高精度、高效率數(shù)控加工技術(shù)的研究

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，為滿足機(jī)械生產(chǎn)加工的高性能和高可靠性等多方面的需求，材料加工與制造已經(jīng)向著大型化、復(fù)雜化以及材料多元化的方向發(fā)展。在這種情況下，高精度、高效率的數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為了數(shù)控技術(shù)的主要發(fā)展方向。尤其是在航空、航天等科技含量較高的行業(yè)中，高精度、高效率的數(shù)控加工技術(shù)的研究已經(jīng)成為了這些行業(yè)學(xué)者研究的重點(diǎn)?；谶@種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)高精度、高效率的數(shù)控加工技術(shù)進(jìn)行了研究，從而為關(guān)注這一話題的人們提供一些參考。

關(guān)鍵詞：高精度；高效率；數(shù)控加工技術(shù)

0 引言

數(shù)控加工技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在各行各業(yè)的加工制造中，對(duì)于航空、汽車、和醫(yī)療等多種行業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的影響。由于效率和質(zhì)量是制造技術(shù)的研究重點(diǎn)，所以，高精度、高效率的數(shù)控加工技術(shù)也成為了數(shù)控加工行業(yè)發(fā)展的方向。目前，在精度方面，超精密數(shù)控機(jī)場(chǎng)的精度可達(dá)約0.05um。在效率方面，一些數(shù)控加工機(jī)場(chǎng)的空運(yùn)行速度已達(dá)100m/min左右。然而，由于數(shù)控加工技術(shù)需求的不同，目前已衍生出了各式各樣的數(shù)控加工技術(shù)。因此，本文就實(shí)現(xiàn)高精度和高效率的數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

1 高精度數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1 數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)

數(shù)控加工機(jī)床產(chǎn)生誤差的階段有兩個(gè)，一是在機(jī)床的設(shè)計(jì)制造階段，二是在機(jī)床的加工運(yùn)行階段。在設(shè)計(jì)和制造階段，只能采用誤差預(yù)防的技術(shù)進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償。然而受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的影響，該階段的誤差產(chǎn)生幾乎難以避免。所以，人們主要采用誤差補(bǔ)償技術(shù)來進(jìn)行數(shù)控加工機(jī)床的誤差補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的高精度運(yùn)行。誤差補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用，是在不改變?cè)O(shè)備制造精度的情況下，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行的誤差補(bǔ)償?shù)?。采用該種方法進(jìn)行誤差的補(bǔ)償，既可以使設(shè)備實(shí)現(xiàn)較高的精度，又可以降低誤差修正的成本。因此，就現(xiàn)階段來看，誤差補(bǔ)償技術(shù)是被廣泛應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工高精度運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)[1]。

1.2 誤差補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

誤差補(bǔ)償技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要通過對(duì)設(shè)備加工過程中的誤差來源進(jìn)行分析，并且要做好誤差量的監(jiān)測(cè)，從而進(jìn)行誤差的補(bǔ)償。一方面，影響設(shè)備加工精度的誤差源有很多，技術(shù)人員必須全面的進(jìn)行誤差源的分析。比如機(jī)床的機(jī)構(gòu)幾何誤差、熱誤差等引起的刀具與工件之間的位置偏差。另外，刀具磨損變形、夾具變形和系統(tǒng)檢測(cè)誤差等多種形式的誤差，都會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。另一方面，誤差量的測(cè)量是誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。為了保證設(shè)備的高精度運(yùn)行，必須對(duì)所有誤差因素在各種情況下的誤差量進(jìn)行測(cè)量。就目前而言，誤差的測(cè)量主要依靠于誤差測(cè)量?jī)x器，該儀器不僅能實(shí)現(xiàn)單個(gè)誤差因素的測(cè)量，還能實(shí)現(xiàn)綜合誤差因素的測(cè)量。相比較而言，單項(xiàng)誤差測(cè)量較為容易實(shí)現(xiàn)，而綜合誤差因素的測(cè)量則較為困難。就目前而言，出于技術(shù)條件限制，機(jī)床各項(xiàng)誤差指標(biāo)的測(cè)量比較困難，但是機(jī)床位置精度和重復(fù)位置的精度監(jiān)測(cè)比較容易實(shí)現(xiàn)。最后，誤差補(bǔ)償是提高設(shè)備精度的主要途徑?，F(xiàn)階段，實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償?shù)耐緩接袃煞N，一種是直接提高機(jī)床的裝配精度，二是利用編程技術(shù)提高設(shè)備運(yùn)行的精度。相比較來看，第一種方法的成本較高，且容易受到精度等級(jí)的制約。而第二種技術(shù)較為容易實(shí)現(xiàn)，且成本較低。所以，軟件補(bǔ)償技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工誤差補(bǔ)償技術(shù)的主要途徑[2]。

2 高效數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)研究

就現(xiàn)階段而言，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)和CAM技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效率數(shù)控加工的關(guān)鍵性技術(shù)。但是相較而言，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)受價(jià)格和結(jié)構(gòu)復(fù)雜等多種因素的影響，沒有得到類似CAM技術(shù)一樣的廣泛應(yīng)用。

2.1 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)

應(yīng)用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)的設(shè)備需要至少五個(gè)坐標(biāo)軸，并且需要在計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行材料的加工。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)之所以具有高效性的特點(diǎn)，是因?yàn)樗哂幸韵聨追N優(yōu)勢(shì)。首先，一般的數(shù)控加工技術(shù)很難一次性完成的某一復(fù)雜材料的加工，都可以利用該技術(shù)一次性完成。在這種情況下，材料加工的效率得到了極大的提升。其次，該技術(shù)的使用可以有效提升曲面加工的效率。采用一般的數(shù)控加工技術(shù)時(shí)，由于設(shè)備的刀具在加工過程中不能再次調(diào)整，很難實(shí)現(xiàn)效率較高的曲面切削。在切削效果難以保證的情況下，只能人工進(jìn)行曲面的修補(bǔ)，從而導(dǎo)致曲面加工效果較低。而采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)，可以隨時(shí)進(jìn)行刀具的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)曲面的高效切削。再者，該技術(shù)可以一次性完成工件的夾裝。傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行工件加工時(shí)，需要采用多臺(tái)設(shè)備，并經(jīng)過多次定位安裝才能完成該工件的加工。但是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工件一次性加工，從而使設(shè)備的加工效率得以大大的提升。

2.2 CAM技術(shù)

CAM技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的簡(jiǎn)稱，其基本理念是在計(jì)算機(jī)的輔助下，進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。早于上世紀(jì)60年代，該技術(shù)就已經(jīng)產(chǎn)生。直到現(xiàn)在，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于電子和機(jī)械行業(yè)的制造生產(chǎn)領(lǐng)域，并大大提高了制造行業(yè)的生產(chǎn)效率。CAM技術(shù)在數(shù)控加工中的應(yīng)用，使得數(shù)控加工技術(shù)向著高自動(dòng)化的方向發(fā)展著，從而使數(shù)控加工的效率得以進(jìn)一步的提高。使用該技術(shù)進(jìn)行數(shù)控加工，可以使設(shè)備的軟硬件得以更好的結(jié)合。因?yàn)?，采用該技術(shù)進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，可以將夾具和刀具等多種因素考慮進(jìn)去，并且可以完成數(shù)控加工過程的模擬和仿真。而技術(shù)人員則可以根據(jù)仿真的效果，來進(jìn)行加工坐標(biāo)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的高效加工。

3 結(jié)論

數(shù)控加工技術(shù)的高精度和高效率加工效果的實(shí)現(xiàn)，還需要經(jīng)過人們不斷的開發(fā)和研究。目前，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生誤差的因素仍然有很多，只有找出導(dǎo)致誤差存在的因素，并對(duì)該因素進(jìn)行有效的補(bǔ)償，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的高精度加工效果。而受到數(shù)控編程復(fù)雜性和刀具運(yùn)行路徑選擇的影響，數(shù)控加工技術(shù)的效率被限制在一定的范圍內(nèi)。也只有對(duì)這些工藝參數(shù)進(jìn)行更加深入的研究，才能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工設(shè)備的高效率運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭健鈞.基于特征的復(fù)雜工件數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院研究生院，2012.

[2]朱志坤.航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件高效數(shù)控加工工藝研究[D].南昌航空大學(xué)，2013.

作者簡(jiǎn)介：閻競(jìng)實(shí)（1959—），男，吉林長(zhǎng)春人，副教授，高級(jí)工程師，研究方向：數(shù)控技術(shù)應(yīng)用及教學(xué)。