試論機械零件數(shù)控加工精度的保障策略

何俊杰，金鑫，秦雪飛，蒲江涌，羅震，韓甲瑞

（1.寶雞石油機械有限責(zé)任公司，2.中油國家油氣鉆井裝備工程技術(shù)研究中心有限公司，陜西 寶雞 721000）

隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，機械加工系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、自動化水平得到了全面提升，而且隨著社會的不斷進步，人們對機械零件的加工精度要求也越來越嚴(yán)格，從而使得機械零件加工難度更大，將機械加工系統(tǒng)與數(shù)控技術(shù)進行有效結(jié)合后，充分發(fā)揮數(shù)控加工技術(shù)優(yōu)勢來實現(xiàn)機械加工創(chuàng)新，進而能夠全面提升機械產(chǎn)品加工質(zhì)量，因此，要在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用過程中有效利用各類影響因素進行深入分析和有效解決，這樣才能保障產(chǎn)品加工質(zhì)量。

1 數(shù)控車床基本結(jié)構(gòu)及原理

作為一種機電一體化產(chǎn)品，數(shù)控機床實現(xiàn)了自動化機械技術(shù)、測量技術(shù)以及計算機信息技術(shù)的綜合，隨著當(dāng)今時代下智能化技術(shù)的快速推進，數(shù)控車床也正在逐步向著效率更高、精度更高的方向發(fā)展。數(shù)控車床的整體結(jié)構(gòu)主要包括機械結(jié)構(gòu)、電子控制單元、數(shù)控車床電源等幾部分。在進行零件加工的過程中，傳統(tǒng)車床必須要利用人工方式來對刀具和零件的移動進行控制，加工過程中操作人員要對應(yīng)加工圖紙進行操作，這樣才能夠順利完成零件的切削等加工。而利用數(shù)控車床能夠有效節(jié)省人力資源，操作人員只需要按照設(shè)計圖紙將加工程序進行編程后，對零件加工的規(guī)格參數(shù)、加工順序、車床旋轉(zhuǎn)方向等進行明確規(guī)定后，數(shù)控車床就可以按照加工指令進行自動化處理，同時，也能夠?qū)τ谒欧到y(tǒng)執(zhí)行指令，從而使得車床的加工部件做出運動，并最終完成零件的自動化加工。

2 機械零件數(shù)控加工精度影響因素

2.1 人為影響因素

雖然數(shù)控加工技術(shù)具有極高的自動化程度，但是在進行零件加工過程中，仍然需要以人作為主體，這也是影響機械零件數(shù)控加工的加工精度的主要因素。部分?jǐn)?shù)控機床的操作人員由于對新型數(shù)控機床工藝流程、操作要點的掌握不夠深刻，或者自身操作技能存在缺陷，導(dǎo)致在零件加工過程中出現(xiàn)控制指令下達(dá)錯誤、操作不規(guī)范行為等現(xiàn)象，在此情況下，零件的加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量就會受到影響。例如，在進行零件加工的過程中，操作人員沒有嚴(yán)格執(zhí)行既定的加工順序，在加工前并未對零件加工的機床參數(shù)進行詳細(xì)核實，導(dǎo)致加工參數(shù)與實際加工要求不符。此外，由于存在操作失誤導(dǎo)致工件在夾具上出現(xiàn)了定位誤差，進行機械零件加工前并未對數(shù)控機床進行及時調(diào)試和維護保養(yǎng)。上述問題的存在必然會導(dǎo)致機械零件數(shù)控加工精度受到影響，甚至可能會引發(fā)工具出現(xiàn)磨損、零件尺寸造型出現(xiàn)偏差等問題。

2.2 刀具影響因素

機械零件數(shù)控加工過程中如果存在刀具選用不合理、更換不及時、走刀線路設(shè)定不合理等問題，必然會對加工精度產(chǎn)生影響。首先，在選擇刀具之前，首先要對機械加工需求和造型尺寸、加工粗糙度、機床種類型號、加工工藝等相關(guān)因素進行全面綜合后來完成刀具的選擇，如果操作人員未對上述因素進行充分考慮而導(dǎo)致刀具選擇不合理問題，不僅會對刀具使用壽命產(chǎn)生影響，也會加速刀具磨損，在此情況下，進行零件加工必然會導(dǎo)致出現(xiàn)加工誤差，例如，在加工平面零件內(nèi)外輪廓的銑削加工過程中并未選擇平底立銑刀，或者是進行切削加工過程中未選擇圓弧形或尖形車刀。其次，機械零件數(shù)控加工過程中，刀具長時間使用必然會出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，如果不能進行及時更換會導(dǎo)致刀具出現(xiàn)月牙洼、切削刃鈍、后刀面相關(guān)問題，這必然會對后續(xù)的零件加工效果產(chǎn)生較大影響。最后，操作人員如果對刀點設(shè)定存在不合理之處不重視，就必然會導(dǎo)致走刀線路設(shè)定出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)的刀具運動坐標(biāo)未提前進行明確，或者是在操作過程中對刀方式仍然采取傳統(tǒng)方法，刀點和刀位點不能實現(xiàn)完全重合，由此也會導(dǎo)致零件加工產(chǎn)生誤差。

2.3 程序影響因素

相較傳統(tǒng)的機床加工，數(shù)控加工具有極高的自動化加工優(yōu)勢，在加工過程中，操作人員不僅可以采取傳統(tǒng)的手工控制模式，而且也可以通過預(yù)先編制控制程序進行零件加工。數(shù)控車床的加工程序按照自動執(zhí)行的方式提前導(dǎo)入方案中，通過程序執(zhí)行完成傳統(tǒng)加工模式下需要人工操作才能完成的對刀定位、換刀、刀具軌跡計算、切削速度調(diào)整等工藝流程，自動化程序下使得機械零件數(shù)控加工中的人為影響因素的影響被有效消除。但是，需要注意的是，部分企業(yè)由于缺乏對數(shù)控機床系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗，數(shù)控加工伺服控制程序的編寫仍然存在功能單一、加工信號傳輸缺乏穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性差、控制方式不合理等眾多問題，導(dǎo)致實際進行零件加工的過程中會受到外部環(huán)境的嚴(yán)重影響，不僅會導(dǎo)致出現(xiàn)加工誤差，而且也會使機床運行故障概率增加。例如，加工企業(yè)未針對數(shù)控加工伺服系統(tǒng)采取開環(huán)或者閉環(huán)等常規(guī)控制方式，在加工中應(yīng)用了半閉環(huán)控制，在這種控制模式下，控制指令下達(dá)主要通過螺旋組件驅(qū)動以及加工信號采集來完成，如果在加工中一旦出現(xiàn)信號傳輸中斷或者操作失誤等問題，必然會使得系統(tǒng)出現(xiàn)無效傳輸或者反向傳輸?shù)葐栴}，由此也會導(dǎo)致出現(xiàn)較大加工誤差。

3 機械零件數(shù)控加工精度保障措施

3.1 分析零件圖紙，確定方案

首先，要對機械零件設(shè)計圖紙進行詳細(xì)分析，對圖紙上的零件尺寸工廠、基礎(chǔ)坐標(biāo)、加工進度等相關(guān)信息進行詳細(xì)掌握，在此情況下與技術(shù)人員完成技術(shù)交底，并以此為依據(jù)制定出詳細(xì)的機械零件數(shù)控加工方案，在方案制定過程中首先要對加工方式、控制介質(zhì)、刀具種類等進行合理選擇。與此同時，由于機械零件在數(shù)控加工過程中會受到很多因素的影響，因此，僅僅根據(jù)零件設(shè)計圖紙分析結(jié)果來制定加工方案不能充分保障產(chǎn)品加工質(zhì)量和加工進度，還需要充分結(jié)合加工現(xiàn)場按照擬定的數(shù)控加工基本方案開展試加工實驗，通過試加工來及時發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工中存在的問題并進行及時解決，同時，也要對試加工件的加工進度、外形尺寸、表面粗糙度等參數(shù)進行嚴(yán)格檢查，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)加工方案的進一步優(yōu)化，并最終完成加工工藝文件的進行歸檔。

3.2 刀具更換和加工軌跡完善

為了能夠?qū)C械零件數(shù)控加工過程中因刀具因素導(dǎo)致的加工進度影響控制在最低的程度，應(yīng)該按照以下措施給予保障：首先，完成刀具合理選擇。針對加工零件的表面粗糙度、外形形狀、加工工藝的相關(guān)因素進行綜合分析后來選擇最合理的刀具類型。例如，加工零件對精度要求較高的情況下，應(yīng)該盡可能選擇具備較高高速切削適應(yīng)能力的超細(xì)力度硬質(zhì)刀具。針對機夾可轉(zhuǎn)位刀具進行更換的過程中使用壽命為30min左右的刀具即可，如果要進行銑削加工，則要及時更換平底立銑刀，平底立銑刀的半徑值要充分結(jié)合機械零件外輪廓曲率半徑、外輪廓形狀、加工高度等相關(guān)參數(shù)進行確定；其次，刀具的更換和磨損檢查。在數(shù)控機床加工過程中，零件表面粗糙度、操作行為、解決速度等都會對刀具磨損產(chǎn)生一定影響，因此，刀具更換時間也應(yīng)該結(jié)合實際加工狀況進行確定。刀具更換過于提前會導(dǎo)致加工成本增加，刀具更換不及時，則會對零件加工精度產(chǎn)生影響。為了保證刀具更換時間的合理性，在機械零件加工的過程中要利用鐵屑顏色與工件表面、刀具壽命表、儀器檢測等方法針對刀具磨損程度進行判斷，一旦刀具磨損達(dá)到某一限制或者產(chǎn)生刻劃模式、切削刃裂縫等現(xiàn)象的情況下就要及時更換刀具；在此，要及時校正刀點。在數(shù)控加工過程中操作人員必須要通過系統(tǒng)提前將準(zhǔn)確的起刀點坐標(biāo)輸入，同時要在夾具上設(shè)置起刀點，要充分保障刀位點和起刀點完全重合，刀位點在選擇過程中要結(jié)合刀具種類進行確定，例如在加工過程中使用平底立銑刀的情況下，刀位點就應(yīng)該設(shè)置為平底立銑刀底面與軸線的交點，球頭銑刀通常情況下是以球頭的球心來作為刀位點。此外，一些企業(yè)為了能夠?qū)?shù)控機床的刀點誤差控制在最小程度，經(jīng)常會將一個自動對刀裝置設(shè)置在數(shù)控加工系統(tǒng)中，以此替代人工對刀操作，通過該裝置不僅能夠讓對刀效率得到進一步提升，而且也能夠在換刀過程中實現(xiàn)換刀點的快速設(shè)定。

3.3 設(shè)定切削量參數(shù)

在機械零件數(shù)控加工操作過程中，切削量參數(shù)設(shè)定屬于非常重要的一個環(huán)節(jié)，數(shù)控加工操作失誤中切削量參數(shù)設(shè)定不合理問題也比較常見，作為操作人員沒有嚴(yán)格按照加工方法和進給速度等相關(guān)因素設(shè)置最佳的切削用量，導(dǎo)致加工零件出現(xiàn)了較大加工余量，同時，也很可能會對零件加工精度已經(jīng)脈沖當(dāng)量產(chǎn)生較大影響。因此，在實際加工過程中作為操作人員需要對切削量參數(shù)的計算方法進行正確掌握，同時，結(jié)合實際加工狀況以及加工方案對數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度、背吃刀量等相關(guān)參數(shù)進行合理確定，將各類參數(shù)設(shè)定完成后充分利用公式V=πdn/1000來精確計算出機床的主軸轉(zhuǎn)速，該公式中n表示的是主軸轉(zhuǎn)速，d表示的是加工工件直徑，V則表示的是切削速度。充分結(jié)合加工工件材質(zhì)、加工方式以及加工零件的表面粗糙度要求等來確定加工的進給速度，例如，在進行深孔加工或者是切斷加工的過程中，通常情況下，需要將進給速度設(shè)定在20～50mm/min。另外需要結(jié)合使用刀具的剛度值以及工件本身剛度詳細(xì)計算出背吃刀量，在進行參數(shù)計算和設(shè)定的過程中，需要充分保障加工余量和背吃刀量兩個數(shù)值基本保持相同，同時，也要預(yù)留出0.5mm精加工余量來作為零件加工的冗余量。

3.4 設(shè)備保養(yǎng)維護

從當(dāng)前機械零件數(shù)控加工的實際生產(chǎn)狀況可以看出，因維護保養(yǎng)不到位經(jīng)常會導(dǎo)致數(shù)控機床設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生故障等問題，在此情況下，會導(dǎo)致零件加工產(chǎn)生誤差，而且設(shè)備和相關(guān)零部件的老化速度也會加快，進而嚴(yán)重影響機床設(shè)備的使用壽命。因此，作為機械加工企業(yè)，要進一步加大機床設(shè)備的維護保養(yǎng)力度，在進行機械零件加工之前，首先要對設(shè)備進行詳細(xì)檢查調(diào)試，及時發(fā)現(xiàn)其中存在故障進行有效解決，刀具或鉆頭等部件產(chǎn)生磨損或老化現(xiàn)象后要及時進行更換。其次，在進行機械零件的加工過程中，需要對機床設(shè)備的實時運行數(shù)據(jù)進行及時采集，通過數(shù)據(jù)分析后對設(shè)備的基本運行狀況是否與加工標(biāo)準(zhǔn)相符，同時，也要對機械設(shè)備表面存在的破損部件或者是灰塵污漬等進行徹底清理和更換，并加強對設(shè)備潤滑油的加注，保障設(shè)備時刻能處在最佳運行狀態(tài)。最后，針對機床設(shè)備要開展定期的拆檢工作，拆檢過程中對各項設(shè)備正好進行及時檢測，發(fā)現(xiàn)磨損嚴(yán)重或損壞等要及時進行更換，如設(shè)備內(nèi)部存在復(fù)合雜質(zhì)或油路堵塞等現(xiàn)象要及時進行清理，如果設(shè)備存在嚴(yán)重故障或者是零部件存在嚴(yán)重缺陷的情況下返廠維修。

3.5 伺服控制系統(tǒng)升級優(yōu)化

為了能夠使機械零件的數(shù)控加工精度得到進一步提升，在進行數(shù)控伺服控制程序編寫的過程中，要盡可能使用全閉環(huán)控制模式，減少半閉環(huán)或開環(huán)控制，數(shù)控機場工作臺也要適當(dāng)增加傳感元件，以此針對設(shè)備運行過程中的運行狀態(tài)進行及時監(jiān)測，對工件加工的位移等參數(shù)進行實時掌握，將監(jiān)測數(shù)值與預(yù)先設(shè)定數(shù)值進行詳細(xì)對比后采取有效糾偏措施，這樣才能將加工砂紙進行有效消除，或者可以將加工砂紙保持在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

總而言之，我國機械制造行業(yè)目前正處于快速發(fā)展過程中，數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，為了能夠充分保障機械加工零件質(zhì)量達(dá)到預(yù)期要求，就要對數(shù)控加工精度不同的問題進行不斷改進。作為機械加工企業(yè)要對機械零件數(shù)控加工精度控制問題給予高度重視，對于數(shù)控加工過程中存在的影響因素進行深入分析，并采取合理的保障措施有效消除機械零件數(shù)控加工過程中的負(fù)面影響因素。