數(shù)控加工工藝對金屬零件加工精度的影響及控制探究

王 雷，邱曉慶，鐘 靈

（甘肅畜牧工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 武威 733006）

對于國家來說，數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用能夠直接反應(yīng)該國家的制造業(yè)水平，我國的數(shù)控技術(shù)隨著科技發(fā)展在不斷提升，并且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到各種生產(chǎn)制造中，得到了很多人的關(guān)注，滿足了該行業(yè)市場的需求。數(shù)控加工是一種在數(shù)控銑床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，用數(shù)字信息控制零件和刀具的位置進(jìn)行機(jī)械加工，能夠有效解決零件精小、形狀復(fù)雜、精度高等問題，實(shí)現(xiàn)高效的自動化加工。數(shù)控加工就是通過數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控銑床的運(yùn)動和輔助動作，而控制系統(tǒng)的指令由技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際加工要求和系統(tǒng)所規(guī)定的指令編制而成的。在使用數(shù)控技術(shù)對金屬零件的加工過程中，影響其加工精度的因素有很多。如數(shù)控銑床系統(tǒng)的精度高低，數(shù)控銑床的安裝制造、插補(bǔ)精度、伺服系統(tǒng)的控制精度以及加工零件的材料等諸多因素都會對數(shù)控車床加工精度造成影響[1]。主要影響因素可概括為：銑床的設(shè)計(jì)制造、切削用量的選擇、數(shù)控銑床自身精度因素以及測量誤差因素等。在實(shí)際應(yīng)用中，為了保證金屬零件加工精度，對數(shù)控加工工藝影響因素進(jìn)行分析，利用一些實(shí)際有效的控制手段來減小對金屬零件加工精度的影響，使最終生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量得到保障。

1 數(shù)控加工工藝對金屬零件加工精度的影響分析

在使用數(shù)控加工工藝對金屬零件加工過程中，伺服系統(tǒng)尤為重要，伺服系統(tǒng)處在數(shù)控銑床中樞控制體系中，為金屬零件加工奠定了基礎(chǔ)[2]。若采用半閉合控制，在伺服系統(tǒng)信號傳輸過程中需要反向運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)會出現(xiàn)瞬時(shí)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，容易造成反向間隙，使得數(shù)控系統(tǒng)生成的金屬零件加工指令產(chǎn)生誤差，并且還會伴隨著彈性間隙誤差，造成加工的金屬零件形狀不符合要求，降低金屬零件的加工精度。而為了保證在數(shù)控工藝加工過程中，金屬零件加工信號能夠在使用滾珠絲杠配合伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)之間暢通無阻，采用復(fù)合控制，由滾珠絲杠傳動精度控制伺服系統(tǒng)精度，提高加工精度。

數(shù)控銑床是處理金屬零件的核心，銑床設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的基礎(chǔ)，所有金屬零件加工工藝都需要通過銑床設(shè)計(jì)層面得到落實(shí)，然而在進(jìn)行銑床設(shè)計(jì)時(shí)，卻無法有效的保障銑床設(shè)計(jì)精度，使得數(shù)控加工工藝難以落實(shí)，進(jìn)行金屬零件加工時(shí)，金屬零件制造誤差逐漸增大，從而造成數(shù)控銑床金屬零件加工精度降低[3]，因此在主軸的選擇上，在滿足最高轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘萬轉(zhuǎn)的同時(shí)，還應(yīng)要求其具有高精度的調(diào)速功能，并且尺寸與整體機(jī)械結(jié)構(gòu)尺寸相適應(yīng)。

對金屬零件進(jìn)行加工，需要通過數(shù)控銑床控制刀具，使刀具能夠按照已經(jīng)設(shè)定好的編程對金屬零件進(jìn)行銑削、車削等切削加工，實(shí)現(xiàn)加工金屬零件的目的。而為了使金屬零件加工精度更加準(zhǔn)確，相關(guān)技術(shù)人員需要按照不同的需求對刀具參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如果參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，那么在金屬零件加工過程中，刀具軸線就會出現(xiàn)偏差，使得主偏角不斷減小，刀具加工金屬零件精度也會隨之降低，不能滿足數(shù)控銑床生產(chǎn)加工的需求，最終影響加工的產(chǎn)品綜合質(zhì)量。對此可以使用UG軟件進(jìn)行合理控制。

2 數(shù)控加工工藝對金屬零件加工精度的合理控制

在數(shù)控系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)的控制精度會對金屬零件加工精度產(chǎn)生影響，特別是在高速加工中。因此從控制角度出發(fā)，對其進(jìn)行優(yōu)化，減小伺服系統(tǒng)的控制精度對金屬零件加工的影響[4]。在伺服系統(tǒng)中將開環(huán)控制和閉環(huán)控制結(jié)合在一起，構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，使數(shù)控系統(tǒng)具有較高的控制精度。

采用復(fù)合控制的方法，提高數(shù)控銑床自身的精度。從而提高金屬零件加工精度。復(fù)合控制系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 復(fù)合控制系統(tǒng)原理圖

在數(shù)控加工工藝對金屬零件加工精度過程中，刀具的選擇具有重要的作用，一般情況下，很多數(shù)控銑床都配有相對完整的數(shù)控刀具庫，使用的都是系列化標(biāo)準(zhǔn)刀具，根據(jù)不同的材質(zhì)和性能，有很多種類。因此在進(jìn)行加工前對刀具進(jìn)行選擇的時(shí)候，根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品需求選擇適合的刀具，綜合其強(qiáng)度、韌性、耐磨性和硬度等方面來考慮。在已經(jīng)確定刀具的情況下，需要確定刀具的對刀點(diǎn)，也就是刀具在工具原點(diǎn)確定的坐標(biāo)系中開始運(yùn)動的那個(gè)點(diǎn)。對刀點(diǎn)是數(shù)控的起點(diǎn)程序，需要先找基準(zhǔn)點(diǎn)，才能控制數(shù)控銑床精度，對刀點(diǎn)的尋找過程就是金屬零件對刀。如果在加工過程中在選擇尺寸和刀點(diǎn)上出現(xiàn)了問題，很容易對金屬零件的加工精度產(chǎn)生影響，在行刀過程中可能出現(xiàn)安全事故，對后續(xù)的加工留下安全隱患。

在數(shù)控加工中使用UG軟件提供數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，以UG NX為加工基礎(chǔ)模塊為基礎(chǔ)框架，連接UG所有加工模塊，并且為其提供了一個(gè)圖形化窗口環(huán)境，方便用戶以圖形的方式觀察刀具沿軌跡運(yùn)動的情況，并可以隨時(shí)對其進(jìn)行圖形修改，比如刀具軌跡的延伸或縮短等。該模塊的交互界面可以按照用戶實(shí)際需求進(jìn)行靈活的修改和剪裁，對刀具庫進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定義，對加工工藝參數(shù)樣板庫進(jìn)行初加工、半精加工和精加工等操作常用的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，達(dá)到優(yōu)化加工和提高加工效率的目的。UG軟件的所有模塊都可以直接生成加工程序，并一直保持與實(shí)體模型全相關(guān)，其通用的點(diǎn)位加工編程功能，適合用于鉆孔，攻絲以及鏜孔等加工編程。

3 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢良好，數(shù)控加工工藝運(yùn)用在不同的行業(yè)中，是我國最重要的數(shù)控技術(shù)。在使用數(shù)控加工工藝對金屬零件加工的過程中，其精度對于最終的產(chǎn)品的質(zhì)量和安全有著很重要的影響，而加工精度又受到刀具、銑床設(shè)計(jì)和伺服系統(tǒng)控制精度的影響。為此對加工過程進(jìn)行合理控制，對控制方法進(jìn)行優(yōu)化，對于刀具的處理以及刀具運(yùn)動情況可通過UG軟件進(jìn)行觀察。通過合理控制加工過程，降低加工誤差，使金屬零件加工精度得到提高，增強(qiáng)社會的經(jīng)濟(jì)效益，從而使數(shù)控技術(shù)得到更好的發(fā)展。