數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工工藝機(jī)械自動化控制技術(shù)

李風(fēng)娟

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)萊蕪礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

傳統(tǒng)銑床金屬構(gòu)件加工，整個生產(chǎn)流水線都需要人工的參與，在一定程度上降低了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，同時人工參與的生產(chǎn)線在生產(chǎn)成本上也有所提升，同時生產(chǎn)線過程中的生產(chǎn)質(zhì)量也不能得到保證，大大的影響了銑床金屬構(gòu)件加工的效率，而隨著數(shù)字化技術(shù)的產(chǎn)生，數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)銑床相結(jié)合，形成了現(xiàn)代數(shù)控銑床技術(shù)，整個生產(chǎn)流水線減少了人力的參與，在很大程度上節(jié)約了生產(chǎn)成本，同時各大企業(yè)加大對銑床金屬行業(yè)加工的投入，在金屬構(gòu)件生產(chǎn)工藝上有了很大的進(jìn)步，自動化的金屬構(gòu)件加工工藝，在行業(yè)生產(chǎn)中大幅度的提升了生產(chǎn)的效率。經(jīng)過不斷改進(jìn)的生產(chǎn)工藝和數(shù)控銑床技術(shù)，數(shù)控銑床加工金屬構(gòu)件的工藝過程更加智能化和自動化[1]。產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量都有了大幅度的提升，數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)銑床技術(shù)的結(jié)合，對金屬構(gòu)件加工業(yè)來說是非常重要的一個舉措。

1 自動化數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工的特點

1.1 集成化

數(shù)控銑床的主要依托是通過計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的控制與管理，利用信息技術(shù)，通過設(shè)定相應(yīng)的加工工藝參數(shù)，從而更好的在整個生產(chǎn)流水線中進(jìn)行金屬構(gòu)件的加工，數(shù)控銑床集成化特點較為明顯[2]。數(shù)控銑床加工金屬構(gòu)件的過程更加簡潔明了化，同時自動化程度也有所提升，融入計算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)控銑床加工生產(chǎn)線，在生產(chǎn)安全性上也有所提升，利用設(shè)定好的加工工藝參數(shù)，可以更好的減少加工過程中的失誤，同時集成化的數(shù)控銑床加工流程，能夠減少技術(shù)人員的工作量，機(jī)械生產(chǎn)效率也有所提升。并且在整個生產(chǎn)加工線中，通過不斷優(yōu)化改進(jìn)生產(chǎn)工藝參數(shù)，可以減少生產(chǎn)中的資源浪費，從而更好地減少數(shù)控銑床生產(chǎn)過程中的成本。

1.2 精細(xì)化

傳統(tǒng)的銑床金屬構(gòu)件加工過程中，由于人為的參與，不可避免的造成了金屬構(gòu)件品質(zhì)的差異，也有可能造成構(gòu)件尺寸大小的不一，人工操作的誤差率較高。而融入了數(shù)字技術(shù)的現(xiàn)代銑床技術(shù)，在金屬構(gòu)件加工，品質(zhì)上也有所提升，同時也能避免金屬構(gòu)件在尺寸大小方面的誤差性。通過設(shè)定精確的加工工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)程序化的金屬構(gòu)件加工，對于有明確要求的金屬構(gòu)件類型，也可以通過調(diào)整工藝參數(shù)的設(shè)計，從而達(dá)到要求。在特殊的生產(chǎn)工藝中，自動化的生產(chǎn)工藝還可以通過參數(shù)的設(shè)定，達(dá)到特殊工藝產(chǎn)品的要求[3-6]。

1.3 技術(shù)性

傳統(tǒng)的銑床金屬構(gòu)件加工工藝的操作模式比較簡單，且功能性也比較單一，需要完成復(fù)雜的金屬構(gòu)件加工，還需要多個銑床結(jié)合加工。數(shù)控銑床不僅能滿足多元化的金屬零件加共需求，還能滿足各式的零件加工路徑和工藝，利用信息化技術(shù)和計算機(jī)控制系統(tǒng)，可以設(shè)定金屬構(gòu)件加工參數(shù)的程序，綜合多種加工工藝滿足不同加工需求的零件加工，數(shù)控銑床由數(shù)控中心的計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，完成加工程序編寫，然后再下傳指令，進(jìn)行金屬零件的加工，減少了銑床的數(shù)量。數(shù)控銑床在加工過程中通過自動化技術(shù)控制，可以減少人為的參與，在生產(chǎn)技術(shù)性上有了一定的提升。

1.4 敏捷性

傳統(tǒng)的數(shù)控銑床對金屬構(gòu)件的加工，受技術(shù)類型的限制，可操作的特點比較單一，對于具有曲面或者弧度的金屬構(gòu)件，傳統(tǒng)的數(shù)控銑床便無法滿足該類型金屬構(gòu)件的加工。而實現(xiàn)自動化的數(shù)控銑床，可以再進(jìn)行金屬構(gòu)件加工的時候，根據(jù)金屬構(gòu)件的尺寸以及大小，進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)計，同時對于有弧度或者曲面的金屬構(gòu)件包容性也較強(qiáng)，對于加工單種類型的金屬構(gòu)件具有敏捷性，而自動化的數(shù)控銑床在加工金屬構(gòu)件時，對于不同材質(zhì)的金屬構(gòu)件也擁有相應(yīng)的包容性，并不會因為材質(zhì)的不同而影響金屬構(gòu)件的加工質(zhì)量，同時也不會降低金屬構(gòu)件加工的數(shù)量。

2 數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工工藝應(yīng)用

自動化數(shù)控銑床的發(fā)展不僅能夠帶動金屬加工業(yè)的發(fā)展，對于促進(jìn)自動化數(shù)控銑床行業(yè)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)也有重要的作用。同時還能夠大幅度的提升金屬加工工藝的效率，同時對于金屬構(gòu)件產(chǎn)品的質(zhì)量也有推進(jìn)作用[4]。與傳統(tǒng)的數(shù)控銑床相比較，自動化的數(shù)控銑床，能夠使用的加工工藝也比較多元化，在操作工序上也有了一定的進(jìn)步，靈活性也有所提升。從加工作業(yè)的角度看，自動化數(shù)控銑床可以靈活的利用鉆、鉸等方式加強(qiáng)對金屬構(gòu)件曲面的處理，同時還可以實現(xiàn)金屬構(gòu)件輪廓的處理。對于零件加工的精密性來說，自動化的數(shù)控銑床，能夠更符合其加工的要求。

2.1 金屬零件的平面加工

金屬銑床用于金屬零件的平面加工，這種操作方式比較簡單，加工過程方便，精度控制好，加工效率高。采用數(shù)控銑床技術(shù)加工的金屬零件在產(chǎn)品性能上更接近產(chǎn)品本身的需求，能有效滿足市場需求。金屬零件的平面加工技術(shù)主要以零件的水平和垂直水平加工為基礎(chǔ)，可以代表一個水平面和一定的加工角度。成品零件的質(zhì)量需要從零件本身出發(fā)，包括零件的參數(shù)要求等，根據(jù)零件的相關(guān)性能指標(biāo)要求選擇合適的刀具和工藝等。例如，在扁平包加工中，刀體結(jié)構(gòu)的加工性能較高，在這種情況下，選擇無孔刀片可以有效增加排屑空間，提高切削加工性能?？梢员ＷC和降低金屬零件的表面加工平整度、加工過程中截面中的應(yīng)力[7]。立式加工有利于工件的立式銑削，刀片可以通過將刀片固定在垂直槽中進(jìn)行分度，從而實現(xiàn)大進(jìn)給和多次走刀。將金屬零件的平面加工到一定角度時，需要根據(jù)實際角度要求調(diào)整銑刀的角度，加工到更合適的角度。數(shù)控銑床對金屬零件進(jìn)行端面加工時，刀體的振動幅度根據(jù)所選的主傾角不同而不同，因此為保證銑削加工精度，必須按照標(biāo)準(zhǔn)合理設(shè)置銑削角度，真正需要最大限度地提高刀具本體的抗沖擊能力。

2.2 金屬零件的曲面處理

對于復(fù)雜形態(tài)的零件，例如葉片螺旋槳類型的金屬零件，通常需要進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)合加工，也就是說需利用數(shù)控中心或者數(shù)控銑床進(jìn)行處理，對于具有開放邊界的車轍，球頭工具通常用于在數(shù)控銑床上進(jìn)行“切線”加工。數(shù)控中心的信息技術(shù)控制中心，會在金屬零件加工過程中收集數(shù)據(jù)和信息，并對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行實時處理，進(jìn)一步分析程序參數(shù)以及金屬零件的加工參數(shù)，綜合對零件加工進(jìn)行控制，從而達(dá)到零件所需要的標(biāo)準(zhǔn)[8]。金屬零件在加工過程中，金屬零件的加工路徑參數(shù)均上傳到數(shù)控中心，由數(shù)控中心進(jìn)行機(jī)床的參數(shù)調(diào)整，設(shè)定刀具的運行路徑，不同的金屬零件的刀具運行路徑不同，但每一個表面的所設(shè)定的運行路徑實際上與直線相同，根據(jù)每個金屬零件的加工要求，參數(shù)也有一定的變化，根據(jù)數(shù)控中心計算中心，通過需求算出刀具的加工次數(shù)，同時控制刀具的運行方向，并以此來保證金屬零件加工的質(zhì)量，同時確定刀具的刀量。金屬零件在加工過程中，可以將金屬零件以4個面的方式進(jìn)行加工處理，以此來保證金屬零件的加工質(zhì)量。水平面過渡加工過程中，隨著過渡逐漸完成，金屬零件表面的弧度逐漸縮小，也就是說刀具與表面的角度也在逐漸減小，在這個過程中，道具的銑削角度是滿足金屬零件曲面加工需求的，能夠在金屬表面銑削出一個光滑的表面。

2.3 金屬零件的三維表面處理

在三維加工中，CNC銑床的X、Y、Z加工軸可以同時操作金屬零件，但各軸的操作方式由單獨的程序控制，在單獨程序控制下，數(shù)控銑床的刀具可以實現(xiàn)金屬零件的三維立體銑削。因為數(shù)控銑床可以進(jìn)行多軸聯(lián)合作業(yè)，所以金屬零件三維立體加工時，可以利用數(shù)控銑床根據(jù)金屬零件的表面形狀，以及金屬零件的精度要求，選擇合適的加工刀具，在數(shù)控中心設(shè)定金屬零件所需要的空間坐標(biāo)，完成金屬零件的三維加工。由于軸坐標(biāo)都是獨立系統(tǒng)進(jìn)行控制的，所以可以進(jìn)行兩軸半坐標(biāo)聯(lián)動加工，例如，在2坐標(biāo)聯(lián)動的3坐標(biāo)切線法中，3軸中的任意2軸可以進(jìn)行關(guān)聯(lián)插補，第三軸獨立循環(huán)通過輸入工具。使用低切法時，分度原則為第三軸，刀頭之間必須保持安全軌跡，并取決于表面輪廓的粗糙度[9-11]。球體一般采用頭銑床，刀頭半徑保證表面曲率半徑最小，選擇盡可能大，有利于散熱要求。數(shù)控銑床聯(lián)動加工的好處是，在加工過程中可以根據(jù)加工情況設(shè)定加工程序參數(shù)，只要調(diào)整參數(shù)就可以實現(xiàn)下一個曲面或平面的加工，銜接性強(qiáng)，能滿足金屬零件的高精度要求。

3 金屬零件加工工藝數(shù)控銑床分析

眾所周知，將機(jī)床自動化控制技術(shù)應(yīng)用到數(shù)控銑床金屬零件的加工中，將對行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展、提高技術(shù)水平、改進(jìn)工藝流程產(chǎn)生重大影響。金屬零件在利用數(shù)控銑床加工過程中展現(xiàn)出了不同的加工特性和對銑床的需求，利用數(shù)控中心的信息系統(tǒng)，強(qiáng)化對數(shù)控銑床加工零件過程中的管理，通過有限元算法的不停復(fù)刻和模擬計算[12]，分析在金屬零件加工過程中的數(shù)據(jù)情況，并根據(jù)收集得到的數(shù)據(jù)信息，分析金屬零件加工的參數(shù)需求，確定最佳的加工參數(shù)和工藝路徑，并選擇合適的數(shù)控銑床，對于數(shù)控銑床的機(jī)身也進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而發(fā)揮有限元計算的作用。嚴(yán)格控制數(shù)控銑床的加工工藝過程和本體工藝設(shè)計，可以降低在金屬零件加工過程中的加工誤差，合理范圍內(nèi)的誤差是被允許的。

另外，銑床機(jī)身的安裝過程非常簡單，沖力是一個節(jié)點，如果沖力小于200KN，只需要調(diào)整螺絲使其直接接地即可，此時的數(shù)控銑床就可以滿足金屬零件的高精度加工要求。反之，如果沖孔力大于200KN，則將次零件預(yù)埋在基礎(chǔ)中，然后將數(shù)控銑床和次零件連接到基礎(chǔ)上，以確保整體穩(wěn)定性，可以避免由于穩(wěn)定性問題造成的加工進(jìn)程降低，整個零件在加工過程中可以穩(wěn)定持續(xù)的實現(xiàn)銑削，從而保證金屬零件的加工進(jìn)度。采用機(jī)器制造自動化技術(shù)，建立和完善管理計劃，改進(jìn)工藝流程，可以實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床金屬零件自動化加工。此外，通過借助微處理器技術(shù)、傳感器技術(shù)、新型儀表技術(shù)等[13]，可以實現(xiàn)數(shù)控銑床結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新發(fā)展，大幅度的提升數(shù)控銑床的生產(chǎn)效率和金屬零件加工的精度，全方位的提升數(shù)控銑床的構(gòu)造完成度，能夠更加符合當(dāng)前社會金屬零件加工需求。

4 數(shù)控銑床金屬零件在機(jī)器自動化和模具安裝方面的加工技能提升策略

4.1 增加銑刀的預(yù)處理應(yīng)用

在使用數(shù)控銑床加工金屬零件的過程中，需要增加銑刀預(yù)處理的應(yīng)用，可以從以下幾個方面入手：首先，當(dāng)待加工金屬零件的質(zhì)量得到提高時，可以實現(xiàn)合金鋼零件的加工，由于合金鋼硬度高，使用普通刀具不僅不能滿足加工要求，還會造成加工刀具的損壞。因此，在一定的加工過程中，需要做好半成品的加工，結(jié)合加工產(chǎn)品的相關(guān)工序，使金屬零件進(jìn)行預(yù)處理，確保銑刀加工次數(shù)的合理數(shù)量，然后進(jìn)行加工，以達(dá)到和完成加工目的。其次，用上述方法加工金屬零件的過程必須與實際加工相結(jié)合，針對這種情況，對加工工藝和加工產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)檢測，積極改進(jìn)和完善加工工藝過程中，調(diào)整工藝闡述，達(dá)到延長數(shù)控銑床刀具使用壽命的目的。

4.2 檢查使用銑床輪廓清理方法的合理性

在科學(xué)使用數(shù)控銑床加工金屬零件的過程中，要保證銑床輪廓清理方法的合理性，可以從兩個方面入手：首先，由于根部清理要求的精度很高，在實際處理過程中，初始加工操作首先通過粗加工完成。在這個環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)處理必須小心，因為在操作過程中角度很容易磨損或損壞工具。結(jié)合被加工金屬零件的材質(zhì)硬度，與刀具材質(zhì)的硬度，預(yù)防刀具或金屬零件的結(jié)構(gòu)破壞。

4.3 數(shù)控銑床加工金屬零件專用模具的安裝

數(shù)控銑床在作業(yè)過程中，由數(shù)控機(jī)床和不同類型的零件加工模具組成，不同類型的金屬零件在加工過程中，需要利用不同的加工模具，在進(jìn)行模具安裝的過程中，需要將模具與數(shù)控銑床形成一個整體，在需要使用的時候，安裝零部件模具，就可以進(jìn)行不同類型零件的加工，因此，數(shù)控銑床的模具安裝要求較高，不同的類型安裝在不同的位置，高度以及寬度都需要進(jìn)行不同的調(diào)整。很多企業(yè)在進(jìn)行數(shù)控銑床模具零件安裝的時候，一定要注意安裝程序和技術(shù)，無論是法蘭、還是蘭臺，都需要進(jìn)行精細(xì)化的處理。例如在調(diào)整特殊模具高度的時候，可以選擇通過加墊片的方式進(jìn)行高度的調(diào)整，特殊高度需要特殊的墊片，數(shù)控銑床想要實現(xiàn)自動化的發(fā)展，就需要進(jìn)一步的安全模具安裝的內(nèi)容，減少模具的零部件數(shù)量，還需要不斷的進(jìn)行數(shù)量的調(diào)整，從而提升模具安裝的自動化程度，從時間成本來說，改變部分模具，可減少更換機(jī)床的時間，從而節(jié)約成本。首先是機(jī)床自動化控制技術(shù)的實用性，在金屬零件的設(shè)計階段，需要綜合全方位的進(jìn)行考慮，分析數(shù)控銑床自動化控制技術(shù)的實際應(yīng)用程度，選擇合適的加工模具，最終實現(xiàn)數(shù)控銑床金屬零件是的自動化加工。高效率、高質(zhì)量的模具安裝工作凸顯了機(jī)器自動化控制技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益。其次，從金屬零件產(chǎn)品加工的角度來看，整個生產(chǎn)過程必須消耗大量的能源。減少工序，可以促進(jìn)金屬零件加工過程中的資源消耗綜合成本得到合理控制。

5 總結(jié)

綜上所述，自動化的數(shù)控銑床金屬構(gòu)件加工過程中可以滿足集成化、精細(xì)化、技術(shù)性、敏捷性等要求，實現(xiàn)金屬構(gòu)件加工過程中的自動化展開，同時還可以實現(xiàn)金屬構(gòu)件的平面加工、曲面加工、立體曲面加工能多種自動化操作，強(qiáng)化自動化技術(shù)在數(shù)控銑床中的應(yīng)用程度，可以更好的推動金屬構(gòu)建加工工藝的優(yōu)化，提升金屬構(gòu)架加工效率，推動行業(yè)發(fā)展。