試論新型數(shù)控機械加工進刀工藝的改進措施

張熾榮

摘要：新型數(shù)控機械加工水平的提升主要在于進刀工藝的改進。本研究首先分析了該項技術的應用背景，獲得該項技術得到廣泛應用的原因，進而又對當前該工藝加工應用的現(xiàn)狀進行介紹，并論述了對其進行改進的必要性。針對當前工藝技術的不足，最終提出從硬件、軟件、管理體系及人才的聘用等方面進行改善的策略，旨在提升該工藝的應用水平。

關鍵字：新型數(shù)控;機械加工;進刀工藝;改進措施;數(shù)控機床

Discussion on the Improvement Measures of the New Type NC Machining Feeding Process

ZHANG Chirong

（Guangdong Southern Technician College， Shaoguan， Guangdong Province， 512023 China）

Abstract： The improvement of the new CNC machining level mainly lies in the improvement of the feed process. This research first analyzes the application background of this technology， obtains the reasons for the widespread application of this technology， and then introduces the current status of the processing and application of this technology， and discusses the necessity of improving it. In view of the shortcomings of the current process technology， finally proposed strategies to improve the hardware， software， management system， and talent recruitment， aiming to improve the application level of the process.

Key Words： New type of numerical control; Machining; Feeding technology; Improvement measures; CNC machine tools

前言

近年來，信息化設備為工業(yè)技術的改革提供了極為有利的條件，成為提升工作效率的重要途徑。使用數(shù)控機械加工工藝對數(shù)控機床進行信息化控制成為一項具有革新意義的技術。利用程序對機械內(nèi)部的刀具進行控制，能夠精準的完成設定好的動作流程，實現(xiàn)設定的工作步驟。同人工操作相比，更大限度的提升了工作效率，縮短工期，實現(xiàn)技術進步。但在更高的要求上，通過完善進刀工藝能夠再次提升工藝的健壯性。

1.新型數(shù)控機械加工應用現(xiàn)狀分析

1.1研究背景分析

我國對于技術性人才的培養(yǎng)是相當重視的，在眾多的大專院校等都開設了對于數(shù)控機床機械加工相關專業(yè)，為我國的工業(yè)制造業(yè)輸送了大量的人才。[1]這使我國新型數(shù)控機械加工技術有了人才支持和技術支撐，也正如此，該項技術能夠在加工制造業(yè)應用的相當廣泛，使用也十分成熟。此項技術的優(yōu)勢也顯露于行業(yè)內(nèi)部，得到行業(yè)內(nèi)部的認可。該項技術是采用了數(shù)字信息控制原理，通過信息化平臺對機床上的眾多零部件進行合理調配，共同協(xié)作，完成對產(chǎn)品的加工制造。同人工加工相比，此項技術展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢?；跀?shù)字控制，該項技術具有極高的精準度，擁有較快的工作速度，同時質量的控制也十分的嚴格。當然這一切都是基于人工操作規(guī)范。只有在正確的操作程序、正確的操作流程和機床設備正常工作的情況下，產(chǎn)品的質量和形狀才能達到預期的標準。基于計算機運算速度快，適合于完成重復性任務的特點，在新產(chǎn)品的生產(chǎn)中，只需要編寫數(shù)字控制程序就可以將生產(chǎn)過程標準化和集成化。這樣，人們就可以在今后的生產(chǎn)中得到極大的解放。此外，該程序還具有良好的可移植性。對于生產(chǎn)工藝和條件相似的產(chǎn)品，只針對工藝上的區(qū)別進行改進即可實現(xiàn)代碼的大量重用，從而大大提高了技術的適應效率。[2] 與傳統(tǒng)機床相比，數(shù)控機床具有明顯的優(yōu)勢。低效的傳統(tǒng)機床制造方法已不能滿足社會日益增長的需求。依托我國雄厚的人才基礎和工業(yè)生產(chǎn)能力，數(shù)控機床應用于各生產(chǎn)線，并能夠根據(jù)生產(chǎn)方式改進新技術，以適應實際生產(chǎn)。

1.2新型數(shù)控機械加工應用現(xiàn)狀

當前信息化技術在工業(yè)加工領域已經(jīng)占有極高的地位，甚至說已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的制造加工產(chǎn)業(yè)，這是依托于計算機的運算速度和可重復性好的優(yōu)勢。在機床的生產(chǎn)加工中，新型數(shù)控機床展現(xiàn)了傳統(tǒng)機床所不具備的優(yōu)勢。通過使用數(shù)控車床，車床加工開始向智能化、高效化、精密化方向發(fā)展。這就是數(shù)字信息技術在加工制造業(yè)表現(xiàn)出的強大先進性。我國當前的新型數(shù)控機械加工應用所表現(xiàn)出來的特點就是能夠完成技術水平較低的生產(chǎn)加工，在復雜、精密的產(chǎn)品加工方面還存在著不足，其次是技術普及水平還不夠充分，不同地區(qū)仍然使用陳舊的加工工藝。通過行業(yè)內(nèi)的各類報道可知，我國在車床加工方面的工藝技術能夠基本滿足國內(nèi)的需求。這是針對于性能一般的車床加工來說的，而對于標準較高的車床加工來說，我國的工業(yè)尚不能滿足需求。比如臥式車削，其生產(chǎn)要求十分嚴格，我國生產(chǎn)難于達到合格的標準，所以僅能夠依靠進口國外產(chǎn)品來補充國內(nèi)的技術空缺。而對于要求較低的立式車削，依靠于我國現(xiàn)有的技術水準，已經(jīng)完全能夠實現(xiàn)國內(nèi)自給自足，甚至能夠向一些技術水平較低的國家出口產(chǎn)品。針對我國技術水平低、只能生產(chǎn)技術水平較低的機床的現(xiàn)狀，必須有針對性的解決高技術領域存在的主要問題，增強我國的自主知識產(chǎn)權。在數(shù)控機床領域，我國也十分重視人才培養(yǎng)，有眾多在專業(yè)學校專門從事數(shù)控機床的研究，為機床加工行業(yè)培養(yǎng)了雄厚的人才基礎，并且學生就業(yè)率普遍很高。這是基于中國數(shù)控機床巨大的人才缺口和人才培養(yǎng)對中國技術創(chuàng)新的貢獻。與傳統(tǒng)機床生產(chǎn)相比，數(shù)控機床可以利用計算機控制技術對刀具運動等操作進行精確控制，大大提高了生產(chǎn)效率和加工效率。同時在產(chǎn)品的質量控制方面也具有天然的優(yōu)勢。但從行業(yè)報道來看，一些技術水平低、落后的地區(qū)仍然采用傳統(tǒng)車床的加工方式，導致生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)速度慢且質量得不到保障。

1.3對進刀工藝改進的必要性分析

數(shù)控機械是一種通過數(shù)字技術控制機械的運作的生產(chǎn)技術，對于機床的生產(chǎn)加工，最終要的就是通過數(shù)字技術對刀具進行操控，使之能夠生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。在控制刀具的過程中，進刀工藝對生產(chǎn)水平的高低影響十分顯著，該項工藝對于刀具的精準性、高效性、加工質量和工藝水平都有著很大的關系。當前的生產(chǎn)過程中，眾多的數(shù)控機械加工企業(yè)都意識到了這點，并在這一方面下足功夫，花費較大的研究成本，雖然在某些應用場景下能夠小幅提升技術的應用水平，但并未取得一種可移植性強、能有效提升進刀工藝的方法。通過對比過去在該方面的研究文獻獲得[3]，目前針對于進刀速度的研究十分熱門，針對于不同的生產(chǎn)產(chǎn)品、不同的生產(chǎn)材料，對于進刀速度的控制也是不同的。依靠于進刀速度的控制，一般來說能夠將生產(chǎn)速度提升至原來的7至8倍左右。提升進刀速度就要保證刀具的性能符合生產(chǎn)要求，加工過程中的流程化加工要進行優(yōu)化并且要求系統(tǒng)具有更迅速的響應時間，合理的人工操作也是極為關鍵的。多方面綜合優(yōu)化才能夠保證有效提升進刀速度，對進刀工藝進行合理改進。

2.進刀工藝的改進措施

2.1選擇合適的刀具

要生產(chǎn)不同的產(chǎn)品就需要使用不同性能的材料，這些材料的硬度和韌性都不同，這就對刀具的性能要求十分苛刻。在針對于不同性能的刀具時，加工電路也需要做出相應改進。不同的進刀次序和方法是改進進刀工藝的常用方法。螺紋線條要與豎直方向平行的。在生產(chǎn)過程中，采用交替切割的進刀方法更為合理。在制造過程中，需要用一條小線段來設定合理的偏置距離，使其逐漸向齒源弧的左右兩側移動。在切割過程中，必須保證產(chǎn)品的精度。這需要非常精確的數(shù)字控制，所以驅動程序硬件功能的代碼優(yōu)化十分重要。水平切割的優(yōu)化主要在于設定好刀具的起始點和進刀次數(shù)及時間。通過大量的實驗，得到了合適的切割起點和切割時間，保證了切割的精度。水平軸可通過分層輸送的方式，以控制輸送深度。刀的方向必須與直徑平行。連續(xù)實驗結果表明，該刀具的切削深度約為1cm。這樣可以保證切割速度，并且不會影響其他加工步驟。無論是垂直還是水平，最大的難題是吞吐量數(shù)值的求解?？v向吞吐量應根據(jù)橫向進刀的起始點和吞吐量計算。左右兩邊的吞吐量的總和是垂直方向上的吞吐量。而齒高的最終加工量、批量進給時間等參數(shù)是計算橫向進給初始位置和剩余進給量的關鍵。通過文獻[4]的研究，得到了橫向吞吐量的計算方法。在生產(chǎn)過程中，應注意輸送速度的增速和減速環(huán)節(jié)。這是因為在螺桿制造過程中，速度的提升和降低都會產(chǎn)生不規(guī)則的齒痕，所以設置加減速環(huán)節(jié)很重要。通過實驗測試，可以減少線程的嚴重錯誤。反饋的深度也會影響線程處理。生產(chǎn)參數(shù)，如初始進刀位置和進刀次數(shù)，都需要根據(jù)所選的刀具進行定義[5]。準備好后，進行進到作業(yè)的試驗工作。在具體的調試過程中，首先確定螺桿參數(shù)[6]，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點，估算加工時間、齒廓高度和最終材料成本的初值。然后，開始重復對進刀次數(shù)進行迭代計數(shù)。直到能夠確定刀具的起點和終點。當設備運行條件準備好后，開始進到工作。根據(jù)產(chǎn)品加工情況判斷交貨數(shù)量是否符合要求。如果沒有，重新啟動并確定開始和結束位置。到達最終進料后，確定位置和吞吐量，然后結束循環(huán)。

2.2建立健全生產(chǎn)的管理體系

在過去的研究中，表明進刀工藝在通過針對于某一特定生產(chǎn)產(chǎn)品進行適配優(yōu)化后能夠大幅提升生產(chǎn)的精準度及生產(chǎn)效率。所以，在流程化生產(chǎn)線十分成熟的今天，可以針對特定產(chǎn)品進行特定的適配優(yōu)化，達到生產(chǎn)某一零部件的最優(yōu)解，以降低設備的包容性為犧牲，從而換取較高的生產(chǎn)效率。利用數(shù)控機械進行加工生產(chǎn)出某一零部件，各個生產(chǎn)線相互協(xié)調互相補充，處理好各種零件之間的生產(chǎn)速度，降低不同零件之間的產(chǎn)能差別，從而達到生產(chǎn)成本最優(yōu)，生產(chǎn)效率最優(yōu)。實現(xiàn)該種流程化施工需要對生產(chǎn)進行嚴密的管理，需要建立健全生產(chǎn)的管理體系，對于不同產(chǎn)品不同對待，只有因地制宜的進行設備適配和生產(chǎn)調配才能夠實現(xiàn)設備效率的最大化。

2.3完善軟件設施及規(guī)范工人操作

對于刀具的選擇屬于工藝的硬件支持，能夠保證設備的運轉性能，但是刀具的運作模式需要使用系統(tǒng)的合理調度，所以對于數(shù)字控制系統(tǒng)的編寫和優(yōu)化是極其重要的。針對于進刀的起始位置、進刀的速度或者進刀次數(shù)都要進行精準設置。如果進刀的時間和位置不同，將會造成產(chǎn)品質量就下降，生產(chǎn)效率和成本也就無法保證。計算機的操作比傳統(tǒng)方法更精確，但需要不斷改進，以提高技術水平。在數(shù)控管理系統(tǒng)的建設過程中，技術人員應該與系統(tǒng)設計人員充分溝通，提出了清晰的解決方案，經(jīng)過多次測驗后的系統(tǒng)才能夠投入實際的生產(chǎn)使用。在確認系統(tǒng)可規(guī)范化使用并能夠實現(xiàn)預期效果后，系統(tǒng)仍要以長期保守的方式實施，保證系統(tǒng)運行正常。數(shù)控管理系統(tǒng)的應用和使用也需要高素質的人才。在提高硬件和軟件性能后，僅僅是保證了技術水平的上限，合格人員才能充分發(fā)揮設備的最大性能。因此，相關企業(yè)必須嚴格人才選拔管理。注冊入職后學習也是一項不容忽視的工作。進刀工藝項目的設計者和系統(tǒng)構建者應該解釋設備運行的原理及過程。雖然操作過程不涉及復雜的原理，但工作人員對于系統(tǒng)的理解是非常有必要的。一旦設備發(fā)生故障，能夠有利于工作人員獨立做出判斷，及時避免更大的損失。

3.結語

通過上文論述，對于數(shù)控機械加工工藝水平的提升主要難點在于進刀工藝的優(yōu)化上。通過分析可知，進刀工藝的優(yōu)化不僅僅在于設備的本身，還同產(chǎn)品的生產(chǎn)策略、設備的數(shù)字控制系統(tǒng)以及操作人員的自身素質有關，針對于硬件、軟件、管理及人才進行各個方面的優(yōu)化，才能夠真正的提升我國數(shù)控機械加工水平，實現(xiàn)質的飛躍。

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