，應(yīng)當(dāng)有效考慮動平衡問題。

3.3 合理定位及安裝刀具

工件的裝夾與定位很大程度上影響著工件的加工質(zhì)量及效率，定位的基準(zhǔn)選擇優(yōu)劣不僅影響零件加工質(zhì)量，還影響生產(chǎn)效率。首先，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置刀具刀位點(diǎn)，確保對刀點(diǎn)與刀位點(diǎn)的有效重合，在對刀點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置的過程中，既可設(shè)置于加工零件上，也可設(shè)置于夾具中，但需要始終保證其與零件定位基準(zhǔn)建立相關(guān)坐標(biāo)尺寸相聯(lián)系，以使刀點(diǎn)的設(shè)置始終位于零件的設(shè)計(jì)上，保障數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系與零件加工坐標(biāo)系之間存在緊密聯(lián)系，避免對數(shù)控機(jī)床工作造成影響，從而改善零件的質(zhì)量精度。

3.4 提高導(dǎo)軌幾何精度

機(jī)床導(dǎo)軌在數(shù)控加工中扮演著十分重要的角色，不論是刀具的運(yùn)行還是工件的運(yùn)行均有賴于機(jī)床導(dǎo)軌。為了提高數(shù)控加工質(zhì)量，必須對機(jī)床導(dǎo)軌開展嚴(yán)格校核，提高導(dǎo)軌幾何精度。倘若數(shù)控機(jī)床為一體式，可通過設(shè)置斜床式機(jī)床床身，以提高導(dǎo)軌結(jié)合精度。這是因?yàn)樾贝彩綑C(jī)床有助于精簡機(jī)床自身質(zhì)量，進(jìn)而達(dá)到提高導(dǎo)軌精度的目的。除此之外，通過精簡機(jī)床質(zhì)量，還有助于增強(qiáng)機(jī)床負(fù)載能力、抗拉強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度，并可提高機(jī)床在高負(fù)荷狀態(tài)下的運(yùn)行精度。除該項(xiàng)措施外，機(jī)床導(dǎo)軌在設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)合理選擇滾珠。即為確保數(shù)控機(jī)床在高負(fù)荷下依然實(shí)現(xiàn)高精度，通常采用具有較強(qiáng)負(fù)載能力的圓柱滾珠。

3.5 提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性

影響數(shù)控加工質(zhì)量的重中之重，關(guān)鍵在于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)。近年來，我國數(shù)控加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)長足發(fā)展，但是受機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局限影響，使得我國綜合機(jī)械制造技術(shù)水平相較于發(fā)達(dá)國家依舊存在一定差距。因而，提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性尤為關(guān)鍵。為了提高數(shù)控加工質(zhì)量，在機(jī)床設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)做好下述工作：首先，為了確保數(shù)控機(jī)床主機(jī)質(zhì)量，可采用外購方式獲取某些關(guān)鍵設(shè)備部件，進(jìn)而提高數(shù)控加工質(zhì)量。其次，在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行全面系統(tǒng)的考慮，特別關(guān)注數(shù)控機(jī)床在高負(fù)荷下可能產(chǎn)生的誤差和故障。換言之，數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮其整體負(fù)載能力，確保其各部分受力均衡，特別是處理好相關(guān)零件或機(jī)構(gòu)的連接部分受負(fù)載影響而可能引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形或斷裂情況。再次，應(yīng)當(dāng)注意工件或機(jī)床部件在加工時引發(fā)振動現(xiàn)象，這些振動往往會對數(shù)控加工質(zhì)量造成極大影響。所以，在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)考慮降低機(jī)床高度以確保其加工穩(wěn)定性。同時，為了縮減由于摩擦形成熱量對加工質(zhì)量的影響，機(jī)床設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計(jì)完善的冷卻水循環(huán)。最后，在加工工件前應(yīng)當(dāng)對其實(shí)際情況進(jìn)行有效分析，并結(jié)合精度要求合理選擇刀具，開展好編程及切削參數(shù)設(shè)置工作。這一系列因素需要進(jìn)行全面系統(tǒng)地分析，并確保工件加工時不會出現(xiàn)停頓情況，進(jìn)而促進(jìn)數(shù)控加工有序開展。

4 結(jié)語

總而言之，影響數(shù)控加工質(zhì)量的因素多種多樣，產(chǎn)生誤差也尤為復(fù)雜。因此，數(shù)控加工相關(guān)人員必須全面分析數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素，提高編程質(zhì)量，合理選擇刀具，合理定位及安裝刀具，提高導(dǎo)軌幾何精度，提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性等，積極促進(jìn)數(shù)控加工質(zhì)量精度的有效提高。

參 考 文 獻(xiàn)

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