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

稅妍 楊德存 文小山 王慶國

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;質(zhì)量

一、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)量兩方面組成的。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，三者之間，既有密切聯(lián)系，也有顯著區(qū)別，通常來說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。加工精度可以通過誤差來衡量，誤差越小，則精度越高;反之，誤差越大，精度越低。

二、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

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)前較為常見的數(shù)控機(jī)床，不管是FANUC系統(tǒng)，還是SIEMENS系統(tǒng)，都是通過計(jì)算機(jī)編程來實(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。

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，故加工至成品前無法通過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。

三、提高數(shù)控機(jī)床切削能力的基本措施

1.提高數(shù)控機(jī)床切削控制能力

（1）振動(dòng)控制

數(shù)控機(jī)床在實(shí)際運(yùn)用中會(huì)產(chǎn)生一定程度的機(jī)械振動(dòng)，而在加工時(shí)發(fā)生較大影響的振動(dòng)，容易導(dǎo)致機(jī)械加工發(fā)生誤差的情況。所以，數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工作業(yè)的同時(shí)，技術(shù)人員必須根據(jù)機(jī)床運(yùn)作原理，控制好機(jī)器振動(dòng)帶來的負(fù)面影響，從而確保機(jī)械加工精確無誤。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在機(jī)械設(shè)備工作之前對(duì)每一工件可能產(chǎn)生振動(dòng)頻率和強(qiáng)度作出預(yù)估，并采取一定措施提前做好預(yù)防控制，將機(jī)床振動(dòng)范圍控制在一定標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。

（2）速度控制

數(shù)控機(jī)床的投入與應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)工業(yè)化模式，提升了生產(chǎn)效率，助推了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為了有效提高機(jī)械加工精度，需要控制好數(shù)控機(jī)床切削速度，過于單一的方式提高速度，易導(dǎo)致機(jī)控機(jī)訂超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成產(chǎn)品質(zhì)量難于達(dá)標(biāo)。

2.注重振動(dòng)控制

當(dāng)前來說，數(shù)控機(jī)床技術(shù)是支撐制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在機(jī)械加工過程中，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。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，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)測等。數(shù)控機(jī)床在具體應(yīng)用過程中體現(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)。

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)床來說，需要更為理想的潤滑養(yǎng)護(hù)。在日常維護(hù)保養(yǎng)中，必須要根據(jù)數(shù)控機(jī)床的詳細(xì)說明，選擇標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的高品質(zhì)潤滑油。通過對(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。

4.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)備來說，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。

結(jié)束語

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)際加工過程中存在的問題，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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