王雪 翟梽錦 楊世航 董樂(lè)樂(lè)

黃河交通學(xué)院 焦作市數(shù)控銑床設(shè)備工程技術(shù)研究中心 河南省焦作市 454950

1 引言

目前，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了機(jī)械工程的進(jìn)步，現(xiàn)階段的傳統(tǒng)機(jī)械工程的不僅應(yīng)用機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)也是工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中重要的“生產(chǎn)力”，特別是自動(dòng)化的應(yīng)用和發(fā)展，促使生產(chǎn)的效率和整體質(zhì)量有了極大的提升，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響作用。但是在實(shí)際的運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，受到多方面因素的影響，致使自動(dòng)化創(chuàng)新效率得不到提升，形成生產(chǎn)效率始終得不到有效提升的困境，限制了機(jī)械水平的快速提升。為改善這一現(xiàn)狀，相關(guān)人員和企業(yè)必須要注重這一工作內(nèi)容的深化，促進(jìn)機(jī)械工程以及自動(dòng)化水平創(chuàng)新效率的快速提升，從而促進(jìn)我國(guó)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展“更上一層樓”。

2 數(shù)控銑床的發(fā)展與加工

數(shù)控銑床是現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的重要方式和措施，對(duì)各式各樣的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造有著非常重要的作用。隨著自動(dòng)化化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程作業(yè)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)將得到充分發(fā)揮。我國(guó)工業(yè)化的大力扶持，工廠、火電廠等工業(yè)建設(shè)成為了目前急需完成的任務(wù)。而機(jī)械工程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離不開(kāi)高水平自動(dòng)化技術(shù)，有助于管理控制好機(jī)械工程的自動(dòng)化的控制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，機(jī)械自動(dòng)化能夠促進(jìn)整個(gè)社會(huì)更好的發(fā)展，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展有著非常積極的促進(jìn)作用，自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)使得整個(gè)機(jī)械工程的工作效率快速提升，同時(shí)也更符合現(xiàn)階段社會(huì)快速發(fā)展的趨勢(shì)變化的要求。但是伴隨著社會(huì)的持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展，現(xiàn)階段的機(jī)械工程已經(jīng)無(wú)法滿足工業(yè)建設(shè)的需要，即機(jī)械工程以及自動(dòng)化的創(chuàng)新來(lái)自于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步的壓迫，在越來(lái)越先進(jìn)并且充滿各項(xiàng)未知挑戰(zhàn)的社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)中，現(xiàn)階段的機(jī)械工程以及自動(dòng)化與理想目標(biāo)存在著較大的差距，因此創(chuàng)新是該工程進(jìn)步的必然舉措，進(jìn)行這一工程的創(chuàng)新能夠使得機(jī)械自動(dòng)化的效率更好的提升，真正意義上發(fā)揮出此工程以及先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升國(guó)民經(jīng)濟(jì)的同時(shí)提高自動(dòng)化水平，繼而奠定我國(guó)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)的國(guó)際地位。

作為機(jī)械工程最基礎(chǔ)的生產(chǎn)內(nèi)容，零件加工對(duì)于提升零件裝配質(zhì)量，改善機(jī)械設(shè)備應(yīng)用效果具有深刻影響。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備的零件生產(chǎn)多是通過(guò)銑床完成的，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，銑床需要進(jìn)行人工操作控制，這不僅影響了機(jī)械構(gòu)件的生產(chǎn)效率，而且對(duì)零件產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和精度造成了較大影響。新時(shí)期，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在零件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，就自動(dòng)化技術(shù)本身而言，其能在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的作用下，對(duì)機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程、機(jī)械零件參數(shù)要求等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件自動(dòng)化、精準(zhǔn)化生產(chǎn)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際可知，在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的支撐下，機(jī)械零件的生產(chǎn)模式得到了極大優(yōu)化，在一定程度上，其實(shí)現(xiàn)了機(jī)械零件的集成化、精細(xì)化生產(chǎn)。銑床的加工表面造型，通常由直線或其他曲線所構(gòu)成。該機(jī)械適應(yīng)性強(qiáng)，加工精度高，機(jī)械加工品質(zhì)穩(wěn)定，制造效率較高。它綜合利用了計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、伺服驅(qū)動(dòng)器、精確計(jì)量，以及新型的機(jī)械構(gòu)件等科學(xué)技術(shù)成就。這也是未來(lái)數(shù)控車床的主要發(fā)展方向。

譬如，通過(guò)銑床進(jìn)行零件生產(chǎn)時(shí)，可深層次進(jìn)行機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的深入和融合應(yīng)用，該技術(shù)下，生產(chǎn)人員先需要分析各種構(gòu)件的規(guī)格、結(jié)構(gòu)、類型，然后在考慮構(gòu)件缺口的基礎(chǔ)上，對(duì)構(gòu)件的集合元素進(jìn)行系統(tǒng)分析，最后結(jié)合零件應(yīng)用實(shí)際情況進(jìn)行各單元構(gòu)連接，可實(shí)現(xiàn)銑床的微連接生產(chǎn)，獲得預(yù)期的加工零件。新時(shí)期，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械加工行業(yè)零件生產(chǎn)中的應(yīng)用日益深入，且其與數(shù)字控制、智能化、現(xiàn)代傳感等技術(shù)的交融愈發(fā)深入。在實(shí)際生產(chǎn)中，為進(jìn)一步提升機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在零件生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，還應(yīng)注重機(jī)械自動(dòng)化與機(jī)電一體化的結(jié)合，同時(shí)應(yīng)注重機(jī)械功能多元化、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的控制，并規(guī)范使用智能控制技術(shù)，提升機(jī)械零件制造加工的效率和精度。在車輛零部件機(jī)械加工程序中，當(dāng)數(shù)控車床上用來(lái)加工汽車零件的打孔時(shí)，在數(shù)控車床上通常有一個(gè)打孔設(shè)備。在鋼板上打孔時(shí)，必須多次打開(kāi)。每次開(kāi)機(jī)后，都需要調(diào)節(jié)底板的定位。盡管精確度很高，但工作效率卻很低下。于是，發(fā)明了一個(gè)專用于汽車零件加工的數(shù)控機(jī)床。為實(shí)現(xiàn)上述開(kāi)孔高效率的目的，本實(shí)用新型提出了以下技術(shù)方法：一臺(tái)進(jìn)行了汽車零件機(jī)械加工的數(shù)控車床，分為底板，在底板頂部的上下二端固定安裝有豎板，在二豎板的上部與頂板緊固相連，在頂板底面與垂直底板中間固定安裝有驅(qū)動(dòng)推桿，在驅(qū)動(dòng)推桿的輸出端固定安置有支承板，在驅(qū)動(dòng)推桿前后二端的支承板上方固定安裝了有限位桿，限位桿一頭活動(dòng)穿過(guò)并伸入至頂板上部，在支承板底部的上下二端活動(dòng)固定安置有接受槽，接收槽的內(nèi)側(cè)活動(dòng)安置有一頭伸入至支承板下部的對(duì)接桿，在二個(gè)對(duì)接桿底部均與支承板緊固相連，在對(duì)接桿的對(duì)側(cè)裝有限位槽，在支承板的上下二端活動(dòng)安置有螺紋操縱桿，在螺紋控制棒上的一頭伸入支承板內(nèi)，在螺絲扣操縱桿的另一側(cè)固定安裝有限位桿，限位桿的另一頭則伸入限位裝置凹槽中，在支承板的底面固定安裝有連桿機(jī)構(gòu)，連桿的底面固定安裝有驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端面固定安裝有鉆桿。

3 數(shù)控銑床的特點(diǎn)

（1）數(shù)控銑床已具備了很大的生產(chǎn)能力，因此通常不要求使用專用裝夾等特種加工工藝裝置。在更換工件時(shí)，僅需要調(diào)出在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備中保存的工藝程序、裝夾刀具和調(diào)整刀具的數(shù)量，生產(chǎn)周期也大大縮短；

（2）高度的生產(chǎn)自動(dòng)化可以降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有利于生產(chǎn)管理的自動(dòng)化；

（3）加工精度高，加工品質(zhì)穩(wěn)定且安全。數(shù)控設(shè)備的最大脈沖當(dāng)量一般為零點(diǎn)零零一毫米，而精密的數(shù)控機(jī)床則可達(dá)0.08μm，而且，數(shù)控加工設(shè)備還減少了操作者的操作失誤；

（4）一次性裝夾定位后，可加工需要更多工序加工的零部件。

4 數(shù)控銑床加工中線性尺寸的影響因素

集成化、模塊化機(jī)械工程自動(dòng)化發(fā)展的重要趨勢(shì)。在數(shù)控銑床加工中，機(jī)械設(shè)備與信息控制、傳感、現(xiàn)代監(jiān)控、智能操作等多個(gè)模塊結(jié)合在了一起，這種單元模塊集成的方式有效地縮小了機(jī)械設(shè)備的體積規(guī)模和精細(xì)化程度，對(duì)于給工業(yè)生產(chǎn)具有積極作用。如在數(shù)控銑床加工中生產(chǎn)中，生產(chǎn)人員可在統(tǒng)籌分析加工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深化機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，這樣才能實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的融合，助力企業(yè)的自動(dòng)化、信息化發(fā)展。柔性自動(dòng)化是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種全新技術(shù)，其對(duì)于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化和企業(yè)持續(xù)發(fā)展具有積極作用。在機(jī)械工程中，相比于集成自動(dòng)化，柔性自動(dòng)化技術(shù)本身更加科學(xué)，智能化程度更高。將機(jī)械工程與集成自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化等技術(shù)結(jié)合在一起后，不僅能實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置，而且能提升企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)能力，此外其能促進(jìn)技術(shù)水平向經(jīng)濟(jì)水平的轉(zhuǎn)變，助力企業(yè)的全面發(fā)展。值得注意的是，在數(shù)控銑床加工中，其技術(shù)的應(yīng)用的信息化程度也在不斷提升；這是因?yàn)樵诂F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)模式下，人們對(duì)于規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化生產(chǎn)的要求不斷提升，為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的有效控制，人們?cè)跈C(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，愈發(fā)重視對(duì)設(shè)備參數(shù)、生態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)的控制，這實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)柔性控制與信息化控制的集合，有助于提升機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的整體應(yīng)用水平，保證工業(yè)生產(chǎn)的整體效益。經(jīng)過(guò)對(duì)有關(guān)資料的檢索，作者列舉了在數(shù)控銑床加工中零部件精度的一些影響因素，主要可包括在如下幾個(gè)層面：

（1）制造誤差和工具磨損。刀具誤差對(duì)加工精度的影響因刀具類型而異；

（2）加工誤差和夾具磨損。夾具偏差，主要是指定位部件、導(dǎo)刀部件、分度機(jī)構(gòu)、工裝夾具等的加工偏差;夾具安裝后，與上述部分工作面間的相應(yīng)長(zhǎng)度偏差;使用期間，夾具工作表面的磨損；

（3）加工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境影響。加工現(xiàn)場(chǎng)通常有很多的小金屬碎片。如果這些小金屬屑在零部件的定位表面或定位孔上，會(huì)影響零部件的加工精確度。而為了高精度加工，那些看不見(jiàn)的小金屬片也會(huì)影響加工精確度；

（4）零件內(nèi)部殘余應(yīng)力；

（5）機(jī)床誤差，是指機(jī)床的生產(chǎn)偏差、裝配偏差和損壞。主要涉及機(jī)械導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差、機(jī)械發(fā)展軸線的回轉(zhuǎn)偏差，以及機(jī)械傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)偏差。

5 提高線性尺寸精度的方法

加工精確度，是指在加工后零件的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）達(dá)到設(shè)計(jì)圖樣中規(guī)定的理想幾何參數(shù)的程度。符合度越高，代表機(jī)械加工精確度就越高。可以從以下三個(gè)方面提高線性尺寸精度：提高零件尺寸精度、提高零件形狀精度、提高零件位置精度。

5.1 提高零件尺寸精度

5.1.1 試切法

通過(guò)試切方式所達(dá)到的精確度可以相當(dāng)高。它并不要求復(fù)雜的儀器，但是由于這種方式比較費(fèi)時(shí)，因此工作效率低下。所以只能用于生產(chǎn)單件產(chǎn)品和小批量投產(chǎn)。作為一個(gè)試切削加工工具-匹配，它是在已加工零部件的基礎(chǔ)上加工與另一種匹配的工件，并結(jié)合另外兩種（或多個(gè)）工件進(jìn)行加工的方式。在匹配中的最后加工尺寸要求以與已加工零部件的配合要求為準(zhǔn)。

5.1.2 調(diào)整法

提前用試樣或標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)節(jié)機(jī)械、夾具、刀具與工件之間的精確相對(duì)位，以保證加工工件的尺寸準(zhǔn)確度。因?yàn)槌叽珙A(yù)先調(diào)節(jié)完畢，所以在整個(gè)機(jī)械加工程序中沒(méi)有重復(fù)切削。而尺寸則是通過(guò)手動(dòng)獲得的，在一個(gè)零件的整個(gè)機(jī)械加工程序中都維持恒定。這就是調(diào)節(jié)方式。也因此，在采用銑床夾具時(shí)，刀具的定位由刀塊大小決定。同樣，它一般適用于批量投產(chǎn)和小批量生產(chǎn)。

5.1.3 定尺寸法

采用一定規(guī)格的刀具來(lái)確定工件加工部分長(zhǎng)度的方法，叫做定徑方法。采用一定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的刀具進(jìn)行機(jī)械加工，加工表面的長(zhǎng)度根據(jù)工件規(guī)格確定。也就是說(shuō)，可以采用具備相應(yīng)規(guī)格精度的刀具（如鉸刀、鉸刀、鉆頭等）來(lái)確保工件加工零件（如孔）的精度。定尺寸法作業(yè)簡(jiǎn)單，產(chǎn)量高，而且工藝精度穩(wěn)定。這基本上就和機(jī)械工人的技術(shù)沒(méi)關(guān)系了。它產(chǎn)量高，廣泛應(yīng)用于不同產(chǎn)品型式。例如，鉆孔和鉸縫等。

5.1.4 主動(dòng)測(cè)量法

在機(jī)械加工程序中，在機(jī)械加工程序中測(cè)定加工長(zhǎng)度，或把測(cè)定結(jié)果和設(shè)計(jì)規(guī)定的長(zhǎng)度加以對(duì)比。目前，在主動(dòng)檢測(cè)中的值可用數(shù)表示。

5.1.5 自動(dòng)控制法

自動(dòng)控制法共分為兩種：①自動(dòng)檢測(cè)是指機(jī)械上的一種手動(dòng)測(cè)定工件大小的設(shè)備。當(dāng)工件超過(guò)所需大時(shí)，檢測(cè)設(shè)備會(huì)發(fā)出命令，使機(jī)械自行縮回或終止運(yùn)行；②數(shù)字控制是由機(jī)械上的伺服電機(jī)、滾動(dòng)絲桿來(lái)螺母副和一個(gè)數(shù)字控制裝置，用以控制刀柄或操作臺(tái)的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)。

最初的自動(dòng)控制方式，是通過(guò)使用主動(dòng)測(cè)量和機(jī)械或液壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該自動(dòng)控制方法的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量高，且工藝靈活性較好，可滿足多個(gè)品種產(chǎn)量。它是現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的重要發(fā)展方向，是計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（CAM）的重要基石。

5.2 提高零件形狀精度

5.2.1 軌跡法

這種加工方式使用刀尖的軌跡形成工件表面的圖形。一般的車削、銑削、刨削和打磨都屬于刀尖軌跡法。該方法所得到的圖形準(zhǔn)確度，主要依靠于成形運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確度。

5.2.2 模型法

成形刀具的幾何造型可以用來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)械的一些成形運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到機(jī)械加工表面的造型。如成形車削、銑削、打磨等。成形方法獲得的圖形精度，主要決定于刀刃的外形。

5.3 提高零件位置精度

5.3.1 直接找正裝夾

該方法是一種裝夾手段，通過(guò)千分表、劃線盤(pán)或目視檢查直接找到工件在機(jī)床上的位置。

5.3.2 劃線找正裝夾

這種夾緊方法產(chǎn)量較少，而且精確度低，對(duì)工人的技術(shù)要求較高。通常用來(lái)單件或小批量生產(chǎn)中的較復(fù)雜、重型零部件的加工，或毛坯材料尺寸公差很大，工人無(wú)法直接用夾具裝裝夾。

5.3.3 用夾具裝裝夾

夾具是針對(duì)加工工藝中的特點(diǎn)而專門(mén)設(shè)計(jì)的。夾具上的定位元件，能使工件迅速地取得相應(yīng)于機(jī)床和刀具的準(zhǔn)確定位，應(yīng)用于批量加工和批量生產(chǎn)。

6 數(shù)控銑床加工注意事項(xiàng)

規(guī)范使用數(shù)控銑床加工技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程生產(chǎn)模式得以優(yōu)化，對(duì)于提升企業(yè)生產(chǎn)效益具有積極作用。新時(shí)期，深化機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為企業(yè)高效生產(chǎn)的內(nèi)在要求。在機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，首先應(yīng)認(rèn)識(shí)到科學(xué)技術(shù)是數(shù)控銑床加工技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，應(yīng)不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，深化現(xiàn)代信息技術(shù)在機(jī)械工程及自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用。其次在機(jī)械工程生產(chǎn)中，還應(yīng)注重機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的把控，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)與生產(chǎn)現(xiàn)狀的有效結(jié)合。最后為進(jìn)一步提升機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用水平，在實(shí)際生產(chǎn)中，還應(yīng)注重其應(yīng)用體制、機(jī)制的優(yōu)化，一方面，應(yīng)加大在機(jī)械工程自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的層面的資源投入，不斷引入新技術(shù)、新設(shè)備，為機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。另一方面，現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)強(qiáng)化機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的組織管理，如提升生產(chǎn)人員專業(yè)技術(shù)水平等，這樣才能提升機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用水平，謀得更大的發(fā)展效益。

7 結(jié)語(yǔ)

總而言之，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于機(jī)械工程發(fā)展具有深刻影響，其直接關(guān)系著機(jī)械生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，人們只有充分認(rèn)識(shí)到機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)特征，深化其在具體行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，完善數(shù)控銑床加工中線性尺寸的控制方法，才能發(fā)揮數(shù)控銑床的價(jià)值。