對(duì)數(shù)控車工技術(shù)應(yīng)用的探討

張正春/牡丹江閥門總廠

對(duì)數(shù)控車工技術(shù)應(yīng)用的探討

張正春/牡丹江閥門總廠

數(shù)控車工技術(shù)是集自動(dòng)化、柔性化、敏捷化與數(shù)字化制造等于一體的現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)與基礎(chǔ)技術(shù)，它可以高效化、優(yōu)質(zhì)化地加工產(chǎn)品零件，尤其是形狀復(fù)雜的零件。文章公就數(shù)控車工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及具體技術(shù)進(jìn)行分析。

數(shù)控車工；數(shù)控編程；數(shù)控車床

一、數(shù)控車工技術(shù)簡(jiǎn)介及其特點(diǎn)分析

（一）數(shù)控車工技術(shù)簡(jiǎn)介

1.數(shù)控車工技術(shù)的概述。數(shù)控車工技術(shù)通過利用數(shù)字化控制系統(tǒng)在數(shù)控車床上完成零件的整體加工。利用數(shù)控車工技術(shù)可以有效、快速地完成大量加工難度較大的曲面零件，并大大增加了零件加工的準(zhǔn)確性及精確度。其中，數(shù)控車工技術(shù)主要包括數(shù)控機(jī)床加工工藝與數(shù)控編程技術(shù)兩部分。

2.數(shù)控車工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)：

（1）自適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控車床加工過程中的自適應(yīng)控制技術(shù)主要由數(shù)控裝備自動(dòng)化監(jiān)測(cè)對(duì)設(shè)備本身有影響的信息，自動(dòng)性、連續(xù)性地調(diào)整系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，以便改善數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）專家技術(shù)。專家技術(shù)主要是將專家的經(jīng)驗(yàn)與機(jī)床切削加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律輸入系統(tǒng)，并結(jié)合相關(guān)加工工藝的參數(shù)數(shù)據(jù)庫信息，建立智能化的專家系統(tǒng)，為數(shù)控系統(tǒng)提供優(yōu)化的切削參數(shù)。專家技術(shù)可以有效地提高數(shù)控設(shè)備的編程效率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備的時(shí)間。

（3）故障自診斷技術(shù)。故障自診斷技術(shù)為數(shù)控機(jī)械設(shè)備提供了維護(hù)決策信息集成系統(tǒng)及智能診斷系統(tǒng)，包括二次監(jiān)測(cè)功能、故障診斷功能、安全保障等功能。

（二）數(shù)控車工技術(shù)的特點(diǎn)

1.數(shù)控車工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）效率高。數(shù)控車工技術(shù)以數(shù)字化的控制手段，可以加快零件的互換速度，以計(jì)算機(jī)控制，對(duì)復(fù)雜的曲面零件進(jìn)行快速加工。

（2）勞動(dòng)強(qiáng)度低。數(shù)控車工技術(shù)的零件加工過程由全數(shù)控自動(dòng)系統(tǒng)完成，其自動(dòng)控制化水平較高，數(shù)控機(jī)床操作人員僅需密切監(jiān)視數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）適應(yīng)能力高。數(shù)控車工技術(shù)主要以數(shù)控加工系統(tǒng)為操作系統(tǒng)，可以通過調(diào)整系統(tǒng)的部分參數(shù)，及時(shí)修改或改善數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)作情況，大大提高其適應(yīng)能力，擴(kuò)大其加工范圍，提升其加工能力。

（4）準(zhǔn)確度高。數(shù)控系統(tǒng)通過優(yōu)化傳動(dòng)裝置，可以有效地減少加工過程中出現(xiàn)人為誤差的概率，大大提高數(shù)控設(shè)備的加工效率。

2.數(shù)控車工技術(shù)的缺點(diǎn)。雖然數(shù)控車工技術(shù)可以有效地提高生產(chǎn)、加工的效率及準(zhǔn)確度，但其投資價(jià)格較高，而且對(duì)于加工部分形狀較為復(fù)雜的零件時(shí)，其手工編程工作量較大，對(duì)數(shù)控設(shè)備的操作人員及維修人員專業(yè)化技術(shù)水平要求較高。

二、數(shù)控車工工藝與編程

（一）數(shù)控車工工藝與工裝

1.切削用量的選擇。由于數(shù)控車工工藝中的金屬切削加工環(huán)節(jié)效率較高，其被加工材料、切削工具、切削條件是主要要素，它們與數(shù)控車床的加工時(shí)間、刀具壽命及加工治療水平息息相關(guān)。其中，切削條件的三大要素為：切削速度、進(jìn)給量、切身直接引起刀具的損傷。刀尖溫度將會(huì)隨著切削速度的提高而上升，并產(chǎn)生一定量的機(jī)械性、化學(xué)性、熱能性的磨損。當(dāng)切削速度提高20%時(shí)，刀具的使用壽命將會(huì)減少一半。

2.刀具的選擇。數(shù)控車工工藝中的刀具選擇較為重要，由于刀具的壽命與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、加工熱量、切削噪聲等相關(guān)。因此，在進(jìn)行具體加工條件確定之前，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行判斷，例如，不銹鋼與耐熱合金等較難加工的材料，應(yīng)當(dāng)選擇冷卻劑或剛性較好的刀刃。

（1）粗車時(shí)，由于粗車時(shí)大背的吃刀量及進(jìn)給量較大，應(yīng)當(dāng)選擇耐用度與強(qiáng)度較高的刀具；（2）精車時(shí)，由于精車的加工精度要求較高，應(yīng)當(dāng)選擇精度高、耐用度較好的刀具；（3）另外，應(yīng)當(dāng)盡量采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。

3.夾具的選擇：（1）盡可能選擇通用夾具裝夾工件，少選用專用夾具；（2）零件定位基準(zhǔn)重合，盡量避免出現(xiàn)定位誤差。

（二）加工路線

1.確定加工路線。加工路線主要是指數(shù)控機(jī)床在加工過程中，刀具相對(duì)零件的運(yùn)動(dòng)軌跡與方向。在選擇加工路線時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量縮短加工路線，減少刀具的空行程時(shí)間，確保其加工精度與表面的粗糙度符合要求。

2.加工路線與加工余量。由于數(shù)控車工技術(shù)對(duì)于數(shù)控車床的要求較高，在數(shù)控車床未達(dá)到普及使用的情況下，應(yīng)當(dāng)將毛坯上多余的余量，尤其是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。在使用數(shù)控車工工藝技術(shù)時(shí)，必須注意數(shù)控車床程序安排的靈活性。

三、數(shù)控技術(shù)的具體--數(shù)控機(jī)床

（一）數(shù)控機(jī)床概述

數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段、六個(gè)時(shí)代的發(fā)展：電子管、晶體管、集成電路、小型計(jì)算機(jī)、微處理器及基于PC機(jī)的通用CNC系統(tǒng)。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床的類型，從最初的單一式銑床類數(shù)控機(jī)床，發(fā)展成為當(dāng)前的金屬切削類、特種加工類及特殊用途類數(shù)控機(jī)床。數(shù)控機(jī)床結(jié)合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制、精密測(cè)量、機(jī)床制造及其配套技術(shù)的最新成果，它可以有效地解決當(dāng)前產(chǎn)品的多樣化及復(fù)雜化、產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期短、精度要求高的難題。

2.數(shù)控機(jī)床的精度選擇

數(shù)控機(jī)床根據(jù)用途可以分為簡(jiǎn)易型、超精密型、全功能型等等，各類數(shù)控機(jī)床的精度大小也是各不相同的。簡(jiǎn)易型數(shù)控機(jī)床主要用于部分車床與銑床，其最小運(yùn)動(dòng)分辨率為0.01mm，運(yùn)動(dòng)精度與加工精度都在0.03～0.05mm以上。而超精密型按其精度大小可以分為普通型與精密型。

3.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)。

（1）程序介質(zhì)。程序介質(zhì)主要以指令的形式記載各項(xiàng)加工信息，包括零件的加工工藝過程、工藝參數(shù)與刀具運(yùn)動(dòng)等，并將相關(guān)信息輸入到數(shù)控裝置內(nèi)，由數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行切削加工控制。

（2）數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)為數(shù)控機(jī)床的核心系統(tǒng)，它通過接受輸入的加工信息，并由數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件與邏輯電路進(jìn)行譯碼、運(yùn)算及邏輯處理，向伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的脈沖，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件按加工程序指令運(yùn)動(dòng)。

（3）伺服驅(qū)動(dòng)。伺服驅(qū)動(dòng)由伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)裝置組成，由數(shù)控裝置發(fā)出速度與位移指令控制執(zhí)行部件按進(jìn)給速度與進(jìn)給方向位移。

（4）機(jī)床主體。數(shù)控機(jī)床的動(dòng)系統(tǒng)主要采用滾珠絲杠，其機(jī)床主體不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且剛性好。

四、數(shù)控車工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，我國及世界各國制造業(yè)廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，在提高制造能力與水平的同時(shí)，提升了本國適應(yīng)市場(chǎng)變動(dòng)的能力及競(jìng)爭(zhēng)力。通過大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，可以有效地提高先進(jìn)制造技術(shù)水平，并加速經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。數(shù)控車工技術(shù)將往高速、高精、高效化及柔性化方向發(fā)展，并通過減少工序、輔助時(shí)間進(jìn)行復(fù)合加工，向多軸、多系列控制化方向發(fā)展。

[1]胡占齊，楊莉。機(jī)床數(shù)控技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]王潤孝，秦現(xiàn)生。機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000.