試論機械零件數控加工精度的保障策略

何俊杰，金鑫，秦雪飛，蒲江涌，羅震，韓甲瑞

（1.寶雞石油機械有限責任公司，2.中油國家油氣鉆井裝備工程技術研究中心有限公司，陜西 寶雞 721000）

隨著制造業的快速發展，機械加工系統標準化、自動化水平得到了全面提升，而且隨著社會的不斷進步，人們對機械零件的加工精度要求也越來越嚴格，從而使得機械零件加工難度更大，將機械加工系統與數控技術進行有效結合后，充分發揮數控加工技術優勢來實現機械加工創新，進而能夠全面提升機械產品加工質量，因此，要在數控技術應用過程中有效利用各類影響因素進行深入分析和有效解決，這樣才能保障產品加工質量。

1 數控車床基本結構及原理

作為一種機電一體化產品，數控機床實現了自動化機械技術、測量技術以及計算機信息技術的綜合，隨著當今時代下智能化技術的快速推進，數控車床也正在逐步向著效率更高、精度更高的方向發展。數控車床的整體結構主要包括機械結構、電子控制單元、數控車床電源等幾部分。在進行零件加工的過程中，傳統車床必須要利用人工方式來對刀具和零件的移動進行控制，加工過程中操作人員要對應加工圖紙進行操作，這樣才能夠順利完成零件的切削等加工。而利用數控車床能夠有效節省人力資源，操作人員只需要按照設計圖紙將加工程序進行編程后，對零件加工的規格參數、加工順序、車床旋轉方向等進行明確規定后，數控車床就可以按照加工指令進行自動化處理，同時，也能夠對于伺服系統執行指令，從而使得車床的加工部件做出運動，并最終完成零件的自動化加工。

2 機械零件數控加工精度影響因素

2.1 人為影響因素

雖然數控加工技術具有極高的自動化程度，但是在進行零件加工過程中，仍然需要以人作為主體，這也是影響機械零件數控加工的加工精度的主要因素。部分數控機床的操作人員由于對新型數控機床工藝流程、操作要點的掌握不夠深刻，或者自身操作技能存在缺陷，導致在零件加工過程中出現控制指令下達錯誤、操作不規范行為等現象，在此情況下，零件的加工精度和產品質量就會受到影響。例如，在進行零件加工的過程中，操作人員沒有嚴格執行既定的加工順序，在加工前并未對零件加工的機床參數進行詳細核實，導致加工參數與實際加工要求不符。此外，由于存在操作失誤導致工件在夾具上出現了定位誤差，進行機械零件加工前并未對數控機床進行及時調試和維護保養。上述問題的存在必然會導致機械零件數控加工精度受到影響，甚至可能會引發工具出現磨損、零件尺寸造型出現偏差等問題。

2.2 刀具影響因素

機械零件數控加工過程中如果存在刀具選用不合理、更換不及時、走刀線路設定不合理等問題，必然會對加工精度產生影響。首先，在選擇刀具之前，首先要對機械加工需求和造型尺寸、加工粗糙度、機床種類型號、加工工藝等相關因素進行全面綜合后來完成刀具的選擇，如果操作人員未對上述因素進行充分考慮而導致刀具選擇不合理問題，不僅會對刀具使用壽命產生影響，也會加速刀具磨損，在此情況下，進行零件加工必然會導致出現加工誤差，例如，在加工平面零件內外輪廓的銑削加工過程中并未選擇平底立銑刀，或者是進行切削加工過程中未選擇圓弧形或尖形車刀。其次，機械零件數控加工過程中，刀具長時間使用必然會出現嚴重磨損，如果不能進行及時更換會導致刀具出現月牙洼、切削刃鈍、后刀面相關問題，這必然會對后續的零件加工效果產生較大影響。最后，操作人員如果對刀點設定存在不合理之處不重視，就必然會導致走刀線路設定出現偏差，控制系統的刀具運動坐標未提前進行明確，或者是在操作過程中對刀方式仍然采取傳統方法，刀點和刀位點不能實現完全重合，由此也會導致零件加工產生誤差。

2.3 程序影響因素

相較傳統的機床加工，數控加工具有極高的自動化加工優勢，在加工過程中，操作人員不僅可以采取傳統的手工控制模式，而且也可以通過預先編制控制程序進行零件加工。數控車床的加工程序按照自動執行的方式提前導入方案中，通過程序執行完成傳統加工模式下需要人工操作才能完成的對刀定位、換刀、刀具軌跡計算、切削速度調整等工藝流程，自動化程序下使得機械零件數控加工中的人為影響因素的影響被有效消除。但是，需要注意的是，部分企業由于缺乏對數控機床系統的開發經驗，數控加工伺服控制程序的編寫仍然存在功能單一、加工信號傳輸缺乏穩定性、系統運行穩定性差、控制方式不合理等眾多問題，導致實際進行零件加工的過程中會受到外部環境的嚴重影響，不僅會導致出現加工誤差，而且也會使機床運行故障概率增加。例如，加工企業未針對數控加工伺服系統采取開環或者閉環等常規控制方式，在加工中應用了半閉環控制，在這種控制模式下，控制指令下達主要通過螺旋組件驅動以及加工信號采集來完成，如果在加工中一旦出現信號傳輸中斷或者操作失誤等問題，必然會使得系統出現無效傳輸或者反向傳輸等問題，由此也會導致出現較大加工誤差。

3 機械零件數控加工精度保障措施

3.1 分析零件圖紙，確定方案

首先，要對機械零件設計圖紙進行詳細分析，對圖紙上的零件尺寸工廠、基礎坐標、加工進度等相關信息進行詳細掌握，在此情況下與技術人員完成技術交底，并以此為依據制定出詳細的機械零件數控加工方案，在方案制定過程中首先要對加工方式、控制介質、刀具種類等進行合理選擇。與此同時，由于機械零件在數控加工過程中會受到很多因素的影響，因此，僅僅根據零件設計圖紙分析結果來制定加工方案不能充分保障產品加工質量和加工進度，還需要充分結合加工現場按照擬定的數控加工基本方案開展試加工實驗，通過試加工來及時發現數控加工中存在的問題并進行及時解決，同時，也要對試加工件的加工進度、外形尺寸、表面粗糙度等參數進行嚴格檢查，在此基礎上，實現加工方案的進一步優化，并最終完成加工工藝文件的進行歸檔。

3.2 刀具更換和加工軌跡完善

為了能夠將機械零件數控加工過程中因刀具因素導致的加工進度影響控制在最低的程度，應該按照以下措施給予保障：首先，完成刀具合理選擇。針對加工零件的表面粗糙度、外形形狀、加工工藝的相關因素進行綜合分析后來選擇最合理的刀具類型。例如，加工零件對精度要求較高的情況下，應該盡可能選擇具備較高高速切削適應能力的超細力度硬質刀具。針對機夾可轉位刀具進行更換的過程中使用壽命為30min左右的刀具即可，如果要進行銑削加工，則要及時更換平底立銑刀，平底立銑刀的半徑值要充分結合機械零件外輪廓曲率半徑、外輪廓形狀、加工高度等相關參數進行確定；其次，刀具的更換和磨損檢查。在數控機床加工過程中，零件表面粗糙度、操作行為、解決速度等都會對刀具磨損產生一定影響，因此，刀具更換時間也應該結合實際加工狀況進行確定。刀具更換過于提前會導致加工成本增加，刀具更換不及時，則會對零件加工精度產生影響。為了保證刀具更換時間的合理性，在機械零件加工的過程中要利用鐵屑顏色與工件表面、刀具壽命表、儀器檢測等方法針對刀具磨損程度進行判斷，一旦刀具磨損達到某一限制或者產生刻劃模式、切削刃裂縫等現象的情況下就要及時更換刀具；在此，要及時校正刀點。在數控加工過程中操作人員必須要通過系統提前將準確的起刀點坐標輸入，同時要在夾具上設置起刀點，要充分保障刀位點和起刀點完全重合，刀位點在選擇過程中要結合刀具種類進行確定，例如在加工過程中使用平底立銑刀的情況下，刀位點就應該設置為平底立銑刀底面與軸線的交點，球頭銑刀通常情況下是以球頭的球心來作為刀位點。此外，一些企業為了能夠將數控機床的刀點誤差控制在最小程度，經常會將一個自動對刀裝置設置在數控加工系統中，以此替代人工對刀操作，通過該裝置不僅能夠讓對刀效率得到進一步提升，而且也能夠在換刀過程中實現換刀點的快速設定。

3.3 設定切削量參數

在機械零件數控加工操作過程中，切削量參數設定屬于非常重要的一個環節，數控加工操作失誤中切削量參數設定不合理問題也比較常見，作為操作人員沒有嚴格按照加工方法和進給速度等相關因素設置最佳的切削用量，導致加工零件出現了較大加工余量，同時，也很可能會對零件加工精度已經脈沖當量產生較大影響。因此，在實際加工過程中作為操作人員需要對切削量參數的計算方法進行正確掌握，同時，結合實際加工狀況以及加工方案對數控機床的主軸轉速、進給速度、背吃刀量等相關參數進行合理確定，將各類參數設定完成后充分利用公式V=πdn/1000來精確計算出機床的主軸轉速，該公式中n表示的是主軸轉速，d表示的是加工工件直徑，V則表示的是切削速度。充分結合加工工件材質、加工方式以及加工零件的表面粗糙度要求等來確定加工的進給速度，例如，在進行深孔加工或者是切斷加工的過程中，通常情況下，需要將進給速度設定在20～50mm/min。另外需要結合使用刀具的剛度值以及工件本身剛度詳細計算出背吃刀量，在進行參數計算和設定的過程中，需要充分保障加工余量和背吃刀量兩個數值基本保持相同，同時，也要預留出0.5mm精加工余量來作為零件加工的冗余量。

3.4 設備保養維護

從當前機械零件數控加工的實際生產狀況可以看出，因維護保養不到位經常會導致數控機床設備在運行過程中產生故障等問題，在此情況下，會導致零件加工產生誤差，而且設備和相關零部件的老化速度也會加快，進而嚴重影響機床設備的使用壽命。因此，作為機械加工企業，要進一步加大機床設備的維護保養力度，在進行機械零件加工之前，首先要對設備進行詳細檢查調試，及時發現其中存在故障進行有效解決，刀具或鉆頭等部件產生磨損或老化現象后要及時進行更換。其次，在進行機械零件的加工過程中，需要對機床設備的實時運行數據進行及時采集，通過數據分析后對設備的基本運行狀況是否與加工標準相符，同時，也要對機械設備表面存在的破損部件或者是灰塵污漬等進行徹底清理和更換，并加強對設備潤滑油的加注，保障設備時刻能處在最佳運行狀態。最后，針對機床設備要開展定期的拆檢工作，拆檢過程中對各項設備正好進行及時檢測，發現磨損嚴重或損壞等要及時進行更換，如設備內部存在復合雜質或油路堵塞等現象要及時進行清理，如果設備存在嚴重故障或者是零部件存在嚴重缺陷的情況下返廠維修。

3.5 伺服控制系統升級優化

為了能夠使機械零件的數控加工精度得到進一步提升，在進行數控伺服控制程序編寫的過程中，要盡可能使用全閉環控制模式，減少半閉環或開環控制，數控機場工作臺也要適當增加傳感元件，以此針對設備運行過程中的運行狀態進行及時監測，對工件加工的位移等參數進行實時掌握，將監測數值與預先設定數值進行詳細對比后采取有效糾偏措施，這樣才能將加工砂紙進行有效消除，或者可以將加工砂紙保持在可控范圍內。

4 結語

總而言之，我國機械制造行業目前正處于快速發展過程中，數控加工技術的應用也越來越廣泛，為了能夠充分保障機械加工零件質量達到預期要求，就要對數控加工精度不同的問題進行不斷改進。作為機械加工企業要對機械零件數控加工精度控制問題給予高度重視，對于數控加工過程中存在的影響因素進行深入分析，并采取合理的保障措施有效消除機械零件數控加工過程中的負面影響因素。