提高機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平的有效方法

李寧

摘要：我國社會經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的趨勢，社會對產(chǎn)品多樣化的要求日益強(qiáng)烈，傳統(tǒng)加工設(shè)備和制造技術(shù)已經(jīng)難以滿足各種機(jī)械零件的高質(zhì)量加工要求，面對這一嚴(yán)峻的問題，很多企業(yè)開始對機(jī)械加工進(jìn)行改革，并將數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械生產(chǎn)中，這一舉措大大提高了機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)加工的質(zhì)量和效率。對此，本文首先對機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)進(jìn)行介紹，然后對提升機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)水平的途徑策略進(jìn)行分析，并結(jié)合案例，詳細(xì)探究數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;數(shù)控加工技術(shù);產(chǎn)品多樣化

中圖分類號：TH161? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0066-02

0? 引言

隨著航空工業(yè)、汽車工業(yè)和輕工消費(fèi)品生產(chǎn)需求的高速增長，各行各業(yè)對零件生產(chǎn)的精度、質(zhì)量要求越來越高。再加上市場競爭激烈，產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)周期也逐漸縮短，傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)難以滿足市場需求了。因此，為了謀求長遠(yuǎn)發(fā)展，相關(guān)企業(yè)要不斷改進(jìn)和自主創(chuàng)新機(jī)械零件生產(chǎn)加工技術(shù)，而數(shù)控加工技術(shù)因具有自動化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效解決復(fù)雜、精密、中小批量零件加工的難題，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到機(jī)械零件生產(chǎn)工業(yè)中，這給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性變化，同時也為其它行業(yè)的數(shù)字化發(fā)展指明了方向。

1? 機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

目前，數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)在機(jī)械、汽車、輕工、醫(yī)療等重要行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用特點(diǎn)表現(xiàn)為：

1.1 高速、高精度加工

為了提高機(jī)械零件加工的質(zhì)量和檔次，數(shù)控加工技術(shù)在不斷實(shí)踐中逐漸呈現(xiàn)出高質(zhì)量、高效率的特點(diǎn)。比如在航空領(lǐng)域內(nèi)，薄壁和薄筋是加工需求量比較高的零部件，傳統(tǒng)的加工方式所加工的零件剛度較低，而數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用，使得薄壁和薄筋的強(qiáng)度、剛度都得到了提升，這對于保障航空事業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。另外，數(shù)控加工精度也發(fā)生了質(zhì)的提升，完成了普通級到精密級再到超精密級的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到了納米級數(shù)控加工，這些變化充分說明了數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)滿足機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)的需求。

1.2 智能化、網(wǎng)絡(luò)化加工

在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控加工技術(shù)的智能化主要體現(xiàn)在加工效率和加工質(zhì)量上，比如零件加工時會用到的自適應(yīng)控制技術(shù)，該技術(shù)能提供前饋控制、自動識別、電機(jī)參數(shù)的自動運(yùn)算等服務(wù)，可以有效提高設(shè)備整體的驅(qū)動性能。另外，數(shù)控加工技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展已經(jīng)成為國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)制造企業(yè)的重點(diǎn)方向，它能極大滿足生產(chǎn)線和制造系統(tǒng)對信息集成的需求，也是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)全新制造模式的關(guān)鍵一環(huán)。

1.3 開放式體系結(jié)構(gòu)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也在不斷完善和豐富相關(guān)系統(tǒng)體系。開放式體系結(jié)構(gòu)就是利用軟、硬件資源開發(fā)出的新一代數(shù)控系統(tǒng)，它能為用戶提供開放式的系統(tǒng)集成資源，同時還可以根據(jù)用戶需求靈活配置數(shù)控系統(tǒng)，目前已經(jīng)在日本、美國等機(jī)械加工行業(yè)中得到了充分利用。開放式體系數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)用，不僅提升了數(shù)控加工技術(shù)的通用性、適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，還有效縮短了機(jī)械零件的生產(chǎn)周期[1]。

2? 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用于機(jī)械加工設(shè)備

在傳統(tǒng)生產(chǎn)活動中，生產(chǎn)環(huán)境、設(shè)計、磨損等因素會影響到機(jī)械的使用壽命，這種情況下一旦出現(xiàn)設(shè)備故障，不光難以保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量，還會因為加工產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度緩慢導(dǎo)致企業(yè)經(jīng)濟(jì)受損。而數(shù)控加工技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中發(fā)生故障的可能性較低，所以能很好保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量和進(jìn)度。即便是機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障，該故障會以代碼的形式反饋到數(shù)控操作系統(tǒng)，如果是一些小故障，數(shù)控系統(tǒng)則會完成自我修復(fù)，而針對一些嚴(yán)重性故障，數(shù)控操作系統(tǒng)會及時提醒相關(guān)工作人員采取維修措施，以保障機(jī)械加工的效率。

2.2 應(yīng)用于機(jī)械加工生產(chǎn)過程

大量實(shí)踐表明，現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)在各行業(yè)發(fā)展領(lǐng)域中已經(jīng)取得了相對成功的結(jié)果，成為當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的主要加工模式。在機(jī)械生產(chǎn)過程中運(yùn)用數(shù)控加工技術(shù)，不僅能改善傳統(tǒng)加工生產(chǎn)方式的弊端，還能促進(jìn)企業(yè)在機(jī)械方式上的創(chuàng)新，有利于實(shí)現(xiàn)企業(yè)的高效生產(chǎn)，從而進(jìn)一步鞏固其在市場中的競爭地位。

2.3 應(yīng)用于零件檢測

企業(yè)為了保證可觀的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)嚴(yán)格保障機(jī)械生產(chǎn)的質(zhì)量和效率，這也是一個企業(yè)能保持穩(wěn)固發(fā)展的關(guān)鍵?；诖耍髽I(yè)有必要采取措施對機(jī)械設(shè)備的零件進(jìn)行定期檢測。同時為了節(jié)省人力成本、提高檢測效率，可以采用數(shù)控加工技術(shù)對零件是否出現(xiàn)裂紋、破損等情況進(jìn)行檢測，以保證機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

3? 數(shù)控加工技術(shù)在異形螺紋加工中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 數(shù)控加工的切削參數(shù)選擇

切削參數(shù)在數(shù)控加工中是一個很重要的參數(shù)，其直接關(guān)系到加工產(chǎn)品的質(zhì)量、效率和成本，所以要嚴(yán)格保證切削參數(shù)選擇的合理性。通常情況下，老師傅會根據(jù)自身多年的工作經(jīng)驗，并結(jié)合機(jī)床剛性、被加工材料以及所選用的刀具材料等進(jìn)行選擇。切削參數(shù)一般包括三個方面，具體為：背吃刀量ap（backengagement）、切削速度vc（cuttingspeed）和進(jìn)給量f（feedrate）。

3.2 數(shù)控加工編程方式

和普通螺紋加工方式相同，在數(shù)控加工技術(shù)中，異形螺紋加工的程序編程也分為兩種：①手工編程。這一程序編程的理論基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)函數(shù)和幾何圖形計算，程序運(yùn)行的軌跡和數(shù)控刀具的走刀路徑相同，這種計算方式能有效保證加工軌跡的連續(xù)性和流暢性，相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)也會利用曲線對計算結(jié)果進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，這種情況下，數(shù)控系統(tǒng)的計算速度也會提升。②計算機(jī)輔助編程。在實(shí)際生產(chǎn)活動中，企業(yè)通常會面臨產(chǎn)品需要更新?lián)Q代的問題，這一問題可造成產(chǎn)品在加工試制過程中出現(xiàn)外形輪廓不規(guī)則的情況，如果試制產(chǎn)品外形輪廓較為復(fù)雜的話，要在保證零件精度較高的基礎(chǔ)上，使用計算機(jī)輔助編程來改善這一問題，它能有效簡化數(shù)控系統(tǒng)的計算過程。比如多軸加工中心在加工葉輪時，零件的圖紙要求工作臺和刀具要同時旋轉(zhuǎn)，才能滿足加工生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。但是在實(shí)際操作過程中，手工編程難以準(zhǔn)確獲得走刀軌跡和曲面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，面對這種情況就要充分運(yùn)用計算機(jī)輔助編程的優(yōu)勢，利用繪圖軟件將葉輪的圖紙要求繪制在編程軟件中，同時對刀具和參數(shù)進(jìn)行選擇，即可完成葉輪加工程序的編制，此時再利用相關(guān)程序來獲取節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和軌跡，這種編程方式能大大提高機(jī)械加工的效率。

3.3 異形螺紋加工進(jìn)刀方式

在數(shù)控加工技術(shù)運(yùn)用中，螺紋的加工方式分為兩種：①基本指令手工編程。常見的加工螺紋指令一般有三種：G32、G92、G76，在進(jìn)行手工編程時任意選擇一種指令即可。②計算機(jī)軟件輔助編程螺紋加工。這種螺紋加工方式所用到的參數(shù)設(shè)置切入點(diǎn)分為三種：沿牙槽中心線切入法、沿牙槽右側(cè)切入法和左右交替切入法。

3.4 異形螺紋加工宏程序技術(shù)

用戶宏程序是異形螺紋加工中最常用的手工編制數(shù)控加工程序，該程序的使用范圍較廣，具體工作原理是結(jié)合數(shù)學(xué)計算方式和邏輯運(yùn)算理念，利用變量對一些數(shù)值進(jìn)行賦值，這樣做的目的是為了保證數(shù)控系統(tǒng)讀取數(shù)值的靈活性。同時，變量所賦予的數(shù)值變化是有規(guī)律可循的，這種編制程序在數(shù)控車床中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。另外，用戶宏程序編制可以用來表達(dá)數(shù)控車床的基本指令、循環(huán)指令、數(shù)學(xué)關(guān)系、走刀方式等等。

從上述內(nèi)容可知，用戶宏程序在數(shù)控系統(tǒng)中處于高端水平，和其具有類似智能編程功能的程序編制形式還有循環(huán)指令和子程序等等，它們?yōu)橹懈邫n數(shù)控機(jī)床的加工生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)支撐，有利于提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)效率[3]。

3.5 牙型異形螺紋的加工

①螺紋圖樣分析。凹橢圓輪廓面上的圓弧螺紋軸相關(guān)參數(shù)見圖1。在牙型異形螺紋加工中，橢圓曲線的標(biāo)準(zhǔn)計算公式為：

從圖1中可知，橢圓長短半軸的中心在螺紋軸中心線的上方，螺紋的有效長度就是橢圓的短半軸，0.25cm表示沿著橢圓凹弧面螺紋的切削深度，0.3cm表示牙型半徑，螺紋長0.4cm，導(dǎo)程為0.08cm。

②加工工藝安排。螺紋牙型是半徑為0.3cm的圓弧，一般情況下，數(shù)控車床加工中用到的刀具就是半徑為0.3cm的圓弧車刀，證實(shí)這一點(diǎn)后，即可選擇其作為螺紋加工的刀具。具體的操作為：沿著圓弧前點(diǎn)朝著X方向作為起刀點(diǎn)，為了保證圓弧前點(diǎn)能夠直接接觸到工件外圓，可用外圓車刀將毛坯氧化層去除。X方向?qū)Φ恫僮鞯耐瓿?，需要在對刀參?shù)設(shè)置中輸入所測量到的外徑直徑值;Z方向?qū)Φ恫僮鞯耐瓿?，需要在圓弧車刀左側(cè)和工件右端面充分接觸的情況下，輸入Z3值。

③選擇程序指令。為了保證圓弧螺紋的加工精度，可以將用戶宏程序和螺紋加工指令結(jié)合起來，分別對X方向和Z方向進(jìn)行進(jìn)刀操作，在對車刀X方向進(jìn)刀時，進(jìn)刀深度會影響到X方向的坐標(biāo)值;在對車刀Z方向進(jìn)刀時，螺紋的X方向、Z方向終點(diǎn)坐標(biāo)都會隨著進(jìn)刀的深度而發(fā)生變化，此時需要對Z變量和X變量進(jìn)行賦值。

結(jié)合圖形螺紋形狀的計算結(jié)果，可以計算出橢圓曲線中心的坐標(biāo)為X58、工件坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)為Z20。為了提高編程程序的計算效率，需要在編程中將起刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)設(shè)置成整倍數(shù)。通過上述計算可知，螺紋的有效長度為0.4cm，故可將螺紋起點(diǎn)坐標(biāo)、終點(diǎn)坐標(biāo)相對于橢圓中心分別設(shè)置為Z24、Z-24。再將Z坐標(biāo)值代入橢圓公式中，即能計算出螺紋的起點(diǎn)坐標(biāo)為X46。通過上述公式計算得到的數(shù)據(jù)，在螺紋加工生產(chǎn)時參考，有利于保證零件加工的精準(zhǔn)度。

4? 總結(jié)

綜上所述，數(shù)控加工技術(shù)在機(jī)械中的應(yīng)用是當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。特別是在數(shù)字化、智能化、自動化技術(shù)高速發(fā)展的環(huán)境中，數(shù)控加工技術(shù)可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對零件加工的精密化控制，不僅能減少企業(yè)人力、財力和物力的投入，而且可有效保證機(jī)械加工的質(zhì)量、精度和效率。數(shù)控加工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合機(jī)械加工生產(chǎn)需求對其系統(tǒng)和加工程序進(jìn)行優(yōu)化，同時加強(qiáng)人力和財力對數(shù)控機(jī)床設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)。由此可見，數(shù)控加工技術(shù)已然成為我國機(jī)械加工的主流方式，對于推動機(jī)械制造業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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