多種工具聯(lián)動控制加工技術(shù)探析

鄧釗

摘 要：為進一步贏得市場競爭力，制造業(yè)一直致力于機械加工技術(shù)的研發(fā)與改進，從而有效降低成本，提高效率，加大效益。為此，機械制造業(yè)出現(xiàn)了由多種工具進行聯(lián)動控制的加工技術(shù)，并取得了良好的效果。本文主要對多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)及其應用進行了探討。

關(guān)鍵詞：多種工具；聯(lián)動控制；機械加工

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

數(shù)控機床自從應用之后一直受到企業(yè)的青睞，而在經(jīng)濟發(fā)展新形勢下，傳統(tǒng)的單一工位單一工具單一機床加工方式，已經(jīng)跟不上企業(yè)對生產(chǎn)效率的要求，為此，一方面是利用優(yōu)化刀具路徑、優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工藝、高速切削等方式提高加工效率，另一方面是依據(jù)工件的加工需求，組合多臺機床和多個生產(chǎn)線，組建多個工位、多種工具、多個工序同步進行加工的加工模式。

1.機械加工技術(shù)的特點

機械加工技術(shù)的特點主要是工程性、綜合性和統(tǒng)一性。工程性表現(xiàn)在現(xiàn)代化的機械加工有效融合了多種技術(shù)，并且發(fā)揮技術(shù)特點更好地加工。現(xiàn)代化機械加工綜合的技術(shù)有自動化、管理技術(shù)、通信、計算機等，這幾項技術(shù)相互配合，提高了現(xiàn)代機械加工效率。綜合性的體現(xiàn)是：現(xiàn)代化機械加工是各個行業(yè)的競爭要點，制造過程對于企業(yè)發(fā)展的作用比較重要。現(xiàn)代化機械加工對整個社會有綜合性，不僅帶動多個行業(yè)發(fā)展，也促進了社會進步。對于現(xiàn)代化機械加工的技術(shù)發(fā)展而言，綜合性體現(xiàn)在了整個領(lǐng)域發(fā)展中，保障了人們生活的質(zhì)量和逐漸融進企業(yè)和社會中。統(tǒng)一性的體現(xiàn)是：傳統(tǒng)加工技術(shù)在向現(xiàn)代化機械加工發(fā)展的過程中，吸取了多方面的優(yōu)點。現(xiàn)代化機械加工業(yè)反映出多方面的問題，在加工技術(shù)發(fā)展中統(tǒng)一性越來越強，加工成本和時間明顯降低，加工質(zhì)量明顯提升，使加工行業(yè)整體上得到發(fā)展，實現(xiàn)了機械加工技術(shù)的自動化、科技化和現(xiàn)代化，推動了加工行業(yè)的繁榮發(fā)展。

2.多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)介紹

2.1多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)內(nèi)涵

單一工位多種工具的聯(lián)動控制加工技術(shù)指的是在單一工位上利用多種道具在同一時間加工工件的加工技術(shù)，對所加工的工件必須是回轉(zhuǎn)特征，同時其曲面應該具有徑向?qū)ΨQ的分布特征。比如單一工位多種磨具進行拋光加工技術(shù)，在工件曲面找出中心軸，利用3個不同的拋光磨輪沿著工件曲面中心軸分布在徑向?qū)ΨQ上。在進行拋光加工時，每一個磨輪的位置和姿態(tài)都要沿著工件曲面中心軸呈現(xiàn)徑向?qū)ΨQ，同時要保證這3個拋光磨輪是在同一步調(diào)上，方便能夠在同一個工位上進行拋光加工。

多個工位多種工具的聯(lián)動控制加工技術(shù)指的是在一個工作臺上有多個工位分布，每一工位上利用一個工具加工工件，這些工具和工位的加工都是同步進行。比如多個工位多種工具聯(lián)動的拋光加工，在圓周鏡像的對稱位置上分布了3個工位、3個在上面工作的拋光輪。在正式進行拋光加工時，3個工件之間的姿態(tài)會調(diào)整成統(tǒng)一狀態(tài)，拋光輪對工件在同一時間里進行拋光加工。

2.2多種工具聯(lián)動控制加工技術(shù)的優(yōu)點

單一工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光主要特點：生產(chǎn)比較靈活、道具容易規(guī)劃、效率得到大幅度提高等。單一工種多種工具的聯(lián)動控制加工技術(shù)主要優(yōu)勢是：

（1）在加工曲面特征為徑向?qū)ΨQ，同時具有回轉(zhuǎn)特征的曲面工件上效率相對單一工位單一工具要高很多，使用多種工具進行拋光，理論上是增加工具數(shù)量就能增加加工效率。

（2）由于工件和各個磨具特性一般是徑向?qū)ΨQ，所以在進行拋光加工對刀具軌跡進行規(guī)劃時需要依照單一的刀具模式。

（3）很容易組成一個生產(chǎn)線，在加工生產(chǎn)上比較靈活。

（4）依據(jù)工件需要拋光的表面形狀特征分片，工件一個分片拋光加工區(qū)域采用的是一種磨具。

多個工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光主要特點是：能夠大規(guī)模生產(chǎn)，比較容易控制，效率比較高。這種加工方式的優(yōu)點是：

（1）一次就能加工出多個工件，大大提高加工效率。多個工位在同一時間內(nèi)進行拋光，增加了工位就能夠提高加工效率。

（2）加工過程比較容易控制，加工中使用的磨具和工件一般分布都比較對稱，將單個磨具刀具軌跡規(guī)劃好就能夠保證同步進行多個工位和多種磨具的加工。

（3）一臺機床能夠在同一時間內(nèi)對多個工件進行加工，操作相對而言簡單化，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

3.多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)應用

3.1多種工具聯(lián)動控制加工的關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1設(shè)計多工具、同步拋光的機床加工結(jié)構(gòu)

通常情況下，數(shù)控機床都是一次加工一個工件，如果增加了工位或工具，就會提高數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與控制的復雜性，為此需要合理設(shè)計。設(shè)計要求一方面要能保證工位和工具適當增加以提高生產(chǎn)效率，另一方面要能降低制造成本，提高加工精確度。因為多種工具聯(lián)動控制加工需要在一個工位上有多種磨具同時工作，要有較高的對稱性，磨具工作的空間限制了對機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計，要著重注意選擇機床結(jié)構(gòu)，布置各軸的運動結(jié)構(gòu)。

3.1.2設(shè)計調(diào)節(jié)多種工具達到同一姿態(tài)的補償器

加工質(zhì)量得到保證的一個關(guān)鍵因素就是多種工具在使用時的同步協(xié)調(diào)特性，要求各個工具在運行時要同步。然而仍然會存在誤差，比如機床制造上的誤差、工件尺寸上出現(xiàn)誤差等。導致各個磨具達不到理論要求的同步狀態(tài)。因此，需要有相應的補償器對其姿態(tài)進行調(diào)整，確保各個磨具磨輪和工件之間有效接觸。

3.1.3設(shè)計對多個工位進行同步調(diào)整的裝置

在加工曲面工件的過程中，曲面工件不會一直固定靜止在工位上，有時為了滿足加工需要，工件需要變化姿態(tài)，比如擺動、旋轉(zhuǎn)等。對工位姿態(tài)進行調(diào)整主要是調(diào)整工件高度與角度。在圓形的工作臺上要實現(xiàn)各個工位的同步加工，需要工件保持高對稱性、同步性與等高性，因此需要設(shè)計出能夠靈活精確調(diào)整工位的裝置。

3.2單一工位多種工具的鋁輪轂曲面拋光機床

在加工鋁合金式汽車輪轂中，拋光是一個比較重要的步驟，需要進行拋光的表面材料要沒有出現(xiàn)過拋變形、去除比較均勻、達到一定的表面粗糙度。因為很多汽車輪轂需要加工的表面都有過大的粗糙度、復雜多樣的形狀，同時又有加工效率要求，所以拋光輪轂與電水壺時一般都采用人工。endprint

面對鋁合金式汽車輪轂的這種表面特性，利用單一工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光加工技術(shù)能夠使生產(chǎn)效率得到大幅度提高。多種工具拋光機床采用的立式結(jié)構(gòu)，有上下兩個部分。上半部分是多種工具的運動結(jié)構(gòu)，加工所使用的3組磨具圍繞著中心軸徑向分布，各個磨具可采用同一步態(tài)沿著徑向移動，建立各個道具的三維坐標，將坐標固定到各個磨具架上面，各個磨具可按照同一姿態(tài)圍繞設(shè)定的橫坐標擺動和垂直坐標轉(zhuǎn)動，從而適應變化的工件曲面。下半部分是單一工位的工作臺運行架構(gòu)，在工作臺裝夾工件，機床的三維坐標系中，工作臺可以沿著垂直坐標上下，或圍繞垂直坐標轉(zhuǎn)動。

單一工位多種工具機械拋光機床包含的結(jié)構(gòu)有：磨具徑向移動步進電機、磨具擺角步進電機、中心升降盤、導桿、磨具架、三組拋光磨具、工件、工作臺和夾具、轉(zhuǎn)動減速器、工作臺的轉(zhuǎn)動步進電機、工作臺升降步進電機、升降減速器。這種拋光機床利用三組磨具進行輪轂的拋光，在應用中發(fā)現(xiàn)，使用了拋光機的拋光效率高于手工拋光至少3倍。要注意在進行拋光操作時，需要做好密封處理，以免被粉塵污染。

3.3多種工位多種工具的不銹鋼電水壺拋光機床

對不銹鋼電水壺進行表面拋光是制作電水壺的最后程序，也是最為重要的一個工序，主要目的就是保證電水壺有精美的外觀。然而在對電水壺進行拋光的過程中，有一些材料比較難以拋光，這些材料的形狀復雜化、多樣化，在拋光質(zhì)量與拋光效率的高要求下，如今市場中的很多拋光機床對電水壺的拋光都沒有達到企業(yè)要求。傳統(tǒng)的電水壺拋光都是利用手工方式，存在的問題無法保證拋光質(zhì)量，加工效率也比較低，對提高電水壺的質(zhì)量造成一定影響。企業(yè)要想大規(guī)模生產(chǎn)電水壺，就需要盡快采用自動化、環(huán)保、高效的機械拋光技術(shù)。

多個工位多種工具電水壺的機械拋光技術(shù)機床是雙層的立式機構(gòu)，主要采用的加工技術(shù)就是多個工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光方法，能夠在分布對稱的3個工位同步對電水壺進行拋光操作。多個工位多種工具電水壺拋光機是四軸結(jié)構(gòu)，步進電機對每一軸進行分別驅(qū)動。拋光機床的上半部分是磨具的運動機構(gòu)，各個磨具都同步在徑向上移動。在加工和裝配的過程中，各個磨具在徑向移動上的位移會出現(xiàn)誤差，為了補償這種誤差，在拋光機中設(shè)置了對磨具徑向位移進行微調(diào)的結(jié)構(gòu)。拋光機的下半部分是工作臺，3個工位分布在工作臺上的呈現(xiàn)方式是圓周鏡像對稱，從而實現(xiàn)3個工位同步擺動、自轉(zhuǎn)和升降。

多個工位多種工具的機械拋光機床包含的機構(gòu)有：驅(qū)動磨具徑向移動步進電機、驅(qū)動磨具轉(zhuǎn)動異步電機、磨具徑向位置微調(diào)裝置、磨具、工件、工件擺動機構(gòu)、工作臺、驅(qū)動工件轉(zhuǎn)動步進電機、驅(qū)動工件擺動步進電機、驅(qū)動工作臺升降步進電機。這種拋光機床的3個工位在同一時間進行拋光加工，相比傳統(tǒng)的手工拋光提高了2～3倍的加工效率，同時也使工人制作電水壺的勞動強度大幅度降低，生產(chǎn)產(chǎn)品的成本也大幅度降低。3個工位和磨具都在徑向上呈現(xiàn)對稱分布，所以在進行拋光時工作人員只需要對單個道具運動軌跡進行規(guī)劃即可，比較容易控制。設(shè)計的工作臺高度方便操作，裝夾工件的機構(gòu)設(shè)計是仿形設(shè)計，從而方便裝卸工件，操作也比較便捷。另外，為了在機械加工中對粉塵污染做好防治工作，機床上安裝了吸塵裝置，使工人工作環(huán)境得到有效改善。

結(jié)語

在機械制造業(yè)不斷發(fā)展的趨勢下，多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)開始得到普遍應用，從而有效提高了生產(chǎn)效率。同時，在機械加工中應用多種工具聯(lián)動控制的加工技術(shù)也能有效降低生產(chǎn)對環(huán)境的污染程度，減小對熟練工的依賴，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，實用性和可行性較強。

參考文獻

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