數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制方法

馮利章

（江蘇省灌南中等專業(yè)學(xué)校， 江蘇 連云港 222500）

引言

數(shù)控機床車削加工技術(shù)是一種基于數(shù)字化技術(shù)與智能化終端的生產(chǎn)加工技術(shù)。此項技術(shù)在零件的加工生產(chǎn)中，可以實現(xiàn)數(shù)控生產(chǎn)的高精度控制，保證加工生產(chǎn)的成果具有較高的質(zhì)量與驗收通過率[1]。根據(jù)目前數(shù)控機床車削加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀可以看出，我國大部分數(shù)控操作的技術(shù)人員自身水平較高，他們在實際應(yīng)用中可以根據(jù)加工中的突發(fā)性情況，及時采取有效措施進行處理。但隨著行業(yè)的持續(xù)化發(fā)展，機械設(shè)備與生產(chǎn)加工零件結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，僅按照單一的生產(chǎn)加工技術(shù)難以滿足組合零件的高精度生產(chǎn)需求[2]。在多種外界因素的聯(lián)合作用下，產(chǎn)出的零件會出現(xiàn)不同程度上的質(zhì)量問題，尤其是在零件批量生產(chǎn)過程中，一旦編定程序出現(xiàn)誤差，便會對產(chǎn)出的零件造成不可逆的損傷，最終導(dǎo)致生產(chǎn)的成果質(zhì)量不達標而被廢棄或返修。因此，有必要在生產(chǎn)加工中，采取可行的措施，對生產(chǎn)中各項參數(shù)進行實時把控，提升數(shù)控機床車削加工質(zhì)量與綜合水平。通過此種方式，實現(xiàn)在保證生產(chǎn)效率的同時，提高現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化生產(chǎn)能力。

1 數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制方法

1.1 合理選擇數(shù)控機床車削加工刀具

為了確保數(shù)控機床車削加工構(gòu)件達到預(yù)期質(zhì)量標準，需要在加工前根據(jù)加工構(gòu)件的材料，選取相應(yīng)的加工刀具。為了避免由于刀具變形造成的加工尺寸誤差大問題，應(yīng)優(yōu)先選擇由硬質(zhì)合金材料構(gòu)成的刀具，本文此次設(shè)計選擇YW-02 型號的硬質(zhì)合金刀具作為加工刀具[3]。其在實際應(yīng)用中具有耐磨、抗粘等優(yōu)勢。在明確刀具類別后，根據(jù)加工中的實際需求切換使用不同型號的刀具?？蛇x的刀具類型見表1。

表1 數(shù)控機床車削加工刀具可選類型

1.2 加工工序設(shè)計

完成加工刀具的選擇后，優(yōu)化加工工序。具體過程為：確定數(shù)控機床車削加工中的起刀點，將其作為刀具相對于構(gòu)件而言的相對運動點。同時，建立數(shù)控機床空間坐標，明確在此空間內(nèi)刀具與待加工構(gòu)件兩者之間的空間關(guān)系，使用程序編譯的方式設(shè)置加工中的換刀點，避免在加工中由于換刀位置誤差造成的加工誤差。

在此基礎(chǔ)上，為了滿足加工過程中構(gòu)件的精度需求，優(yōu)選CAK5647Di FANUC 0i mate 類型的數(shù)控機床，根據(jù)不同類型構(gòu)件的特點改進構(gòu)件夾裝方式。在進行構(gòu)件的粗加工時，在其左邊位置預(yù)留法蘭工藝，在工藝內(nèi)孔位置進行刀具切換，完成構(gòu)件螺紋等細部結(jié)構(gòu)的精加工[4]。完成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精加工后，在構(gòu)件的外表面使用芯軸進行夾裝。具體步驟為：使用三爪夾持器進行構(gòu)件的夾裝處理→精細化加工孔內(nèi)結(jié)構(gòu)→粗加工外表面位置。

為了保障加工構(gòu)件的尺寸精度與質(zhì)量，需要將不同的加工工序區(qū)分處理。同時，為了避免構(gòu)件在切削加工時受熱發(fā)生變形，還需要分離常規(guī)加工與熱加工方式，通過此種方式，提高加工構(gòu)件的精度與質(zhì)量。

1.3 切削用量精準控制

除上述提出的刀具選型和加工工序優(yōu)化外，還需要在加工中做好對構(gòu)件切削用量的精準控制。例如，在加工時合理選擇車刀，并根據(jù)實際加工的進度與構(gòu)件加工精度需求，綜合控制切削速度、車刀給進速度、車刀背部吃刀量[5]。每個參數(shù)的變化都會在不同程度上對數(shù)控機床車削加工行為和最終的加工質(zhì)量造成影響，因此，在實際作業(yè)中，數(shù)控端與技術(shù)人員還應(yīng)當做好對加工基準面的宏觀調(diào)控。通過此種方式，降低加工誤差，提升加工構(gòu)件的尺寸精度。

此外，還應(yīng)當在此過程中做好對構(gòu)件圖紙的分析[6]，在必要的情況下，可使用數(shù)字化掃描技術(shù)掃描構(gòu)件的外形，根據(jù)掃描結(jié)果定制加工尺寸，通過此種方式，保證數(shù)控機床車削加工水平具有顯著提升效果。

2 試驗與結(jié)果分析

為證明本文設(shè)計方法的可行性，需要在完成上文對加工質(zhì)量控制方法的設(shè)計后，基于實踐角度對提出的數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制方法進行檢驗。

為了滿足此次試驗的真實性需求，試驗中選擇某大型零件生產(chǎn)加工單位作為此次試驗的參與單位。根據(jù)此單位一線技術(shù)人員反饋的信息可知，該企業(yè)生產(chǎn)線進行一批材料為40.0Cr 的薄壁襯套生產(chǎn)加工工程。生產(chǎn)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 薄壁襯套細部結(jié)構(gòu)（單位：mm）

根據(jù)圖1 所示的構(gòu)件細部結(jié)構(gòu)，明確此構(gòu)件的材料為合金結(jié)構(gòu)鋼，此次生產(chǎn)為小批量生產(chǎn)模式，因此，需要在加工中，使用專用的夾具進行輔助生產(chǎn)。加工過程中應(yīng)控制構(gòu)件外圓的直徑為Φ45.0 mm，對應(yīng)的內(nèi)孔Φ45.0 mm 同軸加工誤差應(yīng)控制在0.03 mm 范圍內(nèi)，其中軸線端的垂直面允許誤差為0.02 mm。

本文此次生產(chǎn)加工的零構(gòu)件具有側(cè)壁較薄的特點，同時，不同階段下的零件薄厚不一致，因此，在生產(chǎn)加工處理中，將此類零件統(tǒng)稱為薄盤類套件。加工時，將毛坯40.0Cr 材料放置在加工床上，選擇數(shù)控機床車削加工刀具。此次構(gòu)件加工過程中，粗加工所選的是45.0°車刀，精加工所選的是90.0°車刀。為避免切削過程中由于零件振動導(dǎo)致的加工行為異常，通常會在加工時，采用反向助力的方式推進構(gòu)件在車床上的位置。在此基礎(chǔ)上，進行工件的夾裝處理，此次作業(yè)所選的夾裝盤為三爪卡裝置，也是切削加工處理時較為常用的裝置。但此類夾裝在實際應(yīng)用中存在夾持寬度較窄、無法實現(xiàn)輔助定位的問題。因此，需要在此步驟的操作中，輔助支撐結(jié)構(gòu)，給予構(gòu)件一定的支撐作用力。

隨機選擇此生產(chǎn)批次中的待加工構(gòu)件作為試驗樣本，分別使用本文設(shè)計的數(shù)控機床車削加工方法（方法1）與該生產(chǎn)加工單位已有的加工方法（方法2），對兩組待加工樣品進行加工處理。完成加工后，采用隨機抽查的方式檢測加工質(zhì)量，將本文提出的允許誤差作為質(zhì)量檢測標準，當加工成果的誤差超出允許范圍時，說明此構(gòu)件未通過質(zhì)量檢驗。將抽檢通過率作為對比試驗測試指標，抽檢通過率的計算公式如下：

式中：P 為數(shù)控機床車削加工構(gòu)件抽檢通過率，%；a為通過質(zhì)量檢測的構(gòu)件數(shù)量；b 為抽檢構(gòu)件的數(shù)量。

按照式（1），對完成加工處理的兩組構(gòu)件進行隨機抽檢，整理試驗結(jié)果，如表2 所示。

表2 完成加工處理的兩組構(gòu)件隨機抽檢結(jié)果

從表2 所示的試驗結(jié)果中可以看出，使用本文提出的質(zhì)量控制方法對數(shù)控機床車削加工過程進行優(yōu)化，可以實現(xiàn)將加工構(gòu)件抽檢通過率控制在97.50%以上，而使用方法2 進行數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制，僅能將抽檢通過率控制在90.00%以上，但是低于本文方法的97.50%。綜上，得出本文對比試驗的最終結(jié)論：本文提出的數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制方法，可以有效提升加工質(zhì)量，提升構(gòu)件隨機抽檢通過率的同時，降低構(gòu)件的廢品率。

3 結(jié)語

本文從合理選擇數(shù)控機床車削加工刀具、加工工序設(shè)計、切削用量精準控制三個方面，實現(xiàn)了數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制。選擇某大型零件生產(chǎn)加工單位作為此次試驗的參與單位，通過對比試驗證明，本文提出的數(shù)控機床車削加工質(zhì)量控制方法，可以有效提升加工質(zhì)量，在提升構(gòu)件隨機抽檢通過率的同時，降低構(gòu)件的廢品率。因此，可以在后續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)加工中，將本文提出的方法嘗試投入使用，通過此種方式，提升高精度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工生產(chǎn)效率與水平。