試論數控機床切削能力對機械加工質量的影響

黃偉

【摘? 要】數控加工是機械制造業中的先進加工技術，在企業生產中，數控機床的使用已經越來越廣泛。有效利用先進的數控加工技術，既能確保零件的加工質量，還能提高加工效率。論文通過概述機械加工質量的基本概念和具體分類，重點分析提高數控機床切削能力對機械加工質量的影響和具體控制措施。

【關鍵詞】數控機床切削能力;機械加工;加工精度;表面質量;振動控制

【Abstract】CNC machining is an advanced machining technology in the mechanical manufacturing industry. In enterprise production process， the use of CNC machine tools has become more and more extensive. The effective use of advanced CNC machining technology can not only ensure the processing quality of parts， but also can improve the processing efficiency. In this paper， the basic concept and specific classification of machining quality are summarized， and the influence of improving the cutting ability of CNC machine tools on machining quality and the concrete control measures are analyzed.

【Keywords】cutting ability of CNC machine tool; machining; machining precision; surface quality; vibration control

1 引言

零件的加工質量直接影響產品的整體質量，而隨著生產技術的不斷發展，數控機床和計算機技術等多種技術的廣泛運用使零件加工質量不斷提高，生產效率大大提升。與此同時，機械加工質量的不斷提高，對數控機床加工穩定性的要求也越來越高[1]，必須采取合理的控制措施來提升數控機床切削能力，確保產品的加工質量，從而提高產品的工作性能，延長其使用壽命。

2 機械加工質量的基本概念及分類

零件的機械加工質量是由加工精度和表面質量兩方面組成的。機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀和相互位置）與圖紙設計的理想幾何參數的符合程度，包括尺寸精度、形狀精度和位置精度[2]，三者之間，既有密切聯系，也有顯著區別，通常來說形狀精度需要限制于位置精度之內，位置精度則需要限制于尺寸精度之中。表面質量主要包括表面幾何形狀精度和表面物理力學性能。加工誤差則是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數的偏離程度。加工精度可以通過誤差來衡量，誤差越小，則精度越高;反之，誤差越大，精度越低[3]。

3 提高數控機床切削能力對機械加工質量的影響

3.1 提高機械加工精度

機械加工精度往往直接反映出產品加工質量，從而最終影響產品的整體性能。當前較為常見的數控機床，不管是FANUC系統，還是SIEMENS系統，都是通過計算機編程來實現高速精準的切削加工，從而提高機械加工精度。例如，鉆井泵曲柄連桿機構中的連桿，對大、小孔的加工精度要求高，尺寸和形狀精度要保證與軸承的過盈裝配;位置精度要保證大、小孔的軸線平行，才能保證安裝運轉過程中連桿受力均勻。在利用普通鏜床加工連桿時，找正誤差、工裝夾具誤差以及刀具轉速等因素直接影響連桿的加工精度。而利用龍門式數控加工中心進行加工，機床自身精度高，刀具轉速高，切削能力強，通過計算機編程實現精準定位和進給，可以更好地控制連桿的各項精度都在設計要求的數值范圍之內，從而保證裝配要求。

3.2 提高機械加工表面質量

隨著生產技術的進步，數控機床的種類越來越多，如數控車床、數控齒輪加工機床以及各類型的加工中心等。數控機床的高速切削能力，可使零件獲得較高的表面質量，表面波度小，粗糙度值低。例如，鉆井泵動力系統中的齒輪副，在利用普通機床進行常規滾齒或者插齒加工時，機床主軸轉速慢，切削能力低，故加工至成品前無法通過表面處理工藝提高齒面硬度，加工后的齒面光潔度較低，嚙合效果不理想，也增大了點蝕幾率。在此情況下，可利用數控銑齒機的高速切削能力，選擇合適的球頭銑刀，對硬化后的齒面進行精加工，利用計算機編程控制進給參數，精準銑削，在保證尺寸合格的同時又提高了齒面光潔度和齒面硬度。

4 提高數控機床切削能力的基本措施

在數控技術被廣泛運用的前提下，機械加工質量的提高，主要依靠數控機床切削能力的不斷提高來實現。計算機軟件技術日趨成熟，加強對數控機床機械性的控制是提高數控機床切削能力的有效途徑。

4.1 注重振動控制

當前來說，數控機床技術是支撐制造業發展的基礎[4]。在機械加工過程中，振動是加工誤差產生的原因之一。因此，要提高數控機床切削能力，需要進行合理的振動控制，通過調整手段盡量抑制振動的產生，對于機械加工質量有著較為直接的影響[5]。第一，機床安裝振動控制，包括機床零部件之間的振動控制，還有機床與地面、廠房之間的振動控制。數控機床多種部件在實際安裝過程中，應該對機床各個部件實際產生的振動和振動幅度加以計算并預測，借助于具體的技術手段將機床安裝振動降至盡量小的范圍之內，使數控機床的安裝誤差最小化。第二，機床工作振動控制，包括機床振動頻度設計、數控軟件振動性預測等。數控機床在具體應用過程中體現出較為明顯的特點，就是借助于計算機技術和其他專業技術進行有效的建模，可以分析出數控機床具體的運行過程，實現合理化的高精度控制。第三，在實際使用中的其他輔助性振動控制，如導軌等零部件的間隙加大導致的振動，機床工作中受自身以外的外力造成的壓迫性振動等，這些振動可通過適時調整機床零部件間隙、加強機床的功能檢查和隱患排查等方式加以控制，讓數控機床始終處于良好的運轉狀態。

4.2 合理的速度控制

高速化工作是現代數控機床的顯著特點，大大提高了機械加工的生產效率。而合理的速度控制對提高數控機床切削能力是極為重要的措施。對于不同的數控機床，速度控制的重點不盡相同。第一，數控加工中心重點需要控制主軸轉速，控制主軸轉速就是控制刀具的轉速，不同的刀具轉速在很大程度上影響零件加工質量，如表面粗糙度和尺寸精度等，必須根據零件材料及硬度、刀具參數等實際加工工況，選擇合理的主軸轉速，從而提高零件加工質量。第二，對于數控車床等工作臺旋轉類數控設備來說，重點需要控制的是工作臺卡盤的轉速，選擇合理的卡盤轉速，可以降低工件和機床在切削過程中的振動，減少變形，使刀具的切削效果更理想，從而提高零件的加工精度。第三，進給速度的控制。在實際切削過程中，合理的進給量和走刀速度往往能得到更好的加工質量，尤其在精細加工中，為了得到良好的表面粗糙度和尺寸精度，必須根據實際工況選擇適合的進給速度。由此可見，在機械加工過程中，借助于現代化的技術手段，采取相關措施對數控機床進行科學合理的速度控制，保證機床速度始終處于最理想的范圍，既是確保產品加工質量的有效途徑，還可以讓機械加工生產效率穩步提升，這也是機械制造行業積極運用數控機床高速化生產的主要目標。

4.3 嚴格落實數控機床的維護保養和管理工作

數控機床的維護保養工作意義重大，會直接影響到數控機床的精度和使用壽命，從而最終影響機械加工質量，因此必須要采取嚴格的措施來落實數控機床的的維護保養工作。除了嚴格執行機械加工行業慣有的“日清潔、周維護、月保養”的設備保養制度外，要特別加強對數控機床的維護管理工作。例如，數控機床相對普通機床來說，需要更為理想的潤滑養護。在數控機床的顯著位置，都有機床用油的詳細銘牌，明確標注齒輪箱、增壓缸、絲杠導軌以及平衡系統等機床零部件的用油牌號以及加油量，因此，在日常維護保養中，要根據數控機床的詳細說明，選擇標號對應的高品質潤滑油。同時，如需要專業人員清洗加油時，要及時聯系設備制造商進行專業的保養工作。通過對數控機床進行嚴格的維護保養管理，才能保持數控機床的正常性能和精度，并最終確保零件的機械加工質量。

5 結語

數控機床的切削能力可以對機械加工的整體質量產生直接影響，同時關系到企業的長遠發展，因此對數控機床的切削能力應給予高度關注。通過本文的概述，明確了提高數控機床切削能力的具體措施，除了對機械加工的振動和速度進行有效控制外，還需要貫徹落實日常的維護保養工作，發現數控機床實際加工過程中存在的問題，采取有效的措施予以改進，確保數控機床的切削能力穩步提升，為機械加工質量保駕護航。

【參考文獻】

【1】賈偉.概率矩陣分解在數控機床振動預測中的應用[J].機械設計與制造，2015（12）：157-159.

【2】王平嶂，戚曉霞，張玉英，等.機械制造工藝與刀具[M].北京：清華大學出版社，2005（3）：95-96

【3】余阿東，蒲生，李翔龍.精密箱體類零件加工用高精度數控坐標鏜床關鍵技術研究[J].制造技術與機床，2018（03）：80-84.

【4】馮毅雄，張舜禹，高一聰，等.基于特征語義分析的數控機床設計知識精確智能推送方法[J].計算機集成制造系統，2016，22（01）：189-201.

【5】寧龍舉.試論數控機床切削控制能力對機械加強精確度的影響[J].科技視界，2016（06）：131.