試論新型數(shù)控機(jī)械加工進(jìn)刀工藝的改進(jìn)措施

張熾榮

摘要：新型數(shù)控機(jī)械加工水平的提升主要在于進(jìn)刀工藝的改進(jìn)。本研究首先分析了該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用背景，獲得該項(xiàng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的原因，進(jìn)而又對當(dāng)前該工藝加工應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行介紹，并論述了對其進(jìn)行改進(jìn)的必要性。針對當(dāng)前工藝技術(shù)的不足，最終提出從硬件、軟件、管理體系及人才的聘用等方面進(jìn)行改善的策略，旨在提升該工藝的應(yīng)用水平。

關(guān)鍵字：新型數(shù)控;機(jī)械加工;進(jìn)刀工藝;改進(jìn)措施;數(shù)控機(jī)床

Discussion on the Improvement Measures of the New Type NC Machining Feeding Process

ZHANG Chirong

（Guangdong Southern Technician College， Shaoguan， Guangdong Province， 512023 China）

Abstract： The improvement of the new CNC machining level mainly lies in the improvement of the feed process. This research first analyzes the application background of this technology， obtains the reasons for the widespread application of this technology， and then introduces the current status of the processing and application of this technology， and discusses the necessity of improving it. In view of the shortcomings of the current process technology， finally proposed strategies to improve the hardware， software， management system， and talent recruitment， aiming to improve the application level of the process.

Key Words： New type of numerical control; Machining; Feeding technology; Improvement measures; CNC machine tools

前言

近年來，信息化設(shè)備為工業(yè)技術(shù)的改革提供了極為有利的條件，成為提升工作效率的重要途徑。使用數(shù)控機(jī)械加工工藝對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行信息化控制成為一項(xiàng)具有革新意義的技術(shù)。利用程序?qū)C(jī)械內(nèi)部的刀具進(jìn)行控制，能夠精準(zhǔn)的完成設(shè)定好的動(dòng)作流程，實(shí)現(xiàn)設(shè)定的工作步驟。同人工操作相比，更大限度的提升了工作效率，縮短工期，實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步。但在更高的要求上，通過完善進(jìn)刀工藝能夠再次提升工藝的健壯性。

1.新型數(shù)控機(jī)械加工應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1研究背景分析

我國對于技術(shù)性人才的培養(yǎng)是相當(dāng)重視的，在眾多的大專院校等都開設(shè)了對于數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工相關(guān)專業(yè)，為我國的工業(yè)制造業(yè)輸送了大量的人才。[1]這使我國新型數(shù)控機(jī)械加工技術(shù)有了人才支持和技術(shù)支撐，也正如此，該項(xiàng)技術(shù)能夠在加工制造業(yè)應(yīng)用的相當(dāng)廣泛，使用也十分成熟。此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢也顯露于行業(yè)內(nèi)部，得到行業(yè)內(nèi)部的認(rèn)可。該項(xiàng)技術(shù)是采用了數(shù)字信息控制原理，通過信息化平臺(tái)對機(jī)床上的眾多零部件進(jìn)行合理調(diào)配，共同協(xié)作，完成對產(chǎn)品的加工制造。同人工加工相比，此項(xiàng)技術(shù)展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。基于數(shù)字控制，該項(xiàng)技術(shù)具有極高的精準(zhǔn)度，擁有較快的工作速度，同時(shí)質(zhì)量的控制也十分的嚴(yán)格。當(dāng)然這一切都是基于人工操作規(guī)范。只有在正確的操作程序、正確的操作流程和機(jī)床設(shè)備正常工作的情況下，產(chǎn)品的質(zhì)量和形狀才能達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。基于計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快，適合于完成重復(fù)性任務(wù)的特點(diǎn)，在新產(chǎn)品的生產(chǎn)中，只需要編寫數(shù)字控制程序就可以將生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化和集成化。這樣，人們就可以在今后的生產(chǎn)中得到極大的解放。此外，該程序還具有良好的可移植性。對于生產(chǎn)工藝和條件相似的產(chǎn)品，只針對工藝上的區(qū)別進(jìn)行改進(jìn)即可實(shí)現(xiàn)代碼的大量重用，從而大大提高了技術(shù)的適應(yīng)效率。[2] 與傳統(tǒng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有明顯的優(yōu)勢。低效的傳統(tǒng)機(jī)床制造方法已不能滿足社會(huì)日益增長的需求。依托我國雄厚的人才基礎(chǔ)和工業(yè)生產(chǎn)能力，數(shù)控機(jī)床應(yīng)用于各生產(chǎn)線，并能夠根據(jù)生產(chǎn)方式改進(jìn)新技術(shù)，以適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)。

1.2新型數(shù)控機(jī)械加工應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前信息化技術(shù)在工業(yè)加工領(lǐng)域已經(jīng)占有極高的地位，甚至說已經(jīng)改變了傳統(tǒng)的制造加工產(chǎn)業(yè)，這是依托于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和可重復(fù)性好的優(yōu)勢。在機(jī)床的生產(chǎn)加工中，新型數(shù)控機(jī)床展現(xiàn)了傳統(tǒng)機(jī)床所不具備的優(yōu)勢。通過使用數(shù)控車床，車床加工開始向智能化、高效化、精密化方向發(fā)展。這就是數(shù)字信息技術(shù)在加工制造業(yè)表現(xiàn)出的強(qiáng)大先進(jìn)性。我國當(dāng)前的新型數(shù)控機(jī)械加工應(yīng)用所表現(xiàn)出來的特點(diǎn)就是能夠完成技術(shù)水平較低的生產(chǎn)加工，在復(fù)雜、精密的產(chǎn)品加工方面還存在著不足，其次是技術(shù)普及水平還不夠充分，不同地區(qū)仍然使用陳舊的加工工藝。通過行業(yè)內(nèi)的各類報(bào)道可知，我國在車床加工方面的工藝技術(shù)能夠基本滿足國內(nèi)的需求。這是針對于性能一般的車床加工來說的，而對于標(biāo)準(zhǔn)較高的車床加工來說，我國的工業(yè)尚不能滿足需求。比如臥式車削，其生產(chǎn)要求十分嚴(yán)格，我國生產(chǎn)難于達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)，所以僅能夠依靠進(jìn)口國外產(chǎn)品來補(bǔ)充國內(nèi)的技術(shù)空缺。而對于要求較低的立式車削，依靠于我國現(xiàn)有的技術(shù)水準(zhǔn)，已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)國內(nèi)自給自足，甚至能夠向一些技術(shù)水平較低的國家出口產(chǎn)品。針對我國技術(shù)水平低、只能生產(chǎn)技術(shù)水平較低的機(jī)床的現(xiàn)狀，必須有針對性的解決高技術(shù)領(lǐng)域存在的主要問題，增強(qiáng)我國的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，我國也十分重視人才培養(yǎng)，有眾多在專業(yè)學(xué)校專門從事數(shù)控機(jī)床的研究，為機(jī)床加工行業(yè)培養(yǎng)了雄厚的人才基礎(chǔ)，并且學(xué)生就業(yè)率普遍很高。這是基于中國數(shù)控機(jī)床巨大的人才缺口和人才培養(yǎng)對中國技術(shù)創(chuàng)新的貢獻(xiàn)。與傳統(tǒng)機(jī)床生產(chǎn)相比，數(shù)控機(jī)床可以利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)對刀具運(yùn)動(dòng)等操作進(jìn)行精確控制，大大提高了生產(chǎn)效率和加工效率。同時(shí)在產(chǎn)品的質(zhì)量控制方面也具有天然的優(yōu)勢。但從行業(yè)報(bào)道來看，一些技術(shù)水平低、落后的地區(qū)仍然采用傳統(tǒng)車床的加工方式，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)速度慢且質(zhì)量得不到保障。

1.3對進(jìn)刀工藝改進(jìn)的必要性分析

數(shù)控機(jī)械是一種通過數(shù)字技術(shù)控制機(jī)械的運(yùn)作的生產(chǎn)技術(shù)，對于機(jī)床的生產(chǎn)加工，最終要的就是通過數(shù)字技術(shù)對刀具進(jìn)行操控，使之能夠生產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品。在控制刀具的過程中，進(jìn)刀工藝對生產(chǎn)水平的高低影響十分顯著，該項(xiàng)工藝對于刀具的精準(zhǔn)性、高效性、加工質(zhì)量和工藝水平都有著很大的關(guān)系。當(dāng)前的生產(chǎn)過程中，眾多的數(shù)控機(jī)械加工企業(yè)都意識(shí)到了這點(diǎn)，并在這一方面下足功夫，花費(fèi)較大的研究成本，雖然在某些應(yīng)用場景下能夠小幅提升技術(shù)的應(yīng)用水平，但并未取得一種可移植性強(qiáng)、能有效提升進(jìn)刀工藝的方法。通過對比過去在該方面的研究文獻(xiàn)獲得[3]，目前針對于進(jìn)刀速度的研究十分熱門，針對于不同的生產(chǎn)產(chǎn)品、不同的生產(chǎn)材料，對于進(jìn)刀速度的控制也是不同的。依靠于進(jìn)刀速度的控制，一般來說能夠?qū)⑸a(chǎn)速度提升至原來的7至8倍左右。提升進(jìn)刀速度就要保證刀具的性能符合生產(chǎn)要求，加工過程中的流程化加工要進(jìn)行優(yōu)化并且要求系統(tǒng)具有更迅速的響應(yīng)時(shí)間，合理的人工操作也是極為關(guān)鍵的。多方面綜合優(yōu)化才能夠保證有效提升進(jìn)刀速度，對進(jìn)刀工藝進(jìn)行合理改進(jìn)。

2.進(jìn)刀工藝的改進(jìn)措施

2.1選擇合適的刀具

要生產(chǎn)不同的產(chǎn)品就需要使用不同性能的材料，這些材料的硬度和韌性都不同，這就對刀具的性能要求十分苛刻。在針對于不同性能的刀具時(shí)，加工電路也需要做出相應(yīng)改進(jìn)。不同的進(jìn)刀次序和方法是改進(jìn)進(jìn)刀工藝的常用方法。螺紋線條要與豎直方向平行的。在生產(chǎn)過程中，采用交替切割的進(jìn)刀方法更為合理。在制造過程中，需要用一條小線段來設(shè)定合理的偏置距離，使其逐漸向齒源弧的左右兩側(cè)移動(dòng)。在切割過程中，必須保證產(chǎn)品的精度。這需要非常精確的數(shù)字控制，所以驅(qū)動(dòng)程序硬件功能的代碼優(yōu)化十分重要。水平切割的優(yōu)化主要在于設(shè)定好刀具的起始點(diǎn)和進(jìn)刀次數(shù)及時(shí)間。通過大量的實(shí)驗(yàn)，得到了合適的切割起點(diǎn)和切割時(shí)間，保證了切割的精度。水平軸可通過分層輸送的方式，以控制輸送深度。刀的方向必須與直徑平行。連續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該刀具的切削深度約為1cm。這樣可以保證切割速度，并且不會(huì)影響其他加工步驟。無論是垂直還是水平，最大的難題是吞吐量數(shù)值的求解。縱向吞吐量應(yīng)根據(jù)橫向進(jìn)刀的起始點(diǎn)和吞吐量計(jì)算。左右兩邊的吞吐量的總和是垂直方向上的吞吐量。而齒高的最終加工量、批量進(jìn)給時(shí)間等參數(shù)是計(jì)算橫向進(jìn)給初始位置和剩余進(jìn)給量的關(guān)鍵。通過文獻(xiàn)[4]的研究，得到了橫向吞吐量的計(jì)算方法。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意輸送速度的增速和減速環(huán)節(jié)。這是因?yàn)樵诼輻U制造過程中，速度的提升和降低都會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的齒痕，所以設(shè)置加減速環(huán)節(jié)很重要。通過實(shí)驗(yàn)測試，可以減少線程的嚴(yán)重錯(cuò)誤。反饋的深度也會(huì)影響線程處理。生產(chǎn)參數(shù)，如初始進(jìn)刀位置和進(jìn)刀次數(shù)，都需要根據(jù)所選的刀具進(jìn)行定義[5]。準(zhǔn)備好后，進(jìn)行進(jìn)到作業(yè)的試驗(yàn)工作。在具體的調(diào)試過程中，首先確定螺桿參數(shù)[6]，然后根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，估算加工時(shí)間、齒廓高度和最終材料成本的初值。然后，開始重復(fù)對進(jìn)刀次數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)數(shù)。直到能夠確定刀具的起點(diǎn)和終點(diǎn)。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行條件準(zhǔn)備好后，開始進(jìn)到工作。根據(jù)產(chǎn)品加工情況判斷交貨數(shù)量是否符合要求。如果沒有，重新啟動(dòng)并確定開始和結(jié)束位置。到達(dá)最終進(jìn)料后，確定位置和吞吐量，然后結(jié)束循環(huán)。

2.2建立健全生產(chǎn)的管理體系

在過去的研究中，表明進(jìn)刀工藝在通過針對于某一特定生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行適配優(yōu)化后能夠大幅提升生產(chǎn)的精準(zhǔn)度及生產(chǎn)效率。所以，在流程化生產(chǎn)線十分成熟的今天，可以針對特定產(chǎn)品進(jìn)行特定的適配優(yōu)化，達(dá)到生產(chǎn)某一零部件的最優(yōu)解，以降低設(shè)備的包容性為犧牲，從而換取較高的生產(chǎn)效率。利用數(shù)控機(jī)械進(jìn)行加工生產(chǎn)出某一零部件，各個(gè)生產(chǎn)線相互協(xié)調(diào)互相補(bǔ)充，處理好各種零件之間的生產(chǎn)速度，降低不同零件之間的產(chǎn)能差別，從而達(dá)到生產(chǎn)成本最優(yōu)，生產(chǎn)效率最優(yōu)。實(shí)現(xiàn)該種流程化施工需要對生產(chǎn)進(jìn)行嚴(yán)密的管理，需要建立健全生產(chǎn)的管理體系，對于不同產(chǎn)品不同對待，只有因地制宜的進(jìn)行設(shè)備適配和生產(chǎn)調(diào)配才能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備效率的最大化。

2.3完善軟件設(shè)施及規(guī)范工人操作

對于刀具的選擇屬于工藝的硬件支持，能夠保證設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，但是刀具的運(yùn)作模式需要使用系統(tǒng)的合理調(diào)度，所以對于數(shù)字控制系統(tǒng)的編寫和優(yōu)化是極其重要的。針對于進(jìn)刀的起始位置、進(jìn)刀的速度或者進(jìn)刀次數(shù)都要進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)置。如果進(jìn)刀的時(shí)間和位置不同，將會(huì)造成產(chǎn)品質(zhì)量就下降，生產(chǎn)效率和成本也就無法保證。計(jì)算機(jī)的操作比傳統(tǒng)方法更精確，但需要不斷改進(jìn)，以提高技術(shù)水平。在數(shù)控管理系統(tǒng)的建設(shè)過程中，技術(shù)人員應(yīng)該與系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員充分溝通，提出了清晰的解決方案，經(jīng)過多次測驗(yàn)后的系統(tǒng)才能夠投入實(shí)際的生產(chǎn)使用。在確認(rèn)系統(tǒng)可規(guī)范化使用并能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果后，系統(tǒng)仍要以長期保守的方式實(shí)施，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。數(shù)控管理系統(tǒng)的應(yīng)用和使用也需要高素質(zhì)的人才。在提高硬件和軟件性能后，僅僅是保證了技術(shù)水平的上限，合格人員才能充分發(fā)揮設(shè)備的最大性能。因此，相關(guān)企業(yè)必須嚴(yán)格人才選拔管理。注冊入職后學(xué)習(xí)也是一項(xiàng)不容忽視的工作。進(jìn)刀工藝項(xiàng)目的設(shè)計(jì)者和系統(tǒng)構(gòu)建者應(yīng)該解釋設(shè)備運(yùn)行的原理及過程。雖然操作過程不涉及復(fù)雜的原理，但工作人員對于系統(tǒng)的理解是非常有必要的。一旦設(shè)備發(fā)生故障，能夠有利于工作人員獨(dú)立做出判斷，及時(shí)避免更大的損失。

3.結(jié)語

通過上文論述，對于數(shù)控機(jī)械加工工藝水平的提升主要難點(diǎn)在于進(jìn)刀工藝的優(yōu)化上。通過分析可知，進(jìn)刀工藝的優(yōu)化不僅僅在于設(shè)備的本身，還同產(chǎn)品的生產(chǎn)策略、設(shè)備的數(shù)字控制系統(tǒng)以及操作人員的自身素質(zhì)有關(guān)，針對于硬件、軟件、管理及人才進(jìn)行各個(gè)方面的優(yōu)化，才能夠真正的提升我國數(shù)控機(jī)械加工水平，實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

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