試論機(jī)械加工中銑削加工精度的影響因素

母國(guó)妹

摘要：工業(yè)制造是國(guó)家發(fā)展中的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，而作為工業(yè)制造的主要環(huán)節(jié)之一，機(jī)械加工制造有多種加工方式，如銑削、磨削、車削等。數(shù)控銑床是現(xiàn)代化機(jī)械加工的重要手段，因精度控制成效關(guān)乎機(jī)械加工的質(zhì)量及效率，為此，銑削加工中應(yīng)將加工精度的控制作為重點(diǎn)。由于多種因素會(huì)導(dǎo)致銑削加工精度下降，因而文章將圍繞機(jī)械加工中數(shù)控銑削加工精度影響因素及補(bǔ)償措施展開探討，并探尋保障機(jī)械加工精度的有效舉措。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;數(shù)控銑削加工;精度控制

數(shù)控銑床加工時(shí)需要以加工要求為依據(jù)編制加工程序，而后由數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)出指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)加工。可采取數(shù)字化方式表達(dá)主軸起停與變速、刀具進(jìn)退以及工件位移等各項(xiàng)操作，加工穩(wěn)定性更高且更為精準(zhǔn)。然而由于數(shù)控銑床自身精度、加工過程易出現(xiàn)控制偏差，因而會(huì)降低數(shù)銑加工精度。因此，需要加強(qiáng)數(shù)控銑床加工精度控制，從而提高數(shù)控銑床加工水平。

1.機(jī)械加工中影響銑削加工精度的影響因素

1.1數(shù)控銑床系統(tǒng)誤差因素及補(bǔ)償措施

1.1.1幾何誤差

若是數(shù)控銑床系統(tǒng)中部分結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)不精準(zhǔn)，或是位置定位不準(zhǔn)確，會(huì)引起加工偏差。如絲杠是定位數(shù)控銑床精度的主要部件，若應(yīng)用的是精度較高的滾珠線杠，會(huì)導(dǎo)致螺距誤差出現(xiàn)?？赏ㄟ^螺距誤差補(bǔ)償方式降低此種幾何誤差，通過記錄坐標(biāo)軸中某一軸的運(yùn)行位置，利用高精度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合測(cè)量結(jié)果對(duì)比偏差值，從而在軸運(yùn)行時(shí)由數(shù)控系統(tǒng)對(duì)出現(xiàn)偏差的位置給予自動(dòng)補(bǔ)償。數(shù)銑工件的加工精度等級(jí)取決于數(shù)控銑床重要結(jié)構(gòu)的加工精度，如簡(jiǎn)易型數(shù)控銑床的運(yùn)動(dòng)分辨率是0.01mm，其運(yùn)動(dòng)及加工的精度均不足0.03mm，而超精密型數(shù)銑則可應(yīng)用于高精密加工當(dāng)中，精度可控制在0.001mm之內(nèi)。

通過表1分析得知，單軸定位精度及重復(fù)定位精度是機(jī)械加工中軸的運(yùn)行能否保持穩(wěn)定的關(guān)鍵。

1.1.2受力變形

數(shù)銑工藝系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，切削、裝夾時(shí)會(huì)產(chǎn)生作用力，加之受到重力及慣力影響，會(huì)使工藝系統(tǒng)間的位置關(guān)系發(fā)生變化，會(huì)導(dǎo)致加工精度下降，或使加工過程出現(xiàn)不穩(wěn)定問題。通過把握機(jī)床零件接觸面的品質(zhì)可增強(qiáng)接觸剛度，從而化解此問題，如可通過刮研機(jī)床導(dǎo)軌或裝配面實(shí)現(xiàn)剛度補(bǔ)償。另一種補(bǔ)償方式是加強(qiáng)支撐輔助，從而達(dá)到局部剛度增加的效果。如在加工細(xì)長(zhǎng)軸工件時(shí)，可設(shè)置跟刀架，從而使銑削時(shí)的剛度有所提升。此外，也可采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)移等方式消除變形因素。

1.1.3受熱變形

銑削過程中會(huì)產(chǎn)生切削熱、摩擦熱，或是因工作場(chǎng)地周邊存在熱源等因素，導(dǎo)致銑削工藝系統(tǒng)的溫度異常升高。在熱作用影響下，工藝系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)變形，會(huì)會(huì)引發(fā)工件、刀具位移，或是使之出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而降低加工精度。解決受熱引起的變形問題，可選用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)的機(jī)床，可應(yīng)用主動(dòng)控制方式對(duì)重要結(jié)構(gòu)件的溫度進(jìn)行控制，且可采用切削液輔助降低系統(tǒng)溫度，或是于加工前預(yù)熱機(jī)床，空轉(zhuǎn)直至熱量均衡再正式進(jìn)行零件加工。也可通過刀具及切削參數(shù)的調(diào)整降低系統(tǒng)溫度，加工體積較大或較長(zhǎng)的工件時(shí)，應(yīng)確保工件夾緊后末端具有一定的伸縮空間。

1.2數(shù)控編程工藝因素及補(bǔ)償措施

1.2.1刀具進(jìn)退方式及加工方式選擇

刀具進(jìn)退方式是機(jī)械加工中與工件輪廓精度關(guān)聯(lián)較大的因素，若是刀具直徑發(fā)生改變，機(jī)床進(jìn)給速度變化均會(huì)導(dǎo)致加工精度下降，因此，機(jī)械加工時(shí)進(jìn)退刀應(yīng)選用圓弧方式。數(shù)控銑削加工有兩種加工方式，一為順銑，二為逆銑，加工方式的選擇也會(huì)影響加工精度。為保障加工表面品質(zhì)，延長(zhǎng)刀具使用壽命，應(yīng)盡可能選用順銑加工方式。加工表面硬化或夾砂工件時(shí)，為避免刀具受損則必須應(yīng)用逆銑加工方式。含纖維材料等不屬于金屬材料的加工過程中，也需利用逆銑方式以切斷纖維，從而保障加工不出現(xiàn)精度偏差。

1.2.2數(shù)銑孔加工路線選擇

數(shù)控銑削時(shí)，若是加工位置精度要求不嚴(yán)格，可采用圖1所示的加工路線（a）進(jìn)行加工，此路線運(yùn)行長(zhǎng)度最短，但Y向上易出現(xiàn)誤差是其弊端所在。若是加工時(shí)對(duì)位置精度有較高要求，則需采用路線相對(duì)較長(zhǎng)的（b）圖的加工路線，可對(duì)Y向誤差進(jìn)行有效規(guī)避。

1.2.3編程原點(diǎn)確定誤差

數(shù)控編程中，原點(diǎn)的尺寸公差換算過程中易導(dǎo)致誤差出現(xiàn)，因此，確定編程原點(diǎn)時(shí)零件加工精度會(huì)受到影響。為避免這一誤差出現(xiàn)，應(yīng)選擇換算簡(jiǎn)便的點(diǎn)作為編程原點(diǎn)，且不可采用尺寸鏈換算方式進(jìn)行計(jì)算。確保所選工件表面精度較高，且要以工作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為依據(jù)，或是遵循工藝標(biāo)準(zhǔn)確定編程原點(diǎn)。

1.3工件自身因素、人為因素及補(bǔ)償措施

1.3.1工件內(nèi)應(yīng)力

加工過程中，冷熱變化會(huì)導(dǎo)致工件形成內(nèi)應(yīng)力，加工普通工件時(shí)，內(nèi)應(yīng)力會(huì)保持平衡，而若是所加工工件自身具備一定內(nèi)應(yīng)力，則會(huì)出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力失衡現(xiàn)象，便會(huì)引起工件變形問題。解決這一問題，主要方式是簡(jiǎn)化零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，或是做好工藝流程的重新梳理，將精加工及粗加工分開進(jìn)行，以便粗加工完成后，留有充足時(shí)間重新分布內(nèi)應(yīng)力，確保工件充分變形，而后再進(jìn)行精加工，可有效降低因變形誤差所導(dǎo)致的加工精度下降問題。

1.3.2人工測(cè)量誤差

工件加工或工序調(diào)整過程中，涉及工件測(cè)量，常會(huì)因測(cè)量結(jié)果不精準(zhǔn)而導(dǎo)致加工誤差，解決這些測(cè)量誤差，有效辦法是選擇適合的測(cè)量方法，控制好量具精度，精準(zhǔn)測(cè)量加工件，并把控好加工環(huán)境的溫度。

2.保障機(jī)械加工精度的有效舉措

2.1確保銑削加工方案的科學(xué)制定

銑削加工時(shí)，要加強(qiáng)影響加工精度的因素分析，確保銑削加工方案的科學(xué)制定。可采用階梯銑削法加工平面工件。如加工齒輪類工件時(shí)，應(yīng)選用立式銑刀，并采用展成加工方式?？蛇\(yùn)用光學(xué)手段，或利用電測(cè)試等方式控制工件的加工余量，以使之加工尺寸的精度控制更加精準(zhǔn)。

2.2適當(dāng)應(yīng)用刀具補(bǔ)償

若是銑削過程中刀具行走軌跡與切削形狀存在偏差，則需要以實(shí)際加工形狀為依據(jù)，測(cè)算出刀具位置處的軌跡坐標(biāo)，并對(duì)其實(shí)施補(bǔ)償。刀具補(bǔ)償方法有兩種，一為長(zhǎng)度補(bǔ)充，是對(duì)刀具長(zhǎng)度變化給予補(bǔ)償。二為半徑補(bǔ)償，是通過刀具半徑補(bǔ)償以免加工時(shí)影響工件輪廓尺寸。刀具補(bǔ)償既可采取人工補(bǔ)償方式，由人工在編輯程序中錄入刀具半徑，也應(yīng)采取自動(dòng)補(bǔ)償方法，即應(yīng)用數(shù)控機(jī)床的刀具補(bǔ)償功能實(shí)現(xiàn)。刀具補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，可對(duì)切削中因刀具磨損后出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象所導(dǎo)致的切削線路偏離問題進(jìn)行有效規(guī)避，從而確保將加工精度控制工預(yù)定范圍內(nèi)。

2.3科學(xué)把控加工工藝

機(jī)械加工過程中，應(yīng)了解加工產(chǎn)品圖，明確加工產(chǎn)品的具體加工要求，詳細(xì)分析質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，確定產(chǎn)品適用范圍，并對(duì)產(chǎn)品表面的熱處理情況進(jìn)行了解，從而判斷關(guān)鍵性產(chǎn)品要求。同時(shí)，要重視零件裝夾環(huán)節(jié)，既要控制好零件尺寸精度，也要盡量降低裝夾次數(shù)。應(yīng)控制好加工順序，遵循先粗加工、后精加工的原則，明確面、孔加工順序。可采用分層加工方式，以便降低精加工時(shí)的切削量，并減少刀具或工件變形率，也可降低零件尺寸精度控制難度。

2.4選用適合的切削液

金屬零件銑削加工時(shí)需要應(yīng)用切削液，其可冷卻刀具，也可起到潤(rùn)滑作用。切削液是由多種不同成分的功能型助劑配制而成，根據(jù)油品的化學(xué)成分不同，可將之分成兩個(gè)類別，一是油基類切削液，二是水基類切削液。粗加工過程中，刀具切削工件時(shí)切削量較大，并且刀具旋轉(zhuǎn)速度不快，易因溫度升高而使工件出現(xiàn)脹縮現(xiàn)象，且刀具退火及淬火過程中會(huì)導(dǎo)致工件或刀具硬度變化，或改變其強(qiáng)度值，此時(shí)，可采用水基切削液冷卻切削部位，從而消除因熱作用所導(dǎo)致的變形問題，以此提高工件的加工精度。精加工過程中，刀具切削量并不高，但刀具轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度均較快，因而工件表面易出現(xiàn)毛刺，此時(shí)，可利用油基切削液潤(rùn)滑切削部位，從而避免出現(xiàn)毛刺，加工出高精度工件。

結(jié)語：機(jī)械加工中，銑削加工精度控制需要以影響因素的精準(zhǔn)把控與及時(shí)消除為重點(diǎn)，以保證機(jī)械制造加工產(chǎn)業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展。應(yīng)加強(qiáng)數(shù)銑機(jī)床自身系統(tǒng)誤差控制、消除編程工藝誤差，并做好工件自身因素、人為因素所導(dǎo)致的加工誤差的有效控制，還應(yīng)對(duì)其他方面的因素進(jìn)行把控，立足加工實(shí)際，通過綜合分析與全面控制消除這些因素對(duì)加工精度產(chǎn)生的影響，通過銑削加工精度的提升，確保發(fā)揮出工業(yè)制造產(chǎn)業(yè)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要作用。

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