數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用研究

謝學(xué)浩

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.002

摘 要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)人民的生活水平有了很大提高。與此同時(shí)，各種新興產(chǎn)業(yè)也如同雨后春筍般蓬勃發(fā)展起來(lái)，其中集機(jī)械、電力、溶液、氣、光于一體的數(shù)控機(jī)床現(xiàn)代化技術(shù)就是這些新興產(chǎn)業(yè)中的重要一員。數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，為其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了便利條件，在發(fā)展自身的同時(shí)，也為其他產(chǎn)業(yè)展開(kāi)了一扇嶄新的大門(mén)，促進(jìn)了我國(guó)綜合國(guó)力的提升。隨著數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)逐漸走進(jìn)人們的生活，人們對(duì)它的理解和認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，隨之人們對(duì)其工藝水平的發(fā)展越來(lái)越重視，對(duì)其工藝水平要求越來(lái)越高。該文首先對(duì)數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容進(jìn)行了闡述，然后分析了引起數(shù)控加工誤差的各種原因，接下來(lái)提出了幾種有效的減小數(shù)控加工誤差的技術(shù)，最后介紹了數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用，希望人們能夠?qū)?shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)有更深入的理解。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 質(zhì)量控制 技術(shù) 應(yīng)用 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（a）-0002-03

數(shù)控加工技術(shù)在新興產(chǎn)業(yè)中占據(jù)非常重要的地位，它不僅是一種先進(jìn)的加工技術(shù)，還是一種高效率、高精度的加工技術(shù)，為小型精密零件的加工帶來(lái)很大便利，當(dāng)然，其在大型零件加工中也具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益不可估量。隨著數(shù)控機(jī)床作用的發(fā)揮，這種高科技產(chǎn)物已經(jīng)被越來(lái)越多的人所認(rèn)可，受到越來(lái)越多的人關(guān)注。雖然數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)非常多，但是隨著其加工零件越來(lái)越精密，其局限性也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。因此，非常有必要研究數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)，以進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展。

1 數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容

1.1 數(shù)控加工的概念

數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法。從整體來(lái)看，數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工在工藝流程上差別并不大。但從細(xì)節(jié)來(lái)看就會(huì)發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)機(jī)床加工相比，數(shù)控機(jī)床加工在工藝流程上發(fā)生了明顯變化。數(shù)控機(jī)床加工是由數(shù)字信號(hào)控制零件和刀具相對(duì)位移的一種機(jī)械加工工藝。相對(duì)來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床加工更適合小批量、形狀復(fù)雜、品種多樣、精度要求高的高效自動(dòng)化零件加工。

1.2 數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容

數(shù)控加工精度指的是零件成品相對(duì)于理想模型在各種參數(shù)上的精確度，是衡量數(shù)控加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。數(shù)控加工精度是一個(gè)綜合概念，它包含四大方面的內(nèi)容。

1.2.1 尺寸精度

與零件模型相比，零件實(shí)際尺寸的精確程度。

1.2.2 形狀精度

與理想要素相比，零件的被測(cè)要素的精確程度。

1.2.3 位置精度

相對(duì)于圖樣標(biāo)注的位置誤差，零件實(shí)際位置誤差的精確程度。

1.2.4 表面粗糙度

就算加工工藝再好，加工出來(lái)的零件表面也不可能是完全平整的，總有一些由微觀幾何圖形造成的粗糙。

1.3 對(duì)數(shù)控加工的認(rèn)識(shí)

數(shù)控加工過(guò)程中，影響數(shù)控加工精度的因素非常多，比如溫度、濕度等。因此，在數(shù)控加工中，就算采用同一種加工方法，其精度也存在很大差異。不管采用何種加工工藝，只要操作細(xì)心，切削參數(shù)選用正確，再加上精心調(diào)整，其最后的零件質(zhì)量都會(huì)很好。但是人們都知道，誤差和成本之間是成反比的，低誤差必然伴隨著高成本。一味地提高數(shù)控加工精度，不僅會(huì)大大降低生產(chǎn)效率，還會(huì)增加成本投資。因此，一種數(shù)控加工工藝的加工經(jīng)濟(jì)精度不是一個(gè)確定的值，而是一個(gè)范圍。只要這種加工工藝的精度在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以認(rèn)為它是經(jīng)濟(jì)的。

2 數(shù)控加工造成誤差的主要原因

2.1 機(jī)床系統(tǒng)誤差

機(jī)床系統(tǒng)本身不是完美的，其在制造、安裝、調(diào)試過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，并且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，機(jī)床也會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，這都會(huì)直接影響數(shù)控加工的精度。具體來(lái)說(shuō)，分為三大部分。

2.1.1 主軸的回轉(zhuǎn)誤差

刀具和零件都是以主軸為基準(zhǔn)安裝的，因此，主軸的誤差對(duì)零件的加工精度影響非常大。主軸的回轉(zhuǎn)誤差有3種主要形式：徑向園跳動(dòng)、軸向園跳動(dòng)和傾角擺動(dòng)。

2.1.2 導(dǎo)軌的直線誤差

零件加工的很多環(huán)節(jié)都會(huì)用到導(dǎo)軌，它負(fù)責(zé)很多傳動(dòng)工作，因此，導(dǎo)軌的誤差會(huì)對(duì)加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)產(chǎn)生很大沖擊。機(jī)床導(dǎo)軌的誤差主要有兩種形式：導(dǎo)軌的直線誤差和導(dǎo)軌的平行誤差。

2.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)誤差

傳動(dòng)鏈中包含很多元件，元件本身存在誤差，元件的裝配、傳動(dòng)鏈的使用也會(huì)產(chǎn)生誤差。局部的誤差綜合起來(lái)，會(huì)積累成整個(gè)傳動(dòng)鏈的誤差。

2.2 刀具參數(shù)誤差

刀具類(lèi)型不同，刀具參數(shù)對(duì)加工誤差的影響也存在很大差異。定尺寸刀具對(duì)加工的尺寸精度影響較大，成形刀具對(duì)形狀精度影響較大，常見(jiàn)的定尺寸刀具和成形刀具有：拉刀、鉸刀、鉆頭、成形砂輪等等。如果采用展成刀具加工零件，刀具切削刃的幾何形狀誤差、尺寸誤差將會(huì)直接對(duì)工件的形狀、尺寸造成誤差，常見(jiàn)的展成刀具有：花鍵滾刀、插齒刀等等。而人們常見(jiàn)的刀具，比如銑刀、車(chē)刀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作也簡(jiǎn)單，對(duì)工件造成的誤差就可以忽略不計(jì)了。

2.3 工件定位誤差

若加工中的工件存在夾具定位不準(zhǔn)確，會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，這種誤差就是工件定位誤差。一般對(duì)于同一批工件，調(diào)整好刀具與工件的相對(duì)位置后，會(huì)一直保持到這批工件加工結(jié)束。所以，工件定位誤差一般都是由于前期調(diào)整不準(zhǔn)確造成的。

若工件加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)零件圖上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)以及工序基準(zhǔn)不一樣，也會(huì)造成誤差。

定位工具本身也不是完美的，模具、夾具本身就存在一定的誤差，這種誤差會(huì)使得基準(zhǔn)不重合。此外，長(zhǎng)時(shí)間加工工件后，模具、夾具自身會(huì)發(fā)生變形，這也會(huì)增加工件定位誤差。

2.4 工藝系統(tǒng)受力變形

2.4.1 工件剛度

由于在加工中會(huì)受到切削力，工件會(huì)發(fā)生變形，這會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生一定的影響。若相對(duì)機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)，工件剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，會(huì)加劇工件變形，進(jìn)而加劇加工精度。

2.4.2 刀具剛度

在加工工藝系統(tǒng)中，會(huì)用到多種剛度不同的刀具。對(duì)于剛度很大的刀具，加工過(guò)程對(duì)其造成的磨損可忽略不計(jì)。而對(duì)于那些剛度相對(duì)較小的刀具來(lái)說(shuō)，在工件加工過(guò)程中，會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重的磨損，極為影響工件精度，比如內(nèi)孔車(chē)刀、立式銑刀等。

2.4.3 機(jī)床部件剛度

機(jī)床是由很多部件組成的，剛度難以計(jì)算，迄今為止，機(jī)床的剛度只能用實(shí)驗(yàn)的方法獲得。需要提醒的是，機(jī)床部件變形是非線性的，其變形具有卸載回滯現(xiàn)象。卸載回滯現(xiàn)象指的是，荷載消失后，卸載曲線和加載曲線存在一些偏移，整體滯后于加載曲線，兩條線之間包圍的面積可以認(rèn)為是摩擦力、接觸變形產(chǎn)生的熱能。一般來(lái)說(shuō)，第一次卸載后，變形是無(wú)法完全恢復(fù)的，這說(shuō)明有殘余變形存在。但是經(jīng)過(guò)多次加載、卸載，卸載曲線的終點(diǎn)會(huì)和加載曲線的起點(diǎn)完全重合，這時(shí)殘余變形就不存在了。

2.5 工藝系統(tǒng)熱變形

工藝系統(tǒng)在運(yùn)作過(guò)程中，涉及到多種器件的碰撞、摩擦，這將會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，器件和工件的溫度都會(huì)升高，發(fā)生嚴(yán)重變形，不僅會(huì)對(duì)機(jī)床、刀具等造成破壞，還會(huì)影響工件的加工精度，產(chǎn)生非常大的誤差。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于重載加工、精密加工來(lái)說(shuō)，熱變形引起的誤差占總誤差的60%左右，可見(jiàn)熱變形的危害。

2.6 調(diào)整不當(dāng)

工件加工設(shè)計(jì)多道工序，不同的工序?qū)に囅到y(tǒng)的要求不同，這就涉及到工藝系統(tǒng)的調(diào)整。然而，加工工藝系統(tǒng)的調(diào)整一般都是人為操作的，這就不可避免會(huì)產(chǎn)生一些偏差。另外，工序之間不是完全獨(dú)立的，存在一定的重復(fù)，因此工序銜接處的精度難以控制。

3 數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)

3.1 減小原始誤差

原始誤差，指的是由于加工工藝中所用的部件誤差引起的誤差。想要減小數(shù)控加工的原始誤差，應(yīng)該從以下幾方面下手。

（1）提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。

（2）提高機(jī)床導(dǎo)軌的直線度、平行度精度。

（3）提高夾具、量具、刀具制造精度。

（4）提高整個(gè)工藝系統(tǒng)的剛度。

當(dāng)加工工藝系統(tǒng)受力、受熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很?chē)?yán)重變形。為了減小變形所帶來(lái)的誤差，應(yīng)該對(duì)產(chǎn)生的誤差一一分析，找出產(chǎn)生誤差的原因，從而對(duì)癥下藥，消除誤差。

對(duì)于精密加工零件來(lái)說(shuō)，不僅要提高加工系統(tǒng)的幾何精度、機(jī)床系統(tǒng)的剛度，還要采取有效措施，盡量減少加工過(guò)程產(chǎn)生的熱量，或者設(shè)置高效冷卻設(shè)施。

對(duì)于成形時(shí)的表面加工工藝來(lái)說(shuō)，應(yīng)該使用形狀更符合標(biāo)準(zhǔn)的刀具，另外，刀具的安裝定位一定要準(zhǔn)確，以免造成誤差，影響整個(gè)工藝流程。

3.2 誤差抵消法

在實(shí)際加工中，涉及到的部件不可能是完美的，總會(huì)存在一定的誤差，而且原始誤差的減小非常難，存在很大的局限性。針對(duì)這種現(xiàn)狀，可以采用誤差抵消法。

誤差抵消法指的是，分析原始誤差產(chǎn)生的結(jié)果，然后在此基礎(chǔ)上，人為地制造一些原本加工工藝系統(tǒng)不存在的反向誤差，以此來(lái)抵消原有工藝系統(tǒng)所存在的誤差，進(jìn)而提升數(shù)控加工的精度。

3.3 分解或者均布原始誤差

對(duì)于批量加工來(lái)說(shuō)，可以分解原始誤差，以此來(lái)減小原始誤差帶來(lái)的影響，提高工件加工精度。然而對(duì)于那些精密工件來(lái)說(shuō)，采用分解原始誤差的方法就不合適了，這時(shí)可以通過(guò)不斷試切來(lái)均布原始誤差。

3.3.1 原始誤差的分解

原始誤差的分解是通過(guò)分析誤差的規(guī)律，然后將工件按精度要求分成不同的組，這樣每個(gè)組的誤差范圍就會(huì)縮小。接下來(lái)，根據(jù)每組的參數(shù)要求調(diào)整刀具的位置，這樣以來(lái)，各組的誤差中心就會(huì)基本重合起來(lái)。局部決定整體，總誤差將會(huì)大大減小。

3.3.2 原始誤差的均布

為了減小精密工件的誤差，可以采用均布誤差的方法。均布誤差指的是憑借特定的方法將原有誤差逐漸均布到各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過(guò)比較、檢驗(yàn)工件的誤差，找出誤差之間存在的不同，然后相互修正加工基準(zhǔn)，以均布誤差。

3.4 轉(zhuǎn)移原始誤差

在誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常明顯。而在非誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常不明顯。對(duì)于這種情況，可以在加工過(guò)程中，想一些辦法，將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感方向上，這樣一來(lái)，原始誤差的影響就會(huì)大大減小，工件的精度也就可以大幅度提高了。

3.5 多次測(cè)量法減小誤差

多次測(cè)量法，顧名思義，就是通過(guò)多次測(cè)量，增大余量，進(jìn)行多次精加工以及調(diào)整，逐漸使得尺寸符合要求。多次測(cè)量法操作簡(jiǎn)單，比較好掌握，只要工作人員有足夠的耐心，并且做好記錄，就可以達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。需要提醒的是，多次測(cè)量法花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，但是對(duì)于一些精密工件的加工，采用多次測(cè)量法是非常恰當(dāng)?shù)摹?/p>

3.6 提高操作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)

在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控加工行業(yè)的很多員工都是非正式員工，不是從專(zhuān)業(yè)院校畢業(yè)的，而且沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的上崗證，專(zhuān)業(yè)素質(zhì)不高，對(duì)于一些緊急情況，沒(méi)有處理能力。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，一定要給予重視，采取一定的措施，予以解決。

3.6.1 提高上崗要求

數(shù)控企業(yè)招收員工時(shí)，要從專(zhuān)業(yè)院校挖掘人才，并且一定要有工作經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)閿?shù)控加工操作失誤造成的損失非常嚴(yán)重。

3.6.2 加強(qiáng)員工培訓(xùn)力度

一時(shí)間要想找到優(yōu)秀人才是不現(xiàn)實(shí)的，因此，對(duì)于現(xiàn)有的工作人員，要采取各種措施提高他們的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，比如，定期培訓(xùn)，定期舉辦員工間的技能比拼，活躍工作氛圍。此外，數(shù)控企業(yè)要制定有效的激勵(lì)機(jī)制，激勵(lì)員工提升專(zhuān)業(yè)素質(zhì)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文首先從數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容進(jìn)行了概述，然后分析了影響數(shù)控加工精度的各種因素，最后提出了幾種行之有效的提高數(shù)控加工精度的措施，希望能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)起到一定的輔助作用。數(shù)控加工是一項(xiàng)要求很高的高科技技術(shù)，但是其復(fù)雜的工序就決定了其有多種誤差。各種誤差都有不同的原因，只有分析了產(chǎn)生誤差的原因，然后從原因出發(fā)，對(duì)誤差分組分析，提出解決策略。對(duì)于誤差，一方面，要盡量消除原始誤差，但是原始誤差的減小是有一定限度的，這時(shí)就要從其他方面利用其他方法入手，比如，誤差抵消法、分解或均布原始誤差法、轉(zhuǎn)移原始誤差法、多次測(cè)量法等，從而提高數(shù)控加工的精度。在如今的工業(yè)化時(shí)代，數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)在一個(gè)程度上可以反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，因此，要重視數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的研究。

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