試論數(shù)控機(jī)床切削能力對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量的影響

黃偉

【摘? 要】數(shù)控加工是機(jī)械制造業(yè)中的先進(jìn)加工技術(shù)，在企業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控機(jī)床的使用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。有效利用先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)，既能確保零件的加工質(zhì)量，還能提高加工效率。論文通過(guò)概述機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念和具體分類，重點(diǎn)分析提高數(shù)控機(jī)床切削能力對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量的影響和具體控制措施。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床切削能力;機(jī)械加工;加工精度;表面質(zhì)量;振動(dòng)控制

【Abstract】CNC machining is an advanced machining technology in the mechanical manufacturing industry. In enterprise production process， the use of CNC machine tools has become more and more extensive. The effective use of advanced CNC machining technology can not only ensure the processing quality of parts， but also can improve the processing efficiency. In this paper， the basic concept and specific classification of machining quality are summarized， and the influence of improving the cutting ability of CNC machine tools on machining quality and the concrete control measures are analyzed.

【Keywords】cutting ability of CNC machine tool; machining; machining precision; surface quality; vibration control

1 引言

零件的加工質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量，而隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種技術(shù)的廣泛運(yùn)用使零件加工質(zhì)量不斷提高，生產(chǎn)效率大大提升。與此同時(shí)，機(jī)械加工質(zhì)量的不斷提高，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工穩(wěn)定性的要求也越來(lái)越高[1]，必須采取合理的控制措施來(lái)提升數(shù)控機(jī)床切削能力，確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量，從而提高產(chǎn)品的工作性能，延長(zhǎng)其使用壽命。

2 機(jī)械加工質(zhì)量的基本概念及分類

零件的機(jī)械加工質(zhì)量是由加工精度和表面質(zhì)量?jī)煞矫娼M成的。機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和相互位置）與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的理想幾何參數(shù)的符合程度，包括尺寸精度、形狀精度和位置精度[2]，三者之間，既有密切聯(lián)系，也有顯著區(qū)別，通常來(lái)說(shuō)形狀精度需要限制于位置精度之內(nèi)，位置精度則需要限制于尺寸精度之中。表面質(zhì)量主要包括表面幾何形狀精度和表面物理力學(xué)性能。加工誤差則是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)與理想幾何參數(shù)的偏離程度。加工精度可以通過(guò)誤差來(lái)衡量，誤差越小，則精度越高;反之，誤差越大，精度越低[3]。

3 提高數(shù)控機(jī)床切削能力對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量的影響

3.1 提高機(jī)械加工精度

機(jī)械加工精度往往直接反映出產(chǎn)品加工質(zhì)量，從而最終影響產(chǎn)品的整體性能。當(dāng)前較為常見(jiàn)的數(shù)控機(jī)床，不管是FANUC系統(tǒng)，還是SIEMENS系統(tǒng)，都是通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)高速精準(zhǔn)的切削加工，從而提高機(jī)械加工精度。例如，鉆井泵曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的連桿，對(duì)大、小孔的加工精度要求高，尺寸和形狀精度要保證與軸承的過(guò)盈裝配;位置精度要保證大、小孔的軸線平行，才能保證安裝運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中連桿受力均勻。在利用普通鏜床加工連桿時(shí)，找正誤差、工裝夾具誤差以及刀具轉(zhuǎn)速等因素直接影響連桿的加工精度。而利用龍門式數(shù)控加工中心進(jìn)行加工，機(jī)床自身精度高，刀具轉(zhuǎn)速高，切削能力強(qiáng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和進(jìn)給，可以更好地控制連桿的各項(xiàng)精度都在設(shè)計(jì)要求的數(shù)值范圍之內(nèi)，從而保證裝配要求。

3.2 提高機(jī)械加工表面質(zhì)量

隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床的種類越來(lái)越多，如數(shù)控車床、數(shù)控齒輪加工機(jī)床以及各類型的加工中心等。數(shù)控機(jī)床的高速切削能力，可使零件獲得較高的表面質(zhì)量，表面波度小，粗糙度值低。例如，鉆井泵動(dòng)力系統(tǒng)中的齒輪副，在利用普通機(jī)床進(jìn)行常規(guī)滾齒或者插齒加工時(shí)，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速慢，切削能力低，故加工至成品前無(wú)法通過(guò)表面處理工藝提高齒面硬度，加工后的齒面光潔度較低，嚙合效果不理想，也增大了點(diǎn)蝕幾率。在此情況下，可利用數(shù)控銑齒機(jī)的高速切削能力，選擇合適的球頭銑刀，對(duì)硬化后的齒面進(jìn)行精加工，利用計(jì)算機(jī)編程控制進(jìn)給參數(shù)，精準(zhǔn)銑削，在保證尺寸合格的同時(shí)又提高了齒面光潔度和齒面硬度。

4 提高數(shù)控機(jī)床切削能力的基本措施

在數(shù)控技術(shù)被廣泛運(yùn)用的前提下，機(jī)械加工質(zhì)量的提高，主要依靠數(shù)控機(jī)床切削能力的不斷提高來(lái)實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)日趨成熟，加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械性的控制是提高數(shù)控機(jī)床切削能力的有效途徑。

4.1 注重振動(dòng)控制

當(dāng)前來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床技術(shù)是支撐制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)[4]。在機(jī)械加工過(guò)程中，振動(dòng)是加工誤差產(chǎn)生的原因之一。因此，要提高數(shù)控機(jī)床切削能力，需要進(jìn)行合理的振動(dòng)控制，通過(guò)調(diào)整手段盡量抑制振動(dòng)的產(chǎn)生，對(duì)于機(jī)械加工質(zhì)量有著較為直接的影響[5]。第一，機(jī)床安裝振動(dòng)控制，包括機(jī)床零部件之間的振動(dòng)控制，還有機(jī)床與地面、廠房之間的振動(dòng)控制。數(shù)控機(jī)床多種部件在實(shí)際安裝過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)機(jī)床各個(gè)部件實(shí)際產(chǎn)生的振動(dòng)和振動(dòng)幅度加以計(jì)算并預(yù)測(cè)，借助于具體的技術(shù)手段將機(jī)床安裝振動(dòng)降至盡量小的范圍之內(nèi)，使數(shù)控機(jī)床的安裝誤差最小化。第二，機(jī)床工作振動(dòng)控制，包括機(jī)床振動(dòng)頻度設(shè)計(jì)、數(shù)控軟件振動(dòng)性預(yù)測(cè)等。數(shù)控機(jī)床在具體應(yīng)用過(guò)程中體現(xiàn)出較為明顯的特點(diǎn)，就是借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)和其他專業(yè)技術(shù)進(jìn)行有效的建模，可以分析出數(shù)控機(jī)床具體的運(yùn)行過(guò)程，實(shí)現(xiàn)合理化的高精度控制。第三，在實(shí)際使用中的其他輔助性振動(dòng)控制，如導(dǎo)軌等零部件的間隙加大導(dǎo)致的振動(dòng)，機(jī)床工作中受自身以外的外力造成的壓迫性振動(dòng)等，這些振動(dòng)可通過(guò)適時(shí)調(diào)整機(jī)床零部件間隙、加強(qiáng)機(jī)床的功能檢查和隱患排查等方式加以控制，讓數(shù)控機(jī)床始終處于良好的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

4.2 合理的速度控制

高速化工作是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的顯著特點(diǎn)，大大提高了機(jī)械加工的生產(chǎn)效率。而合理的速度控制對(duì)提高數(shù)控機(jī)床切削能力是極為重要的措施。對(duì)于不同的數(shù)控機(jī)床，速度控制的重點(diǎn)不盡相同。第一，數(shù)控加工中心重點(diǎn)需要控制主軸轉(zhuǎn)速，控制主軸轉(zhuǎn)速就是控制刀具的轉(zhuǎn)速，不同的刀具轉(zhuǎn)速在很大程度上影響零件加工質(zhì)量，如表面粗糙度和尺寸精度等，必須根據(jù)零件材料及硬度、刀具參數(shù)等實(shí)際加工工況，選擇合理的主軸轉(zhuǎn)速，從而提高零件加工質(zhì)量。第二，對(duì)于數(shù)控車床等工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)類數(shù)控設(shè)備來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)需要控制的是工作臺(tái)卡盤的轉(zhuǎn)速，選擇合理的卡盤轉(zhuǎn)速，可以降低工件和機(jī)床在切削過(guò)程中的振動(dòng)，減少變形，使刀具的切削效果更理想，從而提高零件的加工精度。第三，進(jìn)給速度的控制。在實(shí)際切削過(guò)程中，合理的進(jìn)給量和走刀速度往往能得到更好的加工質(zhì)量，尤其在精細(xì)加工中，為了得到良好的表面粗糙度和尺寸精度，必須根據(jù)實(shí)際工況選擇適合的進(jìn)給速度。由此可見(jiàn)，在機(jī)械加工過(guò)程中，借助于現(xiàn)代化的技術(shù)手段，采取相關(guān)措施對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行科學(xué)合理的速度控制，保證機(jī)床速度始終處于最理想的范圍，既是確保產(chǎn)品加工質(zhì)量的有效途徑，還可以讓機(jī)械加工生產(chǎn)效率穩(wěn)步提升，這也是機(jī)械制造行業(yè)積極運(yùn)用數(shù)控機(jī)床高速化生產(chǎn)的主要目標(biāo)。

4.3 嚴(yán)格落實(shí)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)和管理工作

數(shù)控機(jī)床的維護(hù)保養(yǎng)工作意義重大，會(huì)直接影響到數(shù)控機(jī)床的精度和使用壽命，從而最終影響機(jī)械加工質(zhì)量，因此必須要采取嚴(yán)格的措施來(lái)落實(shí)數(shù)控機(jī)床的的維護(hù)保養(yǎng)工作。除了嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)械加工行業(yè)慣有的“日清潔、周維護(hù)、月保養(yǎng)”的設(shè)備保養(yǎng)制度外，要特別加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的維護(hù)管理工作。例如，數(shù)控機(jī)床相對(duì)普通機(jī)床來(lái)說(shuō)，需要更為理想的潤(rùn)滑養(yǎng)護(hù)。在數(shù)控機(jī)床的顯著位置，都有機(jī)床用油的詳細(xì)銘牌，明確標(biāo)注齒輪箱、增壓缸、絲杠導(dǎo)軌以及平衡系統(tǒng)等機(jī)床零部件的用油牌號(hào)以及加油量，因此，在日常維護(hù)保養(yǎng)中，要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的詳細(xì)說(shuō)明，選擇標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的高品質(zhì)潤(rùn)滑油。同時(shí)，如需要專業(yè)人員清洗加油時(shí)，要及時(shí)聯(lián)系設(shè)備制造商進(jìn)行專業(yè)的保養(yǎng)工作。通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行嚴(yán)格的維護(hù)保養(yǎng)管理，才能保持?jǐn)?shù)控機(jī)床的正常性能和精度，并最終確保零件的機(jī)械加工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床的切削能力可以對(duì)機(jī)械加工的整體質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，同時(shí)關(guān)系到企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的切削能力應(yīng)給予高度關(guān)注。通過(guò)本文的概述，明確了提高數(shù)控機(jī)床切削能力的具體措施，除了對(duì)機(jī)械加工的振動(dòng)和速度進(jìn)行有效控制外，還需要貫徹落實(shí)日常的維護(hù)保養(yǎng)工作，發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床實(shí)際加工過(guò)程中存在的問(wèn)題，采取有效的措施予以改進(jìn)，確保數(shù)控機(jī)床的切削能力穩(wěn)步提升，為機(jī)械加工質(zhì)量保駕護(hù)航。

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