數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量影響因素分析

方 穎

（江蘇科技大學(xué)，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

在科技水平大幅提升的背景下，我國工業(yè)生產(chǎn)方面的各領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用數(shù)控機(jī)床，隨著數(shù)控機(jī)床整體水平的日益提高，給我國機(jī)械加工領(lǐng)域帶來的經(jīng)濟(jì)、社會等效益巨大，在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)中，衡量其總體質(zhì)量、效率的一個重要指標(biāo)就是加工質(zhì)量。目前，與數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量息息相關(guān)的影響因素較多，如機(jī)床自身、加工方法、現(xiàn)場管理等，而為了最大限度地保證加工質(zhì)量，必須要結(jié)合各方面影響因素探討對應(yīng)的防控手段，確保數(shù)控機(jī)床功能、作用充分發(fā)揮。

1 數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量影響因素

1.1 人和工藝因素

從人為因素方面來看，在機(jī)械制造中，必不可少的重要構(gòu)成就包含人，而人的素養(yǎng)存在參差不齊的情況，若數(shù)控加工操作員技能、素養(yǎng)達(dá)不到實(shí)際要求，必然會影響到數(shù)控加工質(zhì)量。從當(dāng)前來看，在大部分?jǐn)?shù)控加工工廠之內(nèi)，普遍存在的一個問題就是基層操作員素養(yǎng)、水平處在待提升的狀態(tài)中，操作技術(shù)不夠優(yōu)良，對待工作的態(tài)度也有一定問題，所以給數(shù)控加工質(zhì)量造成了影響。從加工工藝方面來看，在數(shù)控加工質(zhì)量上，面臨的一大影響因素就是加工工藝?，F(xiàn)如今，社會的各方面已經(jīng)全面普及計(jì)算機(jī)，受這一因素影響，傳統(tǒng)以人為本的加工工藝開始逐步發(fā)生巨大改變。而從目前的加工工藝來看，主要的方式就是人工和計(jì)算機(jī)的結(jié)合，其中人的素質(zhì)造成的影響仍然不容忽視。但在信息技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的背景下，會逐步地提高數(shù)控加工的工藝水平，此時人為因素造成的影響自然能夠得到極大程度的規(guī)避，最終逐步的提升數(shù)控加工質(zhì)量水平。

1.2 機(jī)器因素

首先，夾具。此設(shè)備主要是用來進(jìn)行模具的裝夾操作。數(shù)控機(jī)床中，裝夾模具要具備高精度特征。一般而言，機(jī)床運(yùn)行前，操作者應(yīng)在夾具上固定好工件，在此基礎(chǔ)上啟動機(jī)床，以設(shè)定參數(shù)為依據(jù)開展生產(chǎn)、加工作業(yè)。這一過程，若夾具針對模具進(jìn)行裝夾的過程中，誤差過大，加工工件不標(biāo)準(zhǔn)的問題就會產(chǎn)生，甚至報廢。另外，操作人員裝夾的環(huán)節(jié)，受人員因素影響夾具過松現(xiàn)象極易出現(xiàn)，而該方面問題給加工質(zhì)量帶來的影響也不容小覷。夾具選擇不當(dāng)、或有質(zhì)量問題存在時，也會給加工質(zhì)量造成影響。其次，刀具。數(shù)控加工中，“前線”就是刀具，而刀具質(zhì)量與所加工工件質(zhì)量息息相關(guān)。刀具帶來的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面：①刀具精度。數(shù)控加工中，一個最主要的要求就是針對刀具精度，要結(jié)合不同精度要求的工件，針對性的選用刀具。②刀具材質(zhì)。加工件不同的情況下，所選刀具材質(zhì)也應(yīng)呈現(xiàn)出針對性。從當(dāng)前來看，超硬材料及金屬陶瓷等為應(yīng)用相對廣泛的刀具材質(zhì)，一旦材質(zhì)選擇不科學(xué)，加工工件質(zhì)量必然會受到影響。③刀具尺寸。數(shù)控加工中涉及到較多的工件類型，而工件形狀的不同，也需要采取針對性的刀具尺寸。若尺寸不適配工件實(shí)際情況，就會制約加工有序推進(jìn)。④刀具形狀。加工件有各種各樣的形狀，所以對刀具的形狀也有一定特殊要求。以圓弧曲面工件為例，要選擇球頭銑刀，如果選用的刀具形狀達(dá)不到實(shí)際要求，對應(yīng)工件的加工自然難以進(jìn)行。

1.3 誤差因素

影響數(shù)控加工質(zhì)量的常見因素就是誤差，誤差中的一些屬于客觀存在，所以完全、徹底的消除目標(biāo)難以達(dá)成，而針對這些誤差只能以人工、技術(shù)等為依據(jù)，使誤差逐步地減少。目前，機(jī)器、控制系統(tǒng)、加工環(huán)節(jié)等誤差是影響數(shù)控加工質(zhì)量的常見誤差內(nèi)容。①機(jī)器誤差。當(dāng)前的數(shù)控機(jī)床，技術(shù)進(jìn)步較大，誤差的產(chǎn)生也得到了逐步減少，但值得注意的是，機(jī)床升、降速時，時間誤差易出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)此種情況，超程問題就會產(chǎn)生，影響加工質(zhì)量。②控制系統(tǒng)誤差。當(dāng)前的數(shù)控機(jī)床，涉及開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)三種控制系統(tǒng)，上述系統(tǒng)精度為遞增關(guān)系。在開環(huán)系統(tǒng)中，多是在經(jīng)濟(jì)型機(jī)床中應(yīng)用，無位置進(jìn)行系統(tǒng)檢測工作，且有效位置檢測也難以進(jìn)行，更無法反饋工件位移情況。在低精度工件加工中應(yīng)用的情況下，質(zhì)量問題極易出現(xiàn)。對于半閉環(huán)系統(tǒng)來說，工作臺變換位置等極易影響機(jī)床，危機(jī)工件質(zhì)量。閉環(huán)系統(tǒng)精度高，但轉(zhuǎn)動間距誤差極易出現(xiàn)，導(dǎo)致加工質(zhì)量問題由此出現(xiàn)。③加工中誤差。該方面誤差大多數(shù)是以刀具為主要來源，一般來說，在刀具難以緊密貼合的情況下，工件動線偏差就會出現(xiàn)，而該方面偏差問題并非操作所致，其在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就已存在，所以會給加工質(zhì)量造成直接的影響。

2 數(shù)控加工質(zhì)量影響因素的防控措施

2.1 加強(qiáng)一線操作員培訓(xùn)

操作數(shù)控機(jī)床的主體就是一線操作工，人員技能、素養(yǎng)水平會直接影響數(shù)控加工質(zhì)量。所以有關(guān)企業(yè)要在人員的培養(yǎng)、專業(yè)操作員的招聘上加強(qiáng)力度。①要招聘個人素養(yǎng)良好的一線人員，并確保引進(jìn)的一線人員具備吃苦耐勞精精神、良好態(tài)度和文化水平等。與此同時，也需要企業(yè)從一線操作員出發(fā)，進(jìn)行針對性的培訓(xùn)、教育，培訓(xùn)中要以技術(shù)技能、敬業(yè)精神、個人素養(yǎng)等為主要內(nèi)容，加上必要考核的落實(shí)，進(jìn)而在人員通過考核的情況下，才能安排到具體工作崗位。②因當(dāng)前數(shù)控機(jī)床技術(shù)正處在逐步發(fā)展的狀態(tài)中，工廠中也開始陸續(xù)的出現(xiàn)一些新技術(shù)、新裝備等，此時要想使新技術(shù)、新設(shè)備得到有效化的應(yīng)用，要再次的培訓(xùn)一線員工，日常生活中要注意培訓(xùn)課程的定期開設(shè)，以鞏固人員高效化、高質(zhì)量應(yīng)用新技術(shù)、新裝備的基礎(chǔ)，促進(jìn)工廠效率的提升，為生產(chǎn)順利推進(jìn)提供保障。另外，由于數(shù)控加工中的危險性相對突出，所以培訓(xùn)的定期開設(shè)中，要在安全生產(chǎn)問題上提高關(guān)注度，要提醒一線人員關(guān)注生產(chǎn)安全，基于人身安全的保障，為企業(yè)更高效益的創(chuàng)造、獲取貢獻(xiàn)自己的力量。

2.2 選擇精度適合的數(shù)控機(jī)床設(shè)備

數(shù)控機(jī)床精度在加工工件精度方面起到著重要決定性作用，若應(yīng)用的數(shù)控機(jī)床不具備較高的精度，此時在對有較高精度要求的工件加工中，質(zhì)量問題必然會出現(xiàn)。與此同時，由于不同精度數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)存在差異性，所以對環(huán)境也有較高的要求。此種情況下，就需要工廠以精度不同為依據(jù)，針對精度適宜的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行選用。從現(xiàn)階段我國實(shí)際情況來看，一些專業(yè)器具雖然仍然是以進(jìn)口為主，但大多數(shù)的自主生產(chǎn)均已實(shí)現(xiàn)。而從現(xiàn)階段大部分工廠中采購的數(shù)控機(jī)床來看，對成本控制要求相對嚴(yán)格，一些工廠為了使成本超支問題得到規(guī)避，可能并沒有嚴(yán)格的考察所選數(shù)控機(jī)床的廠家，無法保證數(shù)控機(jī)床的精度要求達(dá)到加工實(shí)際需要，此時也很難加工出完美的工件。另外，在應(yīng)用高精度數(shù)控機(jī)床的情況下，要注意專業(yè)運(yùn)行環(huán)境的營造，如專業(yè)設(shè)備室等，為機(jī)床的順利運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。

2.3 合理選擇刀具和走刀程序

數(shù)控加工中，極為重要且不可或缺的一個部件就是刀具，在選擇刀具科學(xué)、合理、適用的情況下，才能夠最大限度地保證數(shù)控加工質(zhì)量，所以需要操作人員慎重的選用刀具。數(shù)控機(jī)床中，涉及繁多種類的刀具，且不同刀具的尺寸、大小、材質(zhì)、形狀等也存在差異，該方面需要操作人員以實(shí)況為依據(jù)，將恰當(dāng)?shù)毒哌x擇出來。從目前來看，應(yīng)用相對廣泛的刀具材料就是硬紙材料，此類材料刀具可在具有高精度要求的工件加工中應(yīng)用，也具有理想化的切削速度。但值得注意的是，并非所有數(shù)控加工均可選擇此材料刀具來應(yīng)用，原因是一些數(shù)控加工中應(yīng)用此材料道具的情況下，加工過程的難度可能會增加，最終導(dǎo)致加工質(zhì)量問題由此出現(xiàn)，所以要結(jié)合實(shí)際來選用。另外，走刀程序的選擇也不容忽視，原因是數(shù)控加工精度的基礎(chǔ)保障就是走刀程序。對于數(shù)控加工中傳統(tǒng)走刀程序來看，其弊端在當(dāng)前日益凸顯，導(dǎo)致數(shù)控加工中質(zhì)量問題出現(xiàn)幾率大幅增加。而在數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平日益提升的背景下，同時得到發(fā)展的還有走刀程序。但值得注意的是，因每一種走刀程序都有相應(yīng)的限制性因素存在，所以要想為加工工件的質(zhì)量、精度等奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，要注意多種粗加工方式的整合應(yīng)用，基于不同方式不同優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮，使各自缺點(diǎn)有效規(guī)避，保障精度要求的滿足，使質(zhì)量問題切實(shí)規(guī)避。

2.4 優(yōu)化模具的裝夾方式

數(shù)控加工中，極重要的部分之一就是夾具，夾具力度大小都會給加工精度造成影響，所以裝夾模具的環(huán)節(jié)，要嚴(yán)控裝夾力度，使切削中誤差的產(chǎn)生切實(shí)規(guī)避。調(diào)整裝夾力度的過程中，應(yīng)以模具材質(zhì)為依據(jù)，以低硬度模具為例，避免施加過大的裝夾力，否則無法為加工精度提供一定保障；而高硬度模具，可加大裝夾力，創(chuàng)造有利條件來推動模具的正常運(yùn)行，使精度恰當(dāng)?shù)墓ぜ邢髂繕?biāo)有效實(shí)現(xiàn)。數(shù)控加工前，需要操作人員充分且詳細(xì)了解模具大小及材質(zhì)、硬度等各方面情況，繼而將模具裝夾力度確定好，同時也要充分的掌握裝夾位置，使位置不當(dāng)影響模具均衡受力、最終損壞模具并影響加工質(zhì)量的現(xiàn)象切實(shí)規(guī)避。對于不同模具來說，很難借助肉眼來分辨其所存薄弱區(qū)域，所以在收到新模具的情況下，需要專業(yè)技術(shù)員對模具實(shí)況進(jìn)行及時確定，之后基于模具合理裝夾位置，為操作人員實(shí)際操作提供便利，保障機(jī)床高效運(yùn)行?？偟膩碚f，在模具裝夾不當(dāng)或損壞模具的情況下，會危及操作員的人身安全，甚至嚴(yán)重事故也會因此引發(fā)。所以需要工廠以模具裝夾位置為立足點(diǎn)，將健全工作流程制定好，使操作不當(dāng)引發(fā)的質(zhì)量、安全等問題最大限度地減少。

2.5 對加工中誤差進(jìn)行補(bǔ)償、預(yù)防

數(shù)控加工中，往往會客觀存在一些難以避免的誤差，所以提前預(yù)防、補(bǔ)償十分必要。如周圍環(huán)境，要將機(jī)床所在地高溫及高濕、高壓等問題積極規(guī)避掉，避免以上因素給數(shù)控加工的正常推進(jìn)造成影響。對于操作人員來說，要充分了解機(jī)床的機(jī)器設(shè)備，結(jié)合要求規(guī)范化、有序地進(jìn)行相應(yīng)操作，以此有效防控操作不當(dāng)、操作失誤等造成的誤差。另外，我國數(shù)控技術(shù)得益于科技的進(jìn)步、發(fā)展開始逐步得到提升，且對數(shù)控加工也提出了越來越高的精度要求、標(biāo)準(zhǔn)等，此時針對某些無法消除的誤差來說，可以與技術(shù)手段將配合達(dá)到補(bǔ)償目的。如螺距補(bǔ)償，數(shù)控加工中因刀具難以緊密貼合而造成的動線偏差問題，就可借助該技術(shù)達(dá)到補(bǔ)償目的，促進(jìn)工件精度的提升。但值得注意的是，上述技術(shù)的應(yīng)用仍然無法保障誤差的完全消除，其僅能達(dá)到大幅補(bǔ)償?shù)哪康?。再如，坐?biāo)誤差補(bǔ)償。數(shù)控加工中，最外側(cè)部位坐標(biāo)點(diǎn)位不準(zhǔn)的現(xiàn)象極易出現(xiàn)，最終導(dǎo)致誤差由此產(chǎn)生。而依據(jù)傳感檢測機(jī)床有關(guān)位置溫度，并將位置變化坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)值記錄好，之后將自身分析工具的功用充分發(fā)揮出來，達(dá)到對應(yīng)補(bǔ)償數(shù)據(jù)的獲取目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)償機(jī)床控制系統(tǒng)的一種方式就是坐標(biāo)誤差補(bǔ)償。除上述補(bǔ)償措施以外，幾何、解耦等補(bǔ)償也十分常見，但值得注意的是，此類補(bǔ)償要和其他補(bǔ)償手段進(jìn)行綜合使用，如此才能保障良好補(bǔ)償效果。但應(yīng)用上述補(bǔ)償方法，僅能在一定程度上補(bǔ)償誤差，并非能夠使誤差的產(chǎn)生完全規(guī)避掉。但從目前來看，得益于科技水平的日益提升，我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展、進(jìn)步日益加快，在此啟動下，誤差越來越小，零部件精細(xì)化程度也日益提升，此時自然能夠逐步減少加工質(zhì)量問題。

2.6 注重?cái)?shù)控機(jī)床編程設(shè)計(jì)

數(shù)控技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)和眾多技術(shù)實(shí)現(xiàn)融合目標(biāo)，如計(jì)算機(jī)，且依據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)展而來的編程系統(tǒng)控制等技術(shù)，在數(shù)控機(jī)床的加工中起到的作用不容忽視。其中，應(yīng)用編程技術(shù)能使加工效率、質(zhì)量得到有效控制，也能便捷地加工。但不容忽視的是，編程中仍然涉及到人員的操作，所以該方面人員能力、編程軟件有效性在數(shù)控加工質(zhì)量上有著一定的決定性作用。要想使加工中質(zhì)量問題有效規(guī)避，對編程人員、編程軟件的要求較高。①編程人員。需要工廠招聘有過硬技術(shù)水平、良好個人素養(yǎng)的人才，同時以現(xiàn)階段新技術(shù)不斷更新情況為依據(jù)，開展必要的技術(shù)培訓(xùn)工作，為編程工作正常推進(jìn)提供保障，此時也能夠依據(jù)編程人員對數(shù)控加工工藝進(jìn)行逐步地優(yōu)化。②編程軟件。目前，市場上有眾多的編程軟件，而不同軟件的效果也存在差異，需要編程人員在編程軟件上進(jìn)行針對性的選用，保證其質(zhì)量的同時，順利進(jìn)行編程工作，維護(hù)加工質(zhì)量，如cimatron等編程軟件，已經(jīng)在眾多數(shù)控加工中得到普及。

3 結(jié)束語

在我國制造業(yè)中，極為重要的一個工序環(huán)節(jié)就是數(shù)控加工，而數(shù)控加工質(zhì)量在制造業(yè)發(fā)展方面起著決定性作用。從現(xiàn)階段我國數(shù)控加工情況來看，各種因素的存在給加工質(zhì)量造成了影響，所以必須要就影響因素、對應(yīng)防控手段進(jìn)行分析、探討，多管齊下保障加工質(zhì)量。