李鏡懸，邱述龍，覃事鵬

（中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412002）

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用下，機(jī)電行業(yè)的制造技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，相關(guān)企業(yè)逐漸完成新舊技術(shù)的更替，其中也包括改良數(shù)控設(shè)備。世界上多個(gè)領(lǐng)域的研究成果被綜合應(yīng)用在精密機(jī)械的設(shè)計(jì)中，從而可以自動(dòng)準(zhǔn)確地掌握各類網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高效應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的成熟發(fā)展，數(shù)控車床的加工工藝已經(jīng)完成了傳統(tǒng)向現(xiàn)代的轉(zhuǎn)換，在計(jì)算機(jī)編程的應(yīng)用下極大地提升了金屬企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在全球經(jīng)濟(jì)化的影響下，加工工藝的水平可以全面展現(xiàn)各個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)狀況和發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其中數(shù)控編程在金屬機(jī)械加工中的廣泛應(yīng)用能夠提高車床加工精度和加工質(zhì)量，保證在滿足質(zhì)量要求下縮短零件的生產(chǎn)周期，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。如何提高零件加工精度是現(xiàn)代企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要發(fā)展方向，在提高工作效率上具有重要意義，本文在此基礎(chǔ)上研究影響數(shù)控車床加工精度的因素，并提出相應(yīng)的解決辦法為企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升提供思路。

1 數(shù)控車床加工精度的影響因素

數(shù)控車床是在刀具和相關(guān)構(gòu)件組合完成后通過(guò)編程語(yǔ)言完成加工的裝置，在其工作前需要對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和部分裝置進(jìn)行設(shè)定。其自身機(jī)械力和驅(qū)動(dòng)性，可能會(huì)在一定程度上影響其加工精度，包括主軸轉(zhuǎn)速和給進(jìn)量以及刀具選擇和切屑次數(shù)等[1]。主軸轉(zhuǎn)速越高產(chǎn)生的給進(jìn)量越多，在重復(fù)使用的刀具中會(huì)造成表面切削的縫隙，成品工件的粗糙度范圍會(huì)在正交轉(zhuǎn)換中無(wú)法精準(zhǔn)打磨，以上三方面因素作用下造成了數(shù)控車床加工精度的改變。

2 數(shù)控車床加工精度提高方法

2.1 設(shè)定模糊評(píng)價(jià)集合

根據(jù)影響數(shù)控車床加工精度的因素分類，以最有利于工件表面的質(zhì)量完成指標(biāo)作為精度提高的準(zhǔn)則，對(duì)以上因素按照重要程度進(jìn)行排序，基于模糊法構(gòu)建多個(gè)評(píng)價(jià)集合。模糊評(píng)價(jià)法是綜合模糊數(shù)學(xué)對(duì)原有隸屬原理的定性指標(biāo)變?yōu)槎恐笜?biāo)的評(píng)價(jià)過(guò)程，對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞鞒鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。將每個(gè)控制因素的作用程度作清晰劃分，引入權(quán)重因子對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行模糊分析并按照組合權(quán)重依次分配，將不確定的數(shù)控元件實(shí)際信息進(jìn)行存儲(chǔ)和傳遞，根據(jù)不同指標(biāo)的評(píng)價(jià)因素和關(guān)系內(nèi)在聯(lián)系，分別確定兩者的表達(dá)方式。按照工藝歷史完成的粗糙度數(shù)值和切削參數(shù)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)繪制曲線變化統(tǒng)計(jì)圖，對(duì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)的權(quán)重比值分別以不同參數(shù)集合表示。

2.2 建立金屬材料切削隸屬函數(shù)

利用歸一法將評(píng)價(jià)集合中的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行排列組合，建立金屬材料切削與主軸之間的隸屬關(guān)系函數(shù)，按照每個(gè)參數(shù)子集中的數(shù)值依次對(duì)設(shè)備的性能加以標(biāo)注。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中涉及到的評(píng)價(jià)參數(shù)以由近到遠(yuǎn)的原則完成組合，每個(gè)參數(shù)到子集中心的距離不能超過(guò)工件表面的軸長(zhǎng)半徑[2]。按照同時(shí)存在的均數(shù)差別，對(duì)首個(gè)轉(zhuǎn)換的參數(shù)逐個(gè)剔除，對(duì)列組合的重復(fù)分析后可以在第二階段產(chǎn)生主效應(yīng)，進(jìn)一步完成對(duì)表面粗糙度不同切削函數(shù)的確定，并將其所得函數(shù)值以組合排列的方式重新歸置，反復(fù)重新十次以上直到組合完成的函數(shù)關(guān)系滿足評(píng)價(jià)集合的設(shè)定范圍。通過(guò)完成隸屬函數(shù)的范圍設(shè)定后，可以在較大值的沉積作用下，進(jìn)行工件的組合加工以防止過(guò)大切削量對(duì)峰谷深度的影響。

2.3 控制峰谷切削誤差

工件的峰谷誤差會(huì)在不同直徑大小的圓柱表面形成粗糙點(diǎn)，并嚴(yán)重影響運(yùn)行狀態(tài)下的主軸轉(zhuǎn)速和給進(jìn)次數(shù)，使完成加工的工件無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度。對(duì)需要提高主軸轉(zhuǎn)速的部位重新選取切削次數(shù)和工具，在加工工藝的設(shè)定上及時(shí)控制不同組件部位的溫度，使用不造成金屬表面磨損的刀具，綜合考慮其使用壽命，并按照主軸的轉(zhuǎn)速逐漸對(duì)推進(jìn)量進(jìn)行加大[3]。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的精度提高方法具有實(shí)際應(yīng)用效果，采用多輪實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)分為正常加工和應(yīng)用優(yōu)化方法后兩個(gè)步驟。

在選取某國(guó)產(chǎn)控制系統(tǒng)生產(chǎn)的三組數(shù)控車床后，只對(duì)外圓柱表面進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn)，按照設(shè)定好的G61格式進(jìn)行編程，保證進(jìn)給量和切削次數(shù)不變的前提下，完成的金屬零件表面粗糙度如下圖1所示。

圖1 每組車床加工表面粗糙度

根據(jù)圖中內(nèi)容可知隨著主軸轉(zhuǎn)速的不斷增加，三組車床完成加工的粗糙度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在轉(zhuǎn)速為420～600r/min之間其粗糙度滿足生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)0.02mm，其余狀態(tài)下的粗糙度指標(biāo)過(guò)大影響加工精度。

3.2 優(yōu)化過(guò)程

在分析車床的加工給進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)后，重新擬定金屬零件加工路線和切削用量，對(duì)零件所在的工件坐標(biāo)系中保持其與刀具的垂直角度，按照擬定格式進(jìn)行程序的校驗(yàn)和試切：

（1）內(nèi)外直徑切削模式：在以終點(diǎn)的絕對(duì)編程下，增量切削的循環(huán)有限距離，使起點(diǎn)與終點(diǎn)的半徑差值可以和刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡相吻合。

（2）端面切削循環(huán)模式：切削終點(diǎn)到起始的有向距離循環(huán)完成后，可以對(duì)頂端的接口進(jìn)行平行移動(dòng)，促使主軸在轉(zhuǎn)角過(guò)程內(nèi)和對(duì)接頭保持絕對(duì)距離的無(wú)縫連接。

3.3 結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法能夠有效提高金屬零件加工精度，選擇MATLAB仿真測(cè)試平臺(tái)對(duì)選定的車床進(jìn)行多輪模擬加工測(cè)試。將車床生產(chǎn)加工程序?qū)肫脚_(tái)中，設(shè)置基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速為350r/min，每輪測(cè)試會(huì)增加40r/min轉(zhuǎn)速，在不同的主軸轉(zhuǎn)速下測(cè)定的零件表面粗糙度，具體結(jié)果如下表1所示。

表1 不同主軸轉(zhuǎn)速下的金屬零件表明粗糙度（mm）

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知在文本方法下，在主軸轉(zhuǎn)速增長(zhǎng)的情況下，三組車床加工后的零件表面粗糙度分別為0.014mm、0.014mm和0.013mm，均不受其影響。綜合結(jié)果來(lái)看，本文方法能夠有效控制主軸轉(zhuǎn)速對(duì)車床加工零件的粗糙度的影響，從而有效提高加工零件精度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文在分析對(duì)數(shù)控車床加工精度影響因素中，提出了提高加工精度的創(chuàng)新方法，在模糊集合和隸屬函數(shù)的雙重作用下，控制了刀具在切削工藝中的誤差高度，有效解決加工金屬零件表面粗糙度等問(wèn)題。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的方法能夠在不同的主軸轉(zhuǎn)速下，控制加工零件表面的粗糙度，三組零件表面的測(cè)試結(jié)果均符合0.02mm標(biāo)準(zhǔn)。但本文在研究過(guò)程中針對(duì)影響精度的因素只選擇了一個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，得到的實(shí)際精度會(huì)存在一定偏差。后續(xù)設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)全面總結(jié)所有的影響因素，對(duì)主軸轉(zhuǎn)速和刀具選擇以及切削角度方面綜合考慮，設(shè)計(jì)出更加科學(xué)的精度控制方法。