提高機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平的有效對(duì)策探析

段堯

摘 要：先進(jìn)機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展為高精密加工技術(shù)、高速加工技術(shù)、多軸加工技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù)、自動(dòng)化加工技術(shù)等制造新技術(shù)，滿(mǎn)足了復(fù)雜零件的加工工藝要求，并大幅提高了機(jī)械加工效率;制造企業(yè)合理運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)，可以促進(jìn)加工效率和質(zhì)量的提高，保證制造企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。因此，本文提出了相應(yīng)的對(duì)策，以提升機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平，為機(jī)械數(shù)控加工的發(fā)展提供積極的幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)械;數(shù)控;加工技術(shù);對(duì)策

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有的數(shù)控加工技術(shù)已不能滿(mǎn)足制造業(yè)的發(fā)展需要，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)中廣泛應(yīng)用，以及制造業(yè)新技術(shù)的發(fā)展。因此筆者提出了相應(yīng)的對(duì)策，以提高機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平，為制造企業(yè)的健康發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

一、 什么是數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控加工是指由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使刀具作符合要求的各種運(yùn)動(dòng)進(jìn)行的加工，以數(shù)字和字母形式表示工件的形狀和尺寸等技術(shù)要求和加工工藝要求，它泛指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的工藝過(guò)程。用來(lái)控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī)，稱(chēng)為數(shù)控系統(tǒng);數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序指令向伺服裝置和其它功能部件發(fā)出運(yùn)行或診斷信息來(lái)控制機(jī)床的各種運(yùn)動(dòng)。

1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出三坐標(biāo)數(shù)控銑床，開(kāi)始了數(shù)控加工技術(shù)翻天覆地的發(fā)展歷程。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也經(jīng)歷了電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、小規(guī)模集成電路數(shù)控系統(tǒng)、直接數(shù)控系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)、微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，并于90年代發(fā)展為計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。

強(qiáng)大的數(shù)控系統(tǒng)，擁有高計(jì)算精度，動(dòng)態(tài)伺服控制功能，NURBS直線(xiàn)和圓弧程序段壓縮等功能，結(jié)合高精密的數(shù)控機(jī)床、先進(jìn)的刀具技術(shù)、先進(jìn)的制造軟件（CAD/CAM）技術(shù)，使數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展為高精密加工技術(shù)、高速加工技術(shù)、多軸加工技術(shù)、復(fù)合加工技術(shù)等。

IT技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，數(shù)控加工發(fā)展為數(shù)控機(jī)床柔性化加工、自動(dòng)化加工，并集成到數(shù)字化管理系統(tǒng)中。數(shù)控系統(tǒng)接收數(shù)字化管理系統(tǒng)的生產(chǎn)指令進(jìn)行生產(chǎn)，并應(yīng)用數(shù)據(jù)采集技術(shù)實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)化加工單元的加工數(shù)據(jù)，完成生產(chǎn)流程的閉環(huán)管理，保證生產(chǎn)效率的最大化;

二、影響機(jī)械數(shù)控加工效率的主要因素分析

（一）常規(guī)的制造軟件影響刀具路徑效率

制造軟件的合理應(yīng)用，直接影響數(shù)控加工中刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和切削效率和精度。CAD軟件、CAM軟件的模型精度、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度、曲面精度、點(diǎn)分布精度、特征精度直接影響著刀具路徑計(jì)算精度。常用CAM軟件主要依賴(lài)編程工程師根據(jù)個(gè)人工作經(jīng)驗(yàn)設(shè)定工藝參數(shù)，因此，個(gè)人經(jīng)驗(yàn)直接影響著整個(gè)切削過(guò)程。CAM軟件動(dòng)態(tài)仿真功能能否有效真實(shí)反饋加工過(guò)程的程序異常，直接影響車(chē)間加工的穩(wěn)定性。CAM軟件產(chǎn)生的刀具路徑是否最優(yōu)化，直接影響數(shù)控加工效率;

（二）刀具及刀具涂層技術(shù)不成熟，引起高速切削的不穩(wěn)定

切削刀具的精度、耐磨性是數(shù)控加工的加工精度的關(guān)鍵因素之一。刀具的基體材質(zhì)、刀具的刃口結(jié)構(gòu)，刀具的涂層技術(shù)、合理的切削參數(shù)是保證高效率切削的前提條件。刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用，讓數(shù)控加工進(jìn)入了高速加工階段?，F(xiàn)在的普通刀具涂層化學(xué)穩(wěn)定性差及高溫抗氧化性差，引起了高速切削的不穩(wěn)定，從而影響數(shù)控加工效率。

1. 普通數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)影響機(jī)床運(yùn)動(dòng)效率

數(shù)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)控加工的影響主要體現(xiàn)在控制能力上，并體現(xiàn)在定位精度、重復(fù)定位精度、加工精度、切削進(jìn)給、快速移動(dòng)進(jìn)給、多軸控制、多軸插補(bǔ)、多通道控制、高速高精控制等，直接影響著數(shù)控加工的加工效率、加工精度;

2. 單一功能的數(shù)控機(jī)床，需要多工序組合加工，加工效率低

單一功能的數(shù)控機(jī)床，如斜床身數(shù)控車(chē)床、立式車(chē)床、三軸加工中心等，已經(jīng)日漸成熟。但是面對(duì)復(fù)雜零件，工程師只能通過(guò)劃分多種不同工藝工序，應(yīng)用多種單一功能數(shù)控機(jī)床來(lái)完成零件的加工，但頻繁的機(jī)床切換導(dǎo)致加工效率低下;

三、提高機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平的有效對(duì)策

（一）先進(jìn)制造軟件的應(yīng)用

先進(jìn)的制造軟件，集成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造的高性能產(chǎn)品數(shù)字化解決方案，其應(yīng)用領(lǐng)域貫穿著產(chǎn)品全生命周期。其中CAM擁有零件建模、工裝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、CNC加工編程、EDCAM編程、WEDM編程、CMM測(cè)量編程、后處理系統(tǒng)、集成仿真系統(tǒng)等功能。面對(duì)復(fù)雜零件的加工，為了保證機(jī)床的高效率切削、工業(yè)機(jī)器人的高效率動(dòng)作，CAM工具通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)刀具傾斜、交互式碰撞避讓、自動(dòng)方向矢量控制等功能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)5軸加工、3+2軸加工、旋風(fēng)銑粗加工、擺線(xiàn)加工等，并使用虛擬數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)仿真NC代碼，輸出安全高效的程序;

CAM工具還集成了專(zhuān)業(yè)制造工藝模塊。為了沉淀工廠(chǎng)制造標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師和軟件應(yīng)用工程師一起編制了專(zhuān)業(yè)制造工藝模塊，沉淀了行業(yè)的先進(jìn)加工工藝和工廠(chǎng)最先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù)，比如輪轂和葉輪加工、渦輪葉片、引擎端口和歧管等制造工藝模塊，從而高標(biāo)準(zhǔn)、高效率的完成高精度復(fù)雜零件的加工。

（二）先進(jìn)的刀具涂層技術(shù)的應(yīng)用

高效銑削刀具是保證先進(jìn)加工技術(shù)的關(guān)鍵因素之一。先進(jìn)的涂層技術(shù)，同刀具基體材質(zhì)、刃邊處理和后處理工藝，共同保證了銑削刀具的高精度、高切削效率、長(zhǎng)切削壽命。

先進(jìn)涂層技術(shù)賦予了刀片強(qiáng)大的耐磨能力和更長(zhǎng)的壽命，更持久的刀具壽命，有利于降低零件制造成本，提高生產(chǎn)效率，和良好的質(zhì)量。傳統(tǒng)的CVD氧化鋁涂層中，晶體的生長(zhǎng)方向是隨機(jī)的。新一代的CVD涂層技術(shù)，通過(guò)控制晶體的成長(zhǎng)方向，以確保所有的晶體都沿著相同的方向排列，并使最堅(jiān)固的部分朝向頂面，從而獲得致密有序的晶體組織;

緊密排列的單向晶體在切削區(qū)域和鐵屑間構(gòu)造了一個(gè)堅(jiān)固的屏障，改進(jìn)了抗月牙洼磨損和抗后刀面磨損特性，并且使切削區(qū)域能夠更快散熱，從而有助于切削刃在更長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)切削期間保持不變形。

（三）先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用

先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的硬件架構(gòu)以及智能的控制算法，輔助以出色的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)技術(shù)，使加工過(guò)程擁有極高的動(dòng)態(tài)性能及精度。同步配置IT 集成方案，大大提高的數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力及生產(chǎn)效率。

先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)采用最先進(jìn)多核處理器技術(shù)、基于驅(qū)動(dòng)的高性能NCU（數(shù)控單元），具有優(yōu)秀的性能潛力。高性能代表著高度模塊化的數(shù)控機(jī)床配備了數(shù)量極多的數(shù)控軸，例如傳輸線(xiàn)或多面回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床;高性能還代表著5 軸模具加工中心進(jìn)行高速切削時(shí)的超高精度和動(dòng)態(tài)加工性能。

（四）復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)在單一功能的數(shù)控機(jī)床上，加裝動(dòng)力銑頭、動(dòng)力刀架、五軸轉(zhuǎn)臺(tái)等，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的復(fù)合加工要求。新一代復(fù)合加工機(jī)床，集傳統(tǒng)車(chē)銑復(fù)合與齒輪加工功能于一身，除傳統(tǒng)的車(chē)銑、5軸加工，還嵌入了銑齒、滾齒、刮齒加工，最大限度地實(shí)現(xiàn)了工序集中，減少人員設(shè)備，縮短生產(chǎn)周期。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著IT技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控加工也在不斷的革新應(yīng)用軟件、工具技術(shù)、數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)床等關(guān)鍵技術(shù)。制造企業(yè)需要導(dǎo)入先進(jìn)的制造軟件、先進(jìn)的刀具技術(shù)和涂層技術(shù)、先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床及數(shù)控銑系統(tǒng)等技術(shù)，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用全自動(dòng)復(fù)合加工數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化加工單元，并以先進(jìn)技術(shù)推進(jìn)制造企業(yè)的自動(dòng)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高制造企業(yè)的生產(chǎn)效率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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