淺談機(jī)械螺紋類零件數(shù)控機(jī)床加工工藝

徐永利

（沈陽(yáng)優(yōu)尼斯智能裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110142）

現(xiàn)代化加工技術(shù)離不開先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。隨著產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提升，人們對(duì)于機(jī)械制造過(guò)程的管控也越來(lái)越精細(xì)。對(duì)此，生產(chǎn)部門需要采取一定的措施和技術(shù)設(shè)備來(lái)保證產(chǎn)品精度，進(jìn)而有效地提升產(chǎn)品質(zhì)量水平。傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程主要是以質(zhì)量加工體系為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)作為產(chǎn)品加工的根據(jù)[1]，其應(yīng)用周期長(zhǎng)，較為耗費(fèi)人力。隨著智能化先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)逐漸成為機(jī)械加工技術(shù)的重要組成部分，對(duì)于整個(gè)機(jī)械制造的過(guò)程具有重大的影響力，能夠有效地取代傳統(tǒng)的加工模式。同時(shí)還能夠大幅度地提升加工速度和加工效率，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升[2]。

1 數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)制造業(yè)已經(jīng)離不開數(shù)字化的機(jī)械精加工技術(shù)。由于數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)以數(shù)字化的信息技術(shù)為功能實(shí)現(xiàn)的基本載體，通過(guò)控制機(jī)械設(shè)備的軟硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的加工需求，同時(shí)通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)來(lái)最大限度地減少人工成本，因此具有良好的實(shí)踐操作穩(wěn)定性以及優(yōu)異的加工性能，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品的深加工。同時(shí)機(jī)械化的加工過(guò)程解放了傳統(tǒng)的人力操作的過(guò)程，有效地避免了傳統(tǒng)人力操作中的誤差[3]。隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床技術(shù)能夠依靠智能化的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的信息轉(zhuǎn)型，并根據(jù)一定的工作流程實(shí)現(xiàn)深加工。在這個(gè)過(guò)程中，數(shù)據(jù)編碼技術(shù)必不可少，成為數(shù)據(jù)加工中的重要環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)編碼技術(shù)能夠使數(shù)控機(jī)床按照一定的操作流程進(jìn)行深加工操作，并且能夠根據(jù)信息編程技術(shù)加工功能的自由組合，將想要完成的功能通過(guò)程序編碼的形式進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)[4]。還可以結(jié)合開放性的數(shù)字化和信息化技術(shù)實(shí)現(xiàn)開源的編碼開發(fā)。在進(jìn)行程序編寫時(shí)，編程人員可以根據(jù)樣圖的實(shí)際要求以及零件的幾何形狀和尺寸的精度要求來(lái)進(jìn)行分析，最終獲取符合實(shí)際要求的加工模式和產(chǎn)品。數(shù)控機(jī)床加工原理如圖1所示。

2 機(jī)械螺紋類零件的加工原理及工藝

機(jī)械螺紋類零部件在工業(yè)化進(jìn)程中起到了關(guān)鍵作用，在各類機(jī)械部件中具具有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)在應(yīng)用類型上也較為豐富，可以加工好固定螺距螺紋、變螺距螺紋、單線螺紋、多線螺紋、外螺紋以及內(nèi)螺紋等多種類型。對(duì)于機(jī)械類的零件加工來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程需要特別注意螺紋零件的工藝處理技術(shù)。尤其是在坐標(biāo)系建立的環(huán)節(jié)當(dāng)中，應(yīng)該集中進(jìn)行引注，對(duì)尺寸進(jìn)行測(cè)量。對(duì)所有的點(diǎn)、線、面的尺寸及位置進(jìn)行定義。在該過(guò)程中主要是以編程原點(diǎn)為基礎(chǔ)，在進(jìn)行標(biāo)注時(shí)采用局部分散的標(biāo)注方法，避免在數(shù)控加工的過(guò)程中產(chǎn)生較大的誤差。尤其是在設(shè)置刀路時(shí)，應(yīng)該盡可能地簡(jiǎn)單設(shè)置，選取較為常見的運(yùn)動(dòng)軌跡工序，以減少零件在實(shí)際加工過(guò)程中存在的誤差，并且在進(jìn)行的過(guò)程中，為了保證加工精度的要求，零件的直線輪廓線需要始終平行于坐標(biāo)軸。以便于更好地提升加工精度，進(jìn)而保證工件的質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床實(shí)物圖如圖2所示。

圖1 數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)

圖2 數(shù)控車床實(shí)物圖

2.1 數(shù)控車床加工螺紋零件

在使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行螺紋零件加工時(shí)，刀具的進(jìn)深不是通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，而是依靠編碼器的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行主軸控制。主軸通過(guò)傳動(dòng)控制，進(jìn)而通過(guò)刀架的運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)螺紋的深加工。并且主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)模式主要是依據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。主軸通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的模式，主要依賴數(shù)控系統(tǒng)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)給。根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容中定義的比例關(guān)系按照一定的比例模式發(fā)送脈沖信號(hào)，然后開始進(jìn)行切削。在該過(guò)程中對(duì)于刀具的材料要求極為嚴(yán)格。該類刀具材料適用于粗加工的同時(shí)在細(xì)加工的環(huán)境中也能夠得到應(yīng)用。在具體的切削過(guò)程中要特別注意切削的用量。在運(yùn)行的進(jìn)程中，主軸的運(yùn)行速度不能任意修改，當(dāng)轉(zhuǎn)速S與F值的乘積大于軸向的給定限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)警，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止危險(xiǎn)事件的發(fā)生[5]。在進(jìn)行車削的過(guò)程中一定要保證工件安裝的穩(wěn)固和平穩(wěn)。由于工件自身可能存在剛性不足的情況，因此在車削時(shí)面臨較大的外力時(shí)，容易改變工件本身的形狀，導(dǎo)致零件制作完全失敗。此時(shí)可以采用尾座頂尖的模式來(lái)增加工件的剛性。因此車削過(guò)程具有一定的特殊性，在該過(guò)程中要充分注意編程程序的合理性，同時(shí)還要重點(diǎn)考慮車削的材料和其他參數(shù)等因素，才能最終有效地保證零件的完整。同時(shí)作為輔助單元，系統(tǒng)的電氣回路、主軸伺服單元以及進(jìn)給的伺服單元也是系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，通過(guò)PLC編程能夠?qū)⑾到y(tǒng)各個(gè)單元有效地連接起來(lái)。

2.2 數(shù)控銑床加工螺紋零件

數(shù)控銑床加工技術(shù)具有靈活、生產(chǎn)效率高以及通用等基本特點(diǎn)，在實(shí)際的加工過(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）以及攻螺紋等加工。同時(shí)加工中心具有較高的加工深度和精度，最大限度地保證了操作人員的操作失誤；同一批加工零件的尺寸一致，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控銑床具有快進(jìn)、快退和快速定位功能，大大減少了機(jī)動(dòng)時(shí)間。數(shù)控銑床對(duì)零件加工是按事先編好的加工程序自動(dòng)完成的，操作者除了操作鍵盤、裝卸刀具、工件和中間測(cè)量及觀察機(jī)床運(yùn)行外，可以不需要重復(fù)進(jìn)行手工操作，大大減少了勞動(dòng)強(qiáng)度。尤其針對(duì)曲線輪廓以及曲面的加工過(guò)程具有良好的適應(yīng)性。由于數(shù)控銑床加工螺紋零件的主要依據(jù)是數(shù)控機(jī)床的三軸聯(lián)動(dòng)模式，通過(guò)螺紋銑刀反復(fù)插進(jìn)螺旋銑削完成，在這個(gè)過(guò)程中，螺紋銑削是最理想的加工模式。在最開始時(shí)可以采用1/4圓弧或半圓弧的形式進(jìn)行直線切入，在水平方向進(jìn)行圓弧插補(bǔ)的同時(shí)，在垂直方向也要進(jìn)行直線插補(bǔ)，保證轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量之間的關(guān)系。在加工過(guò)程中通過(guò)速度和進(jìn)給量的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)的調(diào)控過(guò)程，從而達(dá)到最佳的切削效果，充分保證工件的質(zhì)量。

3 數(shù)控機(jī)床加工螺紋零件的過(guò)程

在完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和程序編寫的過(guò)程之后，就可以借助數(shù)控系統(tǒng)對(duì)零件進(jìn)行進(jìn)一步深加工。從工件設(shè)計(jì)的圖紙內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，需要根據(jù)相應(yīng)的施工工序和工法來(lái)加工零件。通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助識(shí)圖編程能夠有效地把握好參數(shù)設(shè)置的準(zhǔn)確程度，最大限度地降低由于人為設(shè)置參數(shù)不準(zhǔn)確所導(dǎo)致的誤差?？茖W(xué)合理地制定好走刀的具體路線，保證加工的深度和精度。工作人員需要細(xì)致地分析零件圖樣以及相關(guān)的工藝，以此為基礎(chǔ)選擇合理的數(shù)控加工步驟。將走刀路線落實(shí)到設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中，同時(shí)兼顧數(shù)控系統(tǒng)中的缺陷和不足，盡可能地避免沖突。在保證工件加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，不斷地提升零件加工的效率。數(shù)控機(jī)床的加工方式主要是結(jié)合智能控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)和制造。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中參照一定的控制邏輯方式實(shí)現(xiàn)編碼控制，通過(guò)交互式的輸入輸出模式實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的基本控制[6]。工作人員需要結(jié)合參數(shù)的實(shí)際要求來(lái)提高產(chǎn)品的精度。根據(jù)參數(shù)的要求標(biāo)準(zhǔn)尋找參數(shù)設(shè)置點(diǎn)，進(jìn)而保證參數(shù)的設(shè)置要求，避免不必要的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的有效加工。

同時(shí)要充分掌握零件詳細(xì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)性能，在該過(guò)程中嚴(yán)格參照?qǐng)D紙信息進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，以保證零件架構(gòu)的精密性。為了有效減小生產(chǎn)過(guò)程中的參數(shù)誤差，需要提前對(duì)修正量進(jìn)行估算。雖然采用數(shù)控技術(shù)，但是需要在計(jì)算的過(guò)程中保留一定的彈性空間，設(shè)置一定的保護(hù)程序作為生產(chǎn)線路和操作系統(tǒng)之間的保護(hù)措施，盡可能地減少生產(chǎn)過(guò)程的安全隱患。精確度是考核螺紋類零件制造過(guò)程的一項(xiàng)重要指標(biāo)，有效地提升了零件的使用年限，進(jìn)而有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性能，提升了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力?？梢酝ㄟ^(guò)優(yōu)化加工工藝來(lái)提升數(shù)控機(jī)床的加工工藝和水平。在該過(guò)程中，程序員需要充分了解工件的材質(zhì)要求和加工精度的要求，通過(guò)數(shù)控信號(hào)的輸出保證產(chǎn)品加工的深度。

4 機(jī)械螺紋類零件的數(shù)控機(jī)床車削加工

機(jī)械螺紋類零件的數(shù)控機(jī)床車削加工是零件加工的重要內(nèi)容，也是進(jìn)行成品加工的重要內(nèi)容。首先需要對(duì)加工方式進(jìn)行確定。需要重點(diǎn)對(duì)零件的圖紙信息內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化的信息處理，保證圖紙中的信息能夠根據(jù)智能化的流程進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)零部件的車削加工。同時(shí)對(duì)于刀具的控制也是系統(tǒng)控制的重要內(nèi)容。尤其需要把握道具的力度和角度，以提高車削加工過(guò)程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。根據(jù)刀具具體的運(yùn)用路徑和實(shí)踐步驟進(jìn)行合理的制定，同時(shí)保證加工次數(shù)在合理的范圍內(nèi)，以保證刀具的耐久度和使用精度。非標(biāo)準(zhǔn)的螺紋、大螺距的螺紋及鎖緊螺紋等都可以在車床上加工，機(jī)床精度、刀具輪廓及安裝的精度、工人技術(shù)水平等，都會(huì)影響螺紋精度。車削螺紋的進(jìn)刀方法如圖3所示。

車削加工作為機(jī)械螺紋類零件數(shù)控機(jī)床加工工藝中的重點(diǎn)步驟，要對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，車削加工的流程內(nèi)容主要包括以下4個(gè)步驟。1） 通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)繪制螺紋類零件的大致圖形，同時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的輔助性計(jì)算，以保證計(jì)算結(jié)果的穩(wěn)定性。2） 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)好螺紋類零件的附件。3） 在切削的過(guò)程中，要固定好刀具，采取風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)準(zhǔn)備措施。4） 在精確車削的過(guò)程中，可以快速進(jìn)行加工切削。同時(shí)對(duì)于機(jī)械螺紋類零件，數(shù)控機(jī)床的主要處理技術(shù)包括以下3個(gè)要求：1） 通過(guò)集中尺寸印注的方式，明確各個(gè)部位的大小及尺寸。2） 對(duì)于位置的定位要充分保證編程設(shè)計(jì)時(shí)的原點(diǎn)位置和引注的方式，最大限度地降低生產(chǎn)過(guò)程中的誤差。3） 拐點(diǎn)位置的設(shè)置也是整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，其可以普及和推廣數(shù)控機(jī)床加工工藝，并提升競(jìng)爭(zhēng)力[7]。

在對(duì)機(jī)械螺紋類零件的數(shù)控機(jī)床加工中，數(shù)控機(jī)床技術(shù)能夠有效地提升產(chǎn)品零件的加工精度。在該過(guò)程中要根據(jù)坐標(biāo)系系統(tǒng)內(nèi)的內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。根據(jù)坐標(biāo)系系統(tǒng)中各個(gè)過(guò)程的所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和判斷，根據(jù)前期方案中設(shè)置的加工路徑實(shí)現(xiàn)機(jī)械螺紋類零件的智能加工生產(chǎn)[8]。另外在實(shí)際的加工過(guò)程中，在零件的拐點(diǎn)處要盡可能地避免使用直角過(guò)渡的方法進(jìn)行加工。在刀具的運(yùn)行過(guò)程中，所經(jīng)過(guò)的路線要嚴(yán)格參照均勻路徑的方式，從而減少在沖擊的過(guò)程中對(duì)于材料的影響。在加工前期，可以結(jié)合CAE模擬仿真技術(shù)對(duì)加工內(nèi)容進(jìn)行深度仿真，在過(guò)程開始之前對(duì)于加工部件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱學(xué)穩(wěn)定性提前進(jìn)行模擬仿真，充分保證加工過(guò)程的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。對(duì)機(jī)械螺紋類零件進(jìn)行仿真加工，通過(guò)數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件的智能化的加工和控制[9]。在輪廓曲線內(nèi)實(shí)行有效的機(jī)械間隙補(bǔ)償，保證圖紙內(nèi)含有圓柱度的形位公差，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)編程的方法實(shí)現(xiàn)零件的深加工，進(jìn)而提高產(chǎn)品操作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，并有效提高數(shù)控加工的零件質(zhì)量。

圖3 車削螺紋的進(jìn)刀方法

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床的加工技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)際加工螺紋零件的通行技術(shù)手段，在有限的時(shí)間內(nèi)能夠最大限度地保證零件的生產(chǎn)數(shù)量和質(zhì)量，最大限度地提高螺紋零件的生產(chǎn)效率。同時(shí)，該過(guò)程不僅提升了產(chǎn)品的綜合性能，還能夠在有限的加工過(guò)程中增加輔助性的程序，制作出更為細(xì)致和更為優(yōu)化的螺紋零件，這是傳統(tǒng)機(jī)床加工所缺少的。在數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，為了有效地提升加工精度和加工效率，應(yīng)該對(duì)程序進(jìn)行設(shè)定，同時(shí)參照加工工藝并按加工步驟逐步開展加工作業(yè)，從而提高加工質(zhì)量水平，制造出符合標(biāo)準(zhǔn)條件的產(chǎn)品。隨著數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工范圍的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的性能和行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力明顯提升，同時(shí)也有效地增加了行業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)力。