多種工具聯(lián)動控制加工技術(shù)探析

王春華

（ 杭州康達模具有限公司，浙江 杭州 310022 ）

0 引言

科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展為機械工業(yè)發(fā)展帶來了巨大的保證，目前我國機械加工技術(shù)的發(fā)展速度和效率有顯著提高，自動化趨勢愈加明顯。對于規(guī)?；F(xiàn)代制造企業(yè)而言，傳統(tǒng)的產(chǎn)品或零部件加工過程中采用單一工位、單一工具、單一機床為主的加工方式已無法適應(yīng)其發(fā)展需求。利用優(yōu)化刀具路徑、優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化制造工藝等手段并采用高速切削等方式可有效提高加工效率。結(jié)合工件的加工需求，組合多臺機床和多條生產(chǎn)線，組建多工位、多工具、多工序同步加工模式是值得研究和探索的技術(shù)。本文以多種工具聯(lián)動從而控制并提升整體加工技術(shù)為目的進行探討。

1 加工特性

機械加工技術(shù)具有工程性、綜合性和統(tǒng)一性等顯著特點。

工程性表現(xiàn)在現(xiàn)代化機械加工過程中有效地融合了多種技術(shù)（自動化、管理、通信、計算機等），發(fā)揮其各自特點為加工目的服務(wù)，提高了現(xiàn)代機械加工效率。

綜合性表現(xiàn)在不僅帶動多個行業(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。

統(tǒng)一性體現(xiàn)在傳統(tǒng)加工技術(shù)在向現(xiàn)代化機械加工發(fā)展的過程中，吸取多方面的優(yōu)點。

現(xiàn)代化機械加工在加工技術(shù)發(fā)展中的統(tǒng)一性日益明顯，加工成本和加工時間明顯降低，加工質(zhì)量明顯提升，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 技術(shù)形式

2.1 技術(shù)內(nèi)涵

單一工位多種工具聯(lián)動控制加工技術(shù)，指的是在單一工位上利用多種工具在同一時間加工工件，對所加工的工件必須具備回轉(zhuǎn)特征，同時其曲面應(yīng)具有徑向?qū)ΨQ分布特征。如單一工位多種磨具進行拋光加工，可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)都沿著工件曲面中心軸呈現(xiàn)徑向?qū)ΨQ，同時保證3個拋光磨輪在同一步調(diào)上，便于在同一個工位進行拋光加工。

多工位多種工具聯(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，每一工位利用一個工具加工工件，這些工具和工位的加工同步進行。如多工位多種工具聯(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、配置3個拋光輪。正式進行拋光加工時，3個工件之間的姿態(tài)被調(diào)整為統(tǒng)一狀態(tài)，由拋光輪對工件在同一時間內(nèi)進行拋光加工。

2.2 技術(shù)特點

單一工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光過程較靈活、刀具易規(guī)劃，主要優(yōu)勢在于：

1）加工曲面特征為徑向?qū)ΨQ，在同時具有回轉(zhuǎn)特征的曲面工件上，其效率相對單一工位單一工具有提升。

2）工件與各個磨具一般為徑向?qū)ΨQ，拋光加工對刀具軌跡進行規(guī)劃時僅需依照單一的刀具模式。

3）較易組成生產(chǎn)線，在生產(chǎn)方式上靈活可變。

4）依據(jù)工件需要拋光的表面形狀特征分片，工件在一個分片拋光加工區(qū)域采用的是同一種磨具。

多工位多種工具聯(lián)動控制的機械拋光能大規(guī)模生產(chǎn)，較易控制，效率高。主要優(yōu)勢在于：

1）僅需一次即可加工多個工件，多個工位在同一時間內(nèi)進行拋光，增加工位可快速提高加工效率。

2）加工過程易控制，使用的磨具和工件分布較對稱，規(guī)劃單個磨具刀具軌跡即可同步進行多個工位和多種磨具的加工。

3）在同一時間內(nèi)對多個工件進行加工，操作相對簡單。勞動程度降低。

3 實踐應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)控機床一次加工一個工件，如增加工位或工具，則同時提高了數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與控制的復(fù)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(dāng)增加以提高生產(chǎn)效率，另一方面要降低制造成本，提高加工精確度。因多種工具聯(lián)動控制加工需在一個工位上有多種磨具同時工作，要求具備較高的對稱性，磨具工作的空間限制了對機床結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)著重注意選擇機床結(jié)構(gòu)，布置各軸的運動結(jié)構(gòu)。

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)量得到保證的關(guān)鍵因素是多種工具在使用時的同步協(xié)調(diào)特性，要求各工具在運行時應(yīng)做到同步。機床制造誤差、工件尺寸誤差等導(dǎo)致各個磨具未能達到理論要求的同步狀態(tài)時，需采用相應(yīng)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）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，曲面工件不會保持固定靜止在工位上，有時為了滿足加工需要，工件需要變化姿態(tài)，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，因此需設(shè)計可靈活精確調(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

在對某些鋁合金產(chǎn)品的加工中，拋光是較為重要的步驟，要求被拋光的表面材料不出現(xiàn)過拋變形、去除較均勻。

多種工具拋光機床采用立式結(jié)構(gòu)，為上、下兩部分。上部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)沿徑向移動，建立刀具的三維坐標(biāo)，將坐標(biāo)固定在磨具架，各磨具按同一姿態(tài)圍繞設(shè)定的橫坐標(biāo)擺動和垂直坐標(biāo)轉(zhuǎn)動，從而適應(yīng)變化的工件曲面。下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(biāo)系中，工作臺可沿垂直坐標(biāo)上下，或圍繞垂直坐標(biāo)轉(zhuǎn)動。

單一工位多種工具機械拋光機床包含的結(jié)構(gòu)為：磨具徑向移動步進電機、磨具擺角步進電機、中心升降盤、導(dǎo)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。

利用三組磨具進行拋光，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，使用了拋光機的拋光效率遠高于手工拋光。應(yīng)注意在進行拋光操作時，需做好密封處理，以免產(chǎn)生粉塵污染。

3.3 多工位多種工具的不銹鋼電水壺拋光機床

在家用電器中，常見的不銹鋼電水壺表面拋光是產(chǎn)品制造的最后工序，其目的是保證電水壺符合一定的精美外觀。實際作業(yè)過程中，因材料形狀復(fù)雜多樣，拋光難度較大。行業(yè)內(nèi)大量的電水壺拋光作業(yè)采用了純手工方式完成。手工操作無法保證產(chǎn)品外觀的一致性，加工效率也不盡如人意。制造商迫切需要采用自動化、環(huán)保、高效的機械拋光技術(shù)。

采用多工位多種工具聯(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表面進行拋光操作。多工位多種工具電水壺拋光機是四軸結(jié)構(gòu)，雙層的立式機構(gòu)，步進電機對每一軸分別驅(qū)動。拋光機床的上半部分為磨具的運動機構(gòu)，各磨具同步在徑向上移動。在加工和裝配的過程中，各磨具在徑向移動上的位移出現(xiàn)誤差，為補償誤差，設(shè)置了對磨具徑向位移進行微調(diào)的結(jié)構(gòu)。下部為工作臺，3個工位分布呈圓周鏡像對稱，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。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，同時降低操作工人勞動強度，產(chǎn)品成本也隨之減少。3個工位和磨具都在徑向上呈現(xiàn)對稱分布，拋光作業(yè)時僅對單個道具運動軌跡進行規(guī)劃即可，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)計為仿形設(shè)計，從而方便裝卸工件，操作便捷。另外，為了在機械加工中對粉塵污染做好防治工作，機床上安裝吸塵裝置，有效改進作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。

4 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)開始得到重視，從而有效提高了生產(chǎn)效率。同時，在機械加工中應(yīng)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，減少對操作工的依賴，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益，實用性和可行性較強。

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