機(jī)械零件數(shù)控加工精度的保障策略探討

于波

摘要： 在我國(guó)機(jī)械制造業(yè)中，數(shù)控加工是一項(xiàng)常用的零件加工方法，具有自動(dòng)化程度高、加工精度高、滿足多品種機(jī)械零件加工需求的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械零件高效、自動(dòng)化加工領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，突破了傳統(tǒng)機(jī)床加工工藝的局限性。但數(shù)控加工精度受多方面因素影響，易產(chǎn)生加工誤差，加工的機(jī)械零件的良品率有待提升?；诖耍疚膶?duì)機(jī)械零件數(shù)控加工精度的主要影響因素開展探討，針對(duì)性提出加工精度保障策略，以供參考。

Abstract： In China's machinery manufacturing industry， NC machining is a common part processing method. It has the advantages of high degree of automation， high machining precision and meeting the processing needs of many kinds of mechanical parts. It has been widely used in the field of efficient and automatic machining of mechanical parts， breaking through the limitations of traditional machine tool processing technology. But the NC machining accuracy is affected by many factors， which is easy to produce machining error， and the yield of machined mechanical parts needs to be improved. Based on this， this paper discusses the main influencing factors of NC machining accuracy of mechanical parts， and puts forward the machining accuracy guarantee strategy for reference.

關(guān)鍵詞： 機(jī)械零件;數(shù)控加工;精度;保障策略

Key words： mechanical parts;NC machining;accuracy;security strategy

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0183-02

1? 機(jī)械零件數(shù)控加工精度的影響因素

1.1 人為因素

人是開展機(jī)械零件數(shù)控加工活動(dòng)的主體，也是加工精度的主要影響因素，部分工作人員由于對(duì)新型數(shù)控機(jī)床設(shè)備型號(hào)、工藝流程與操作要點(diǎn)缺乏深入了解，或是自身操作技能熟練性不足，因下達(dá)錯(cuò)誤控制指令和不規(guī)范操作行為而影響到加工精度與機(jī)械零件產(chǎn)品質(zhì)量。例如，工作人員沒有按照預(yù)定順序開展數(shù)控加工操作、預(yù)先設(shè)定的機(jī)床參數(shù)與實(shí)際加工需求不符、工件在夾具上存在定位誤差、沒有提前開展數(shù)控機(jī)床設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)與調(diào)試工作。當(dāng)存在上述問題時(shí)，將會(huì)直接影響到機(jī)械零件的數(shù)控加工精度，引發(fā)工具摩擦受損、機(jī)械零件產(chǎn)品尺寸造型偏差。

1.2 刀具因素

從刀具角度來看，機(jī)械零件數(shù)控加工精度的主要影響因素包括刀具選用不當(dāng)、刀具更換不及時(shí)、走刀線路設(shè)定不合理。首先，刀具選用不當(dāng)問題是沒有綜合分析機(jī)械零件加工需求與造型尺寸、零件表面粗糙度、數(shù)控機(jī)床種類型號(hào)、加工工藝等因素來選擇恰當(dāng)種類的刀具，使得刀具使用壽命縮短，老化磨損速度加快，在使用一段時(shí)間后頻繁產(chǎn)生機(jī)械零件加工誤差，如在平面零件內(nèi)外輪廓的銑削環(huán)節(jié)并未配置平底立銑刀，沒有還用圓弧形或是尖形車刀作為數(shù)控車削用刀具。其次，刀具更換不及時(shí)問題是在機(jī)械零件數(shù)控加工期間長(zhǎng)時(shí)間未更換磨損嚴(yán)重的刀具，致使刀具出現(xiàn)后刀面、月牙洼、切削刃裂紋、切削刃磨鈍等磨損問題，在后續(xù)加工期間無法取得理想的加工效果。最后，走刀線路設(shè)定不合理問題是刀點(diǎn)設(shè)定不當(dāng)，沒有提前在控制系統(tǒng)中明確刀具運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，或是仍舊采取傳統(tǒng)的手工對(duì)刀操作方式，難以將對(duì)刀點(diǎn)以及刀位點(diǎn)二者保持為完全重合狀態(tài)，從而產(chǎn)生機(jī)械零件加工誤差。

1.3 程序因素

與傳統(tǒng)機(jī)械零件加工工藝相比，數(shù)控加工有著自動(dòng)化程度高的工藝優(yōu)勢(shì)，企業(yè)既可以采取常規(guī)的手工操作方式，可也預(yù)先編制控制程序，由程序基于運(yùn)行準(zhǔn)則自動(dòng)執(zhí)行預(yù)先導(dǎo)入的方案，替代人工完成對(duì)刀定位、換刀、計(jì)算刀具軌跡、調(diào)整切削速度等工藝參數(shù)的操作任務(wù)，有效減小了人為因素對(duì)機(jī)械零件數(shù)控加工精度造成的影響。然而，部分企業(yè)由于系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)匱乏，所編寫數(shù)控加工伺服控制程序存在使用功能單一、加工信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)、控制方式不合理等一系列問題，在實(shí)際加工期間受系統(tǒng)自身與外部環(huán)境影響，容易產(chǎn)生加工誤差和出現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行故障。例如，部分企業(yè)所開發(fā)的數(shù)控加工伺服系統(tǒng)并未采取常規(guī)的開環(huán)或是閉環(huán)控制方式，而是采取半閉環(huán)控制方式，主要通過螺旋槳驅(qū)動(dòng)組件和持續(xù)采集的加工信號(hào)來下達(dá)控制指令，在出現(xiàn)信號(hào)傳輸中斷或操作錯(cuò)誤問題時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)反向傳輸以及無效傳輸現(xiàn)象，產(chǎn)生機(jī)械零件加工誤差。

2? 機(jī)械零件數(shù)控加工精度的保障策略

2.1 零件圖樣分析與方案確定

在機(jī)械零件數(shù)控加工前，做好零件圖樣分析工作，詳細(xì)了解圖樣上標(biāo)記的零件尺寸公差、基點(diǎn)坐標(biāo)值、加工精度等信息，將其為憑證開展人員交底工作，以及制定機(jī)械零件數(shù)控加工方案的主要依據(jù)，在方案中合理選擇加工方式、刀具種類、控制介質(zhì)等。同時(shí)，考慮到機(jī)械零件數(shù)控加工精度及質(zhì)量的影響因素眾多，僅通過零件圖樣分析結(jié)果來制定、選擇的加工方案操作性缺乏有力保障，因此，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)按照初步擬定的零件數(shù)控加工方案，開展首件試加工試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與處理全部的技術(shù)問題，對(duì)試件的表面粗糙度、加工精度與造型尺寸進(jìn)行檢查，在其基礎(chǔ)上選擇最佳的機(jī)械零件數(shù)控加工方案，完成加工工藝文件的定型歸檔工作。

2.2 刀具更換與完善軌跡

為減小刀具因素對(duì)機(jī)械零件數(shù)控加工精度造成的影響，應(yīng)采取以下保障措施：第一，刀具選擇。綜合分析零件表面粗糙度、加工形狀、加工工藝等因素，合理選擇刀具種類。例如，在機(jī)械零件加工精度要求較高時(shí)，優(yōu)先配置具備優(yōu)異高速切削適應(yīng)能力的超細(xì)粒度硬質(zhì)合金材質(zhì)的刀具，在更換機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具時(shí)選用壽命在30min左右的刀具即可，在采取銑削加工工藝時(shí)更換平底立銑刀，根據(jù)機(jī)械零件內(nèi)輪廓面曲率半徑、加工高度、輪廓外形等參數(shù)來準(zhǔn)確計(jì)算平底立銑刀的半徑值。第二，刀具更換與磨損檢查?？紤]到刀具磨損程度會(huì)受到零件表面粗糙度、切削速度、操作行為等多方面因素影響，刀具更換時(shí)間并非固定不變。因此，為合理設(shè)定刀具更換時(shí)間，避免因刀具提前更換而增加機(jī)械零件加工成本，或是因刀具更換不及時(shí)而影響到零件加工精度，需要在機(jī)械零件加工期間應(yīng)用到觀察鐵屑顏色與工件表面、刀具壽命表、儀器檢測(cè)等方法，準(zhǔn)確判斷刀具磨損情況，在刀具磨損量超過一定指標(biāo)，或是出現(xiàn)切削刃裂縫和刻劃磨損等問題時(shí)，及時(shí)更換全新刀具。第三，刀點(diǎn)校正。將刀具相對(duì)于機(jī)械零件的運(yùn)動(dòng)期間設(shè)定為起刀點(diǎn)，要求工作人員在系統(tǒng)程序中預(yù)先輸入準(zhǔn)確的起刀點(diǎn)坐標(biāo)值，并將起刀點(diǎn)設(shè)置在夾具上，采取機(jī)械控制或是手工對(duì)刀方式，將起刀點(diǎn)和刀位點(diǎn)二者保持完全重合狀態(tài)，以刀具種類為依據(jù)來選擇刀位點(diǎn)，如將平底立銑刀的底面和軸線交點(diǎn)設(shè)定為刀位點(diǎn)，將球頭球心設(shè)定為球頭銑刀的刀位點(diǎn)。同時(shí)，部分企業(yè)為減小刀點(diǎn)誤差，選擇在控制系統(tǒng)中額外設(shè)置自動(dòng)對(duì)刀裝置，替代人工在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)刀操作，并在換刀過程中快速切換至設(shè)定的換刀點(diǎn)。

2.3 切削量參數(shù)設(shè)定

切削量參數(shù)設(shè)定是機(jī)械零件數(shù)控加工操作的重中之重，切削量設(shè)定不當(dāng)也是常見的操作錯(cuò)誤問題，工作人員沒有根據(jù)加工方法與進(jìn)給速度等因素來設(shè)定最佳的切削用量，從而產(chǎn)生較大加工余量、影響脈沖當(dāng)量和零件加工精度。因此，工作人員必須正確掌握切削量參數(shù)的計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)際加工情況與方案內(nèi)容來設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、背吃刀量，將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入V=πdn/1000公式，n為主軸轉(zhuǎn)速、d為工件直徑、V為切削速度。其中，主軸轉(zhuǎn)速是通過工件與刀具直徑和允許的切削速度來計(jì)算。進(jìn)給速度是根據(jù)工件表面粗糙度要求、工件材質(zhì)、加工方式來設(shè)定，如在采取切斷與加工深孔工藝時(shí)將進(jìn)給速度設(shè)定20-50mm/min范圍內(nèi)。背吃刀量是根據(jù)所選刀具剛度值和工件剛度來計(jì)算，要求將加工余量和背吃刀量二者數(shù)值保持基本等同狀態(tài)，并預(yù)留0.5mm左右的精加工余量作為冗余量。

2.4 做好設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作

根據(jù)機(jī)械零件數(shù)控加工生產(chǎn)情況來看，由于設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作不到位，機(jī)床設(shè)備在運(yùn)行期間偶爾出現(xiàn)故障問題，進(jìn)而產(chǎn)生較大的加工誤差，嚴(yán)重時(shí)還將加快設(shè)備與零部件的老化模塑速度，縮短機(jī)床設(shè)備的實(shí)際使用壽命。針對(duì)這一問題，企業(yè)必須提高對(duì)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)工作的開展力度，在機(jī)械零件數(shù)控加工前后開展設(shè)備調(diào)試檢查工作，發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)備隱性故障，更換磨損老化嚴(yán)重的刀具與鉆頭等部件。隨后，在機(jī)械零件加工期間持續(xù)采集記錄機(jī)床等設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備運(yùn)行工況是否符合加工標(biāo)準(zhǔn)，清理設(shè)備表面附著的灰塵污漬與破損部件，注入適量潤(rùn)滑油，將設(shè)備始終保持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。最后，定期開展設(shè)備拆機(jī)檢修工作，將機(jī)床拆解為若干零部件，逐項(xiàng)檢查各部件的使用狀況，更換全新部件，清理設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)上附著的雜質(zhì)與油路內(nèi)的堵塞物，必要時(shí)將存在嚴(yán)重故障和質(zhì)量缺陷的設(shè)備返廠維修。

2.5 優(yōu)化升級(jí)伺服控制系統(tǒng)

為進(jìn)一步提高機(jī)械零件的數(shù)控加工精度，在編寫數(shù)控加工伺服控制程序時(shí)，需要采取全閉環(huán)控制方式來取代原有的開環(huán)或是半閉環(huán)控制方式，要求在數(shù)控機(jī)床工作上臺(tái)安裝一定數(shù)量與種類的信息傳感裝置作為檢測(cè)元件，在系統(tǒng)運(yùn)行期間持續(xù)采集與分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，掌握實(shí)際位移量等參數(shù)，將實(shí)時(shí)參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的額定值進(jìn)行對(duì)比分析，根據(jù)二者差值自動(dòng)采取相應(yīng)的糾偏措施，直至完全消除加工差值，或是將差值控制在允許范圍內(nèi)。如此，機(jī)械零件數(shù)控加工精度將不會(huì)受到機(jī)械傳動(dòng)誤差、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等外部因素的明顯影響。

2.6 加強(qiáng)人員培訓(xùn)力度

為避免因錯(cuò)誤操作而影響到機(jī)械零件的數(shù)控加工精度，企業(yè)必須進(jìn)一步加強(qiáng)人員專業(yè)培訓(xùn)力度，將新型機(jī)床設(shè)備與全新加工工藝的結(jié)構(gòu)原理和操作要點(diǎn)、數(shù)控刀具選擇依據(jù)、切削用量計(jì)算公式、數(shù)控加工流程、開機(jī)前準(zhǔn)備工作內(nèi)容等作為主要的培訓(xùn)內(nèi)容，定期組織開展模擬實(shí)操演練活動(dòng)，工作人員在模擬的工作場(chǎng)景中針對(duì)性強(qiáng)化自身的突發(fā)問題應(yīng)急處置能力，積累起豐富的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，將自身掌握的理論基礎(chǔ)知識(shí)逐漸轉(zhuǎn)換為專業(yè)技能，從而預(yù)防錯(cuò)誤操作問題的出現(xiàn)，并在機(jī)械零件數(shù)控加工期間出現(xiàn)產(chǎn)生過大加工誤差等突發(fā)問題時(shí)快速采取有效的處理措施，減小問題造成的損失和負(fù)面影響。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為加快我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展步伐，解決數(shù)控加工精度不足的工藝難題，確保機(jī)械零件加工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求。因此，企業(yè)必須重視機(jī)械零件數(shù)控加工精度控制問題，正確了解問題產(chǎn)生原因，采納上述保障策略，盡可量消除不利因素對(duì)機(jī)械零件加工精度造成的負(fù)面影響。

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