劉學(xué)軍

摘要： 數(shù)控加工零部件的質(zhì)量，直接關(guān)系著機(jī)構(gòu)以及機(jī)器生產(chǎn)過(guò)程的最終質(zhì)量。在制定零部件加工的具體程序時(shí)，還應(yīng)當(dāng)充分考慮數(shù)控編程對(duì)零部件的加工質(zhì)量的影響。數(shù)字控制零部件的加工質(zhì)量指標(biāo)主要有二個(gè)方面：一是數(shù)字控制的加工精度;另一個(gè)是在數(shù)字控制加工方面的品質(zhì)。研究這二個(gè)參數(shù)，對(duì)于數(shù)控加工零部件的質(zhì)量具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

Abstract： The quality of NC machining parts is directly related to the final quality of mechanism or machine products. When making the machining program of parts， the influence of NC program on the machining quality of parts must be fully considered. The machining quality index of digital control parts has two aspects： one is the machining accuracy of digital control; One is the quality of digital control processing. The study of these two parameters has important practical significance for the quality of NC machining parts.

關(guān)鍵詞： 零件質(zhì)量;數(shù)控加工精度;表面質(zhì)量

Key words： part quality;NC machining accuracy;surface quality

中圖分類號(hào)：TG519.1????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0071-03

0? 引言

隨著數(shù)控控制機(jī)器的普及，對(duì)于許多類型的產(chǎn)品，或多或少都采用數(shù)字控制的機(jī)械加工。數(shù)字控制機(jī)器的優(yōu)勢(shì)是它具有加工精確、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量平穩(wěn)、加工操作流程靈活、加工速度快和性能更優(yōu)良的特征。但是，在實(shí)際的加工中，為了更好地充分發(fā)揮數(shù)控車床的加工性能，為了更好地達(dá)到高精度零件加工的目標(biāo)，只有正確地理解和利用各種可能會(huì)影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素，找到切實(shí)可行的測(cè)試誤差抑制技術(shù)，才能更好地充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，可以提高零件加工時(shí)的品質(zhì)。在實(shí)際的加工操作過(guò)程中，影響這種數(shù)字化的控制部位加工質(zhì)量的主要因素可以是許多，如加工技能、編程、設(shè)備條件、運(yùn)營(yíng)商的技術(shù)能力等。本篇文章將從控制數(shù)控的加工精度、數(shù)控加工表面質(zhì)量二個(gè)重點(diǎn)方面出發(fā)，簡(jiǎn)單地說(shuō)明了數(shù)控加工表面誤差的形成過(guò)程與成因，并給大家提供了一些相關(guān)的控制

措施。

1? 數(shù)字控制編程與加工技術(shù)的關(guān)系

1.1 數(shù)字控制加工技術(shù)的內(nèi)容

①能夠基本上理解和把握現(xiàn)在加工零件的技術(shù)要求。例如，尺寸精度、加工材料、硬度、加工數(shù)量等，以上需要充分讀懂加工圖紙。

②能夠?qū)庸ち悴考D紙上提出的要求進(jìn)行工藝分析，其中包括部件結(jié)構(gòu)的工藝性、加工材料和設(shè)計(jì)精度的合理性、加工工藝及技術(shù)要求等。

③全面分析加工過(guò)程，在分析中獲得目前零部件加工的所有技術(shù)信息，主要有加工路徑、刀具的移動(dòng)軌跡、切削量等。另外，在基于加工的實(shí)際情況下，將加工信息記入工程卡和流程卡，保證加工信息對(duì)實(shí)際加工指引作用。

④根據(jù)需要進(jìn)行加工的零部件圖和已經(jīng)制定的技術(shù)內(nèi)容，使用數(shù)字控制系統(tǒng)規(guī)定的命令代碼、程序形式開展數(shù)字控制編程。

⑤通過(guò)傳送接口連接已編寫的程序設(shè)計(jì)，將其輸出至數(shù)字控制器的數(shù)控裝置中，在加工前調(diào)整機(jī)床，調(diào)用已編寫的程序，根據(jù)圖紙要求進(jìn)行零部件加工。

1.2 數(shù)字控制加工技術(shù)參數(shù)

在數(shù)字控制加工的過(guò)程中，有影響加工品質(zhì)的要素和加工工序的參數(shù)。工藝參數(shù)直接影響加工效率、刀具的壽命、零件的加工精度和零件的表面質(zhì)量等。因此，初始切削量的選擇應(yīng)與以往豐富的加工經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前加工工件的設(shè)計(jì)中的切削量的推薦值一致進(jìn)行，但最終決定的切削量參數(shù)為應(yīng)該根據(jù)數(shù)字控制程序的調(diào)試結(jié)果和加工實(shí)際效果來(lái)決定。

①在粗加工階段，對(duì)加工中使用的工件材料進(jìn)行大體積切除處理。以數(shù)控車為例，在該階段，工作表面的質(zhì)量要求相對(duì)較低，一般對(duì)表面粗糙度Ra的要求為12.5μm～25μm;對(duì)軸向、徑向切削深度要求通常是2mm～4mm、3mm～6mm。另外，為了后續(xù)加工的需要進(jìn)行半精加工，留下一定的加工余量。一般是1mm～2mm之間，經(jīng)過(guò)半精加工后準(zhǔn)備進(jìn)行精加工時(shí)，加工余量為0.2mm～0.5mm就可以了。

②關(guān)于半精加工部分，在粗加工的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行精密化的加工，在光滑加工工件表面的同時(shí)，對(duì)存在工件突出腳的剩余材料進(jìn)行切除處理，在切除的同時(shí)，為了下一次加工，預(yù)先留下一定的厚度和均勻的加工余量。半精加工后，要求工件表面粗糙度Ra達(dá)到3.2μm～12.5μm;軸方向、半徑方向的切削深度為1.5mm～2mm就可以。另外，為了之后的加工質(zhì)量，需要留下加工余量。一般是0.3mm～0.5mm。

③關(guān)于精加工部分，所謂的精加工，是指為了達(dá)到加工的尺寸精度和表面粗糙度基準(zhǔn)的最后加工階段。通常，加工部分的工作表面粗糙度Ra應(yīng)該達(dá)到0.8μm～3.2μm，軸向、徑向的切削深度分別為0.5mm～1mm、0.3mm～0.5mm。

④數(shù)字控制編程并非獨(dú)立存在，系統(tǒng)特征明顯，屬于系統(tǒng)技術(shù)。工藝技術(shù)、數(shù)字控制加工模擬、CAM技術(shù)、CAD技術(shù)的聯(lián)系非常緊密，工藝方法的運(yùn)用對(duì)數(shù)控編程的效果有著決定性的作用。

2? 數(shù)控加工精度的保證

2.1 確定合理的工藝流程

①對(duì)于控制零件加工精度，控制變形和誤差的操作工序，我們可以選擇多次運(yùn)刀。例如，如果對(duì)于用？準(zhǔn)12的毛坯車削？準(zhǔn)10的細(xì)長(zhǎng)軸，尺寸公差要求是±0.01，圓跳動(dòng)度是0.02，那么該部件的加工剩余數(shù)量應(yīng)該是2mm。粗車、精車兩次切除情況下，對(duì)于易變形的細(xì)長(zhǎng)軸加工剩余量偏大，則加工結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致尺寸和圓跳動(dòng)度超差，表面粗糙。用3次以上的粗車車削剪切去余量外的剩余數(shù)目，最后余量適中而精車，可以更好地確保工件的加工要求。因此，數(shù)控加工程序在制作時(shí)，活用子程序的功能，通過(guò)對(duì)主程序多次調(diào)用子程序，可以對(duì)同一個(gè)材料表面多次切削加工，即分層切削，這樣才可以提高零部件的加工精度。

②位置精度不高的孔類加工遵循加工路徑的最短原則。對(duì)于要求位置精度較高的孔系統(tǒng)，工具移動(dòng)路徑應(yīng)考慮避免機(jī)床各軸的反向間隙的影響，即數(shù)控編程的退刀和進(jìn)刀相互影響。

2.2 確定合理的編程數(shù)據(jù)

數(shù)控編程對(duì)加工精度的影響主要來(lái)自編程原點(diǎn)的確定、數(shù)據(jù)處理、切削的擬合、加工路徑的選擇等方面。

2.2.1 明確編程原點(diǎn)

程序中的坐標(biāo)系通常由編程人員依照零件的加工性質(zhì)及零件的圖紙而確定。編程坐標(biāo)系原點(diǎn)的正確選擇直接決定了零部件的加工精度，編程中坐標(biāo)系的基本性質(zhì)原則在于程序設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)之間的統(tǒng)一，能夠盡量最大限度地降低因尺寸公差換算而產(chǎn)生的誤差。

2.2.2 軟件在編程過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理

數(shù)值控制在進(jìn)行編程過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理直接影響到輪廓軌跡的設(shè)計(jì)和加工精確性。這里重要的技術(shù)性要素就是對(duì)于未知的編程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算和程序大小的公差磁區(qū)帶進(jìn)行了換算。

①某一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)所需要求的輪廓幾何條件自動(dòng)地計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，而某一個(gè)數(shù)控控制系統(tǒng)則必須進(jìn)行手動(dòng)地計(jì)算。手動(dòng)輔助在計(jì)算一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值時(shí)產(chǎn)生的最大困難和問(wèn)題之一就是計(jì)算的準(zhǔn)確性，經(jīng)過(guò)大量的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了手動(dòng)計(jì)算結(jié)果與電腦輔助在計(jì)算機(jī)上所得結(jié)果之間存在0.01到0.03mm的差。為了提高自動(dòng)運(yùn)算的精確度，建議1）使用自動(dòng)運(yùn)算中值的數(shù)據(jù)（其中包括角度值）保持四位數(shù)以上的小數(shù)點(diǎn)（以脈沖當(dāng)量0.001mm的數(shù)控控制機(jī)床為例）。如果用電腦算的話，請(qǐng)盡量留下小數(shù)點(diǎn)以下的部分。2）編程尺寸通常是圓形，根據(jù)數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是數(shù)字控制機(jī)器的最小設(shè)計(jì)單元，也是數(shù)控控制機(jī)器的最小控制單元。因此，數(shù)字控制機(jī)床的最大脈沖當(dāng)量是0.001mm，而最終計(jì)算結(jié)果保持在三位的小數(shù)。

②當(dāng)工件的各個(gè)部位之間的尺寸公差不一致或者不對(duì)稱時(shí)，就需要進(jìn)行人工設(shè)計(jì)和編程。用同樣的切削刀具進(jìn)行加工的話，采用公差中值的方式進(jìn)行了編程，使之實(shí)現(xiàn)了公差的對(duì)稱性分布，在機(jī)床上的加工錯(cuò)誤上只有留出了空間，才能夠很好地保證了加工的準(zhǔn)確性。然而，當(dāng)程序尺寸的公差帶對(duì)稱或公差的帶基本匹配時(shí)，可以直接使用公稱的尺寸進(jìn)行編程，并且這種方式可以極大地降低了計(jì)算的數(shù)量。例如，為了更好地完成兩個(gè)外圍尺寸的設(shè)計(jì)和加工，取出兩個(gè)標(biāo)稱的尺寸18和26進(jìn)行了編程，為了有效地保證其公差，用刀具半徑的補(bǔ)償數(shù)值修正0.01mm也是很方便的。

③在圖紙的顯示尺寸與程序的顯示尺寸不一致的情況下，需要采用加號(hào)、負(fù)號(hào)乃至于幾何學(xué)等技術(shù)手段來(lái)求解該程序的尺寸，進(jìn)行尺寸的換算。

2.2.3 插補(bǔ)累計(jì)誤差的控制

①盡可能采用絕對(duì)型編程。絕對(duì)式的編程以某一固定點(diǎn)（或者是編程中的坐標(biāo)原點(diǎn)）作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以各個(gè)段的流程和總體的操作過(guò)程為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。增量模型的編程，以以前一個(gè)點(diǎn)作為設(shè)置的基準(zhǔn)，連續(xù)地執(zhí)行多個(gè)程序時(shí)必然會(huì)發(fā)生累計(jì)誤差。

②在進(jìn)行加工操作的過(guò)程中，如果采用了返還基準(zhǔn)點(diǎn)指令，其目的是完成減少加工誤差的操作。當(dāng)機(jī)械手返回到參考點(diǎn)上時(shí)，要將各種坐標(biāo)全部清除。這樣就有助于消除傳統(tǒng)的數(shù)控控制系統(tǒng)在運(yùn)算中所帶來(lái)的累進(jìn)度誤差。在實(shí)際加工時(shí)返回參考點(diǎn)來(lái)交換刀是一個(gè)比較完美的方法。

③數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中進(jìn)行非圓曲線的加工操作時(shí)，對(duì)于規(guī)則性較小的非圓曲線，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮到數(shù)控控制系統(tǒng)所需要的變量編程和功能。其他非圓曲線通常采用CAM軟件自動(dòng)進(jìn)行編程，通常所采用的擬合方法是采用等間距法、等弦長(zhǎng)度法和誤差法等誤差法，并且盡量采用等誤差法對(duì)其進(jìn)行跟蹤擬合，通過(guò)將形狀和特征綜合后的等弦長(zhǎng)法進(jìn)行了軌跡式擬合，能夠有效控制精度和加工的誤差。

3? 數(shù)字控制加工表面質(zhì)量的保證

3.1 確定正確的加工工藝方案

3.1.1 對(duì)切削機(jī)床進(jìn)行正確的選擇

實(shí)踐證明，銑削加工使用順銑與逆銑所獲取的表面粗糙度各異。在進(jìn)行加工過(guò)程中，盡量使用銑刀順銑，提高了零件外殼表面的質(zhì)量。在對(duì)圓鋼等各種類型的零件進(jìn)行切削時(shí)，盡量使用相同的刀片來(lái)修剪外周，減少刀痕。一般來(lái)說(shuō)，為了減少外圓車削完成后所需要進(jìn)行的車削過(guò)程中出現(xiàn)的不連續(xù)面，如在工件上部位有槽等表面，在外周的車削完畢后再進(jìn)行車削加工。在使車削形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)面的條件下，注意選擇恰當(dāng)大小的主偏角和副偏角的車刀，可以避免刀相互干預(yù)而對(duì)其產(chǎn)生不良加工。加工這樣的零件的圓弧表面時(shí)，請(qǐng)取小的偏角，將刀尖做成圓角，圓角半徑小于加工面的半徑。

3.1.2 合理設(shè)計(jì)切削路線

用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，為了減少刀痕，保證輪廓表面的質(zhì)量。刀具的切入點(diǎn)沿著零件的周邊做外延，保證工件的輪廓平滑。沿著零件的輪廓車刀直接垂直切入零件的話，零件的外形會(huì)留下明顯的刀傷，刀沿著零件的輪廓用法線切入。輪廓加工中避免進(jìn)給停止，根據(jù)切削力的變化產(chǎn)生刀痕。首先，刀的切入過(guò)程通常需要取小進(jìn)給速度。為了大大提高切削效率，在進(jìn)行切削過(guò)程中從切削層緩慢地進(jìn)入其他的切削層，可以有效確保一定的切削進(jìn)給和加工速度。第二，保持盡可能穩(wěn)定的切削參數(shù)，包括切削速度、推動(dòng)力和切削深度之間的一致。最后，盡可能多地提高了毛坯的加工和成形精度，保證各表面的加工余量均勻。另外，在將同樣加工刀面分割成兩次加工的條件下，將刀片運(yùn)動(dòng)軌跡的方向設(shè)置為一次，不必再要求相互干涉或者是碰撞。

3.1.3 使用新型高效刀具

為了提高零部件加工的表面質(zhì)量，應(yīng)選擇盡可能高的切削速度。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，應(yīng)該選擇高強(qiáng)度、高耐久性的新型高效刀具。我們?cè)谟脭?shù)字控制機(jī)床加工數(shù)字控制機(jī)床的工程師設(shè)計(jì)的檢測(cè)零件時(shí)，采用了各種型號(hào)的數(shù)字控制刀具，較好地保證了產(chǎn)品表面的質(zhì)量。

3.2 采用最佳的數(shù)控加工程序

3.2.1 合理使用功能性指令

同樣的零部件也有各種不同形狀和多樣化的加工技術(shù)。仿真后，請(qǐng)您自己選擇一個(gè)最佳切削方法。如果我們采用G83高速深孔鉆指令模式，在切削過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了間歇供應(yīng)，有利于排屑，減輕了在進(jìn)行這樣的切削工序中孔的另一端毛刺被嚴(yán)重堆積時(shí)發(fā)生的情況，用手稍稍地修理一下便已經(jīng)基本達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2 優(yōu)化了倒角切削加工

大多數(shù)數(shù)控加工的零件均需要有倒角部分的邊緣。倒角通常包含45°倒角與倒圓角時(shí)，由于整個(gè)程序所要走的路徑都是一條垂直線段，加工過(guò)程結(jié)束后經(jīng)常有機(jī)會(huì)使零件產(chǎn)生一定角微量的毛刺，影響了零件的手感和協(xié)作的順利性，此時(shí)我們就可以考慮參加精密設(shè)計(jì)中的倒角過(guò)程前后各自走R0.2或R0.3mm的圓形角程序。

4? 結(jié)語(yǔ)

本文研究了從加工技術(shù)和編程角度提高數(shù)字控制加工質(zhì)量的一系列方法。這些基本在實(shí)際加工中得到了驗(yàn)證，為數(shù)字控制的加工作業(yè)人員提供了解決問(wèn)題的參考方案。另外，數(shù)控加工的工具參數(shù)、機(jī)床系統(tǒng)的誤差、操作者的經(jīng)驗(yàn)水平等都會(huì)影響數(shù)控加工的精度，實(shí)際加工時(shí)請(qǐng)考慮，這有助于保證數(shù)控車床的加工精度和良好的加工

效果。

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