淺談?dòng)绊憯?shù)控加工質(zhì)量的因素與處理

數(shù)控加工是一項(xiàng)先進(jìn)的加工方法,近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、艦船工業(yè)、航空工業(yè)等復(fù)雜零件、高精度零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控加工中,數(shù)控加工質(zhì)量受一系列因素影響,也就是工藝系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分,諸如刀具、夾具、機(jī)床的制造誤差、安裝誤差及刀具磨損等均會(huì)不同程度影響攻堅(jiān)的加工精度。換而言之,在數(shù)控加工過(guò)程中全面工藝系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)諸多誤差,進(jìn)而會(huì)轉(zhuǎn)變刀具與工件在加工生產(chǎn)時(shí)的相互位置關(guān)系,進(jìn)一步引導(dǎo)數(shù)控加工的質(zhì)量及精度。

1數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理

數(shù)控機(jī)床不僅可極大水平提高機(jī)床加工質(zhì)量、效率,并且配置有可編程控制的自動(dòng)化系統(tǒng)及多工位刀塔,可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜零件、高精度零件的加工生產(chǎn),表現(xiàn)出高實(shí)用性、高自動(dòng)化及高精度等特征,數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理,如圖1所示。數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中,主要是依據(jù)既定的流程對(duì)加工工件開(kāi)展處理,結(jié)合設(shè)定參數(shù)和數(shù)控要求的數(shù)控語(yǔ)言,對(duì)加工程序開(kāi)展編制,然后傳輸進(jìn)計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制裝置中,實(shí)現(xiàn)對(duì)加工程序的進(jìn)一步處理完事,接著向系統(tǒng)下達(dá)指令,由系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件推動(dòng)刀具運(yùn)行,最終實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工生產(chǎn)。

圖1數(shù)控機(jī)床運(yùn)行原理示意圖

2數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素

2.1編程影響因素

編程是數(shù)控加工的重要前提。在數(shù)控加工過(guò)程中,數(shù)控機(jī)床運(yùn)行是依據(jù)程序員編制的程序展開(kāi)的。如果編程出現(xiàn)問(wèn)題,勢(shì)必會(huì)從源頭影響到數(shù)控加工的質(zhì)量。在實(shí)際運(yùn)行中,數(shù)控機(jī)床要求編譯原點(diǎn),而編譯原點(diǎn)主要通過(guò)程序員結(jié)合零件實(shí)際情況予以確定。與此期間,如果編譯原點(diǎn)選擇不合理,便會(huì)導(dǎo)致數(shù)控加工過(guò)程產(chǎn)生極大誤差,進(jìn)而會(huì)對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。

2.2刀具影響因素

數(shù)控加工過(guò)程中需要運(yùn)用到刀具,而刀具同樣是通過(guò)制造而成的,在刀具制造過(guò)程中往往出現(xiàn)一些設(shè)計(jì)原理上的誤差。在實(shí)際生產(chǎn)中,即便可將該部分誤差控制在一定范圍內(nèi),然而隨著后期運(yùn)用便會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的磨損,在磨損達(dá)到一定程度后便會(huì)極大程度地影響到加工零件的精度,進(jìn)而造成生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量不盡人意。

2.3位置影響因素

在實(shí)際數(shù)控加工過(guò)程中,大部分零件均會(huì)設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的軸線、表面形位公差要求,為了滿足這些設(shè)計(jì)要求,必須要在數(shù)控加工時(shí),有效應(yīng)對(duì)由于機(jī)床傳動(dòng)間隙、彈性形變所產(chǎn)生的摩擦力,縮減偏差,通常情況下該部分偏差會(huì)伴隨閉環(huán)系統(tǒng)獲取相應(yīng)修正,從而對(duì)其不會(huì)構(gòu)成過(guò)大影響。然而在一些開(kāi)環(huán)數(shù)控加工系統(tǒng)中,便會(huì)造成整個(gè)加工過(guò)程產(chǎn)生誤差。

2.4幾何影響因素

在數(shù)控加工中,所引發(fā)的誤差通常可分為內(nèi)部原因和外部原因。其中,內(nèi)部原因指的是數(shù)控機(jī)床自身技術(shù)所產(chǎn)生的集合誤差,諸如刀具誤差、刀具磨損等;外部原因則指的是在數(shù)控加工時(shí)零件受溫度影響所引發(fā)的形變。

2.5機(jī)床定位影響因素

機(jī)床定位誤差是影響數(shù)控加工質(zhì)量的一項(xiàng)重要因素,并且主要可分成在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)狀態(tài)下所產(chǎn)生的一系列情況。其中,在開(kāi)環(huán)情況下,一系列影響因素會(huì)使得數(shù)控機(jī)床難以精準(zhǔn)定位,進(jìn)而形成誤差;在閉環(huán)情況下,便可通過(guò)定位檢測(cè)裝置進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)偏差的修復(fù)。

3數(shù)控加工質(zhì)量影響因素的處理策略

3.1提高編程質(zhì)量

第一,設(shè)定合理的編程方式。編程方式涵蓋了相對(duì)坐標(biāo)編程與絕對(duì)坐標(biāo)編程。其中,絕對(duì)坐標(biāo)編程是將坐標(biāo)原點(diǎn)為起點(diǎn),所導(dǎo)致的誤差相對(duì)較小;相對(duì)坐標(biāo)編程在應(yīng)用中也會(huì)形成累積誤差,但是編程工作更加高效。在數(shù)控加工中,為了盡可能的減少累積誤差的出現(xiàn),保障數(shù)控加工質(zhì)量,在對(duì)重點(diǎn)零件進(jìn)行編程的過(guò)程中可以考慮使用絕對(duì)坐標(biāo)編程方式。第二,優(yōu)化零件加工過(guò)程?？茖W(xué)合理運(yùn)用不同加工循環(huán)指令,能夠在以宏程序?yàn)榛A(chǔ)的前提下對(duì)編制程序進(jìn)行優(yōu)化處理,可以在降低編程難度的同時(shí)使得編程過(guò)程更加便捷,還能夠提升加工程序質(zhì)量,確保零件加工進(jìn)度。第三,合理處理編程計(jì)算尺寸。在進(jìn)行編程過(guò)程中需要對(duì)不同刀具計(jì)算尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)換算,將標(biāo)注的非對(duì)稱尺寸以移動(dòng)公差帶的方式進(jìn)行換算,計(jì)算出對(duì)稱公差。將自身處于公差帶下的零件部位尺寸通過(guò)相同的公差帶進(jìn)行計(jì)算,使得零件各個(gè)細(xì)節(jié)尺寸均處于允許公差范圍內(nèi),全面保障零件的加工精度。

3.2合理選擇刀具

刀具是數(shù)控機(jī)床開(kāi)展工件切削的重要部件,合理選擇刀具是提高數(shù)控加工質(zhì)量的一條有效途徑。要想通過(guò)刀具選擇來(lái)提高數(shù)控加工質(zhì)量,并要求推進(jìn)刀具管理的統(tǒng)一化、規(guī)范化及標(biāo)準(zhǔn)化。首先,正確選擇刀具材料,刀具材料選擇必須符合數(shù)控機(jī)床高速切削使用性能,必須具備可靠的熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能以及抵御沖擊性能等。其次,合理選擇刀具幾何參數(shù)、切削用量及冷卻液等,縮減刀具尺寸磨損,條件允許可借助補(bǔ)償裝置對(duì)刀具尺寸磨損開(kāi)展自動(dòng)補(bǔ)償。最后,為了保障加工人員及數(shù)控機(jī)床的安全性,應(yīng)當(dāng)對(duì)高速切削刀具結(jié)構(gòu)設(shè)置嚴(yán)格要求,即為必須同時(shí)滿足動(dòng)平衡、靜平衡兩方面要求,面對(duì)加工大直徑、盤類零件刀具及刀具外伸較長(zhǎng)等情況時(shí),應(yīng)當(dāng)有效考慮動(dòng)平衡問(wèn)題。

3.3合理定位及安裝刀具

工件的裝夾與定位很大程度上影響著工件的加工質(zhì)量及效率,定位的基準(zhǔn)選擇優(yōu)劣不僅影響著零件加工質(zhì)量,還影響著生產(chǎn)效率。首先,應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置刀具刀位點(diǎn),確保對(duì)刀點(diǎn)與刀位點(diǎn)的有效重合,在對(duì)對(duì)刀點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置過(guò)程中,既可設(shè)置于加工零件上,也可設(shè)置于夾具中,但需要始終保質(zhì)其與零件定位基準(zhǔn)建立相關(guān)坐標(biāo)尺寸相聯(lián)系,以使得刀點(diǎn)的設(shè)置能夠始終位于零件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,始終保障數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系與零件加工坐標(biāo)系之間存在緊密聯(lián)系,避免對(duì)數(shù)控機(jī)床工作造成影響,從而改善零件的質(zhì)量精度。

3.4提高導(dǎo)軌幾何精度

機(jī)床導(dǎo)軌在數(shù)控加工中扮演著十分重要的角色,不論是刀具的運(yùn)行還是工件的運(yùn)行均有賴于機(jī)床導(dǎo)軌。所以,為了提高數(shù)控加工質(zhì)量,必須要對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌開(kāi)展嚴(yán)格校核,提高導(dǎo)軌幾何精度。倘若數(shù)控機(jī)床為一體式,可通過(guò)設(shè)置斜床式機(jī)床床身,以提高導(dǎo)軌結(jié)合精度。這是因?yàn)樾贝彩綑C(jī)床有助于精簡(jiǎn)機(jī)床自身質(zhì)量,進(jìn)而達(dá)到提高導(dǎo)軌精度的目的。除此之外,通過(guò)精簡(jiǎn)機(jī)床質(zhì)量,還有助于增強(qiáng)機(jī)床負(fù)載能力、抗拉強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度,并可提高機(jī)床在高負(fù)荷情況下運(yùn)行的精度。除去該項(xiàng)措施外,機(jī)床導(dǎo)軌在設(shè)計(jì)過(guò)程中,還應(yīng)當(dāng)合理選擇滾珠。即為為了確保數(shù)控機(jī)床可在高負(fù)荷下依然實(shí)現(xiàn)高精度,通常采用具有較強(qiáng)負(fù)載能力的圓柱滾珠。

3.5提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性

本質(zhì)上而言,影響數(shù)控加工質(zhì)量的重中之重,還是在于數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)。即便近年來(lái)我國(guó)在數(shù)控加工領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了長(zhǎng)足發(fā)展,然而,受機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)局限影響,使得我國(guó)綜合機(jī)械制造技術(shù)水平相較于發(fā)達(dá)國(guó)家依舊存在一定差距。因而,提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性尤為關(guān)鍵。為了提高數(shù)控加工質(zhì)量,在機(jī)床設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)開(kāi)展好下述幾項(xiàng)工作:首先,為了確保數(shù)控機(jī)床主機(jī)質(zhì)量,可采用外購(gòu)方式得到某些關(guān)鍵設(shè)備部件,進(jìn)而提高數(shù)控加工質(zhì)量。其次,在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)開(kāi)展全面系統(tǒng)的考慮,并且要特別關(guān)注數(shù)控機(jī)床在高負(fù)荷下可能產(chǎn)生的誤差和故障。換言之,數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮其整體負(fù)載能力,確保其各部分受力的均衡性,特別是處理好相關(guān)零件或機(jī)構(gòu)的連接部分受負(fù)載影響,而可能引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形或斷裂情況。再次,應(yīng)當(dāng)注意工件或機(jī)床部件在加工時(shí)引發(fā)振動(dòng)現(xiàn)象,這些振動(dòng)往往會(huì)對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量造成極大影響。所以,在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)當(dāng)考慮降低機(jī)床高低以確保其加工穩(wěn)定性。同時(shí),為了縮減由于摩擦形成熱量對(duì)加工質(zhì)量的影響,機(jī)床設(shè)計(jì)還應(yīng)當(dāng)考慮設(shè)計(jì)完善的冷卻水循環(huán)。最后,在工件加工前,應(yīng)當(dāng)對(duì)其實(shí)際情況進(jìn)行有效分析,并結(jié)合其具體精度要求,合理選擇刀具,開(kāi)展好編程及切削參數(shù)設(shè)置工作。這一系列因素需要開(kāi)展全面系統(tǒng)靠,并需要確保工件加工時(shí)不會(huì)出現(xiàn)停頓情況,進(jìn)而促進(jìn)數(shù)控加工的有序開(kāi)展。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之,影響數(shù)控加工質(zhì)量的因素多種多樣,所以產(chǎn)生的誤差也尤為復(fù)雜。因此,數(shù)控加工相關(guān)人員必須要加強(qiáng)對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量影響因素的全面分析,提高編程質(zhì)量,合理選擇刀具,合理定位及安裝刀具,提高導(dǎo)軌幾何精度,提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性,等等,積極促進(jìn)數(shù)控加工質(zhì)量精度的有效提高。

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