數(shù)控銑床加工中線性尺寸的控制方法探討
2023-3-31 來源：- 作者：-
摘要：數(shù)控銑床是指一類具備強大機械加工功能的數(shù)控機床。目前，中國高速發(fā)展的加工中心和柔性加工單元，就是在傳統(tǒng)數(shù)控銑床和數(shù)控鏜床的基礎(chǔ)上，發(fā)展出來的。但因為數(shù)控銑削加工過程最復(fù)雜，必須克服的技術(shù)問題也最多，所以，當(dāng)人們在研制和發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)軟件和自動編程語言時，總是將重心放到了銑削工藝上。基于此，本文介紹了數(shù)控銑床的發(fā)展現(xiàn)狀與特點，通過分析數(shù)控銑床加工中線性尺寸的影響因素，提出了提高數(shù)控銑床加工中零件精度的方法。
關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床加工 線性尺寸 控制方法探討
1、引言
目前，社會經(jīng)濟水平的提升和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展推動了機械工程的進步，現(xiàn)階段的傳統(tǒng)機械工程的不僅應(yīng)用機械設(shè)備的生產(chǎn)過程，同時也是工業(yè)發(fā)展進程中重要的“生產(chǎn)力”，特別是自動化的應(yīng)用和發(fā)展，促使生產(chǎn)的效率和整體質(zhì)量有了極大的提升，對國民經(jīng)濟
的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響作用。但是在實際的運行中發(fā)現(xiàn)，受到多方面因素的影響，致使自動化創(chuàng)新效率得不到提升，形成生產(chǎn)效率始終得不到有效提升的困境，限制了機械水平的快速提升。為改善這一現(xiàn)狀，相關(guān)人員和企業(yè)必須要注重這一工作內(nèi)容的深化，促進機械工程以及自動化水平創(chuàng)新效率的快速提升，從而促進我國長遠發(fā)展“更上一層樓”。
2、數(shù)控銑床的發(fā)展與加工
數(shù)控銑床是現(xiàn)階段工業(yè)發(fā)展進程中的重要方式和措施，對各式各樣的機械設(shè)備的設(shè)計和制造有著非常重要的作用。隨著自動化化技術(shù)的不斷發(fā)展，機械工程作業(yè)控制技術(shù)的優(yōu)勢將得到充分發(fā)揮。我國工業(yè)化的大力扶持，工廠、火電廠等工業(yè)建設(shè)成為了目前急需完成的任務(wù)。而機械工程，遠遠離不開高水平自動化技術(shù)，有助于管理控制好機械工程的自動化的控制。簡單來說，機械自動化能夠促進整個社會更好的發(fā)展，對我國農(nóng)業(yè)、工業(yè)的發(fā)展有著非常積極的促進作用，自動化的實現(xiàn)使得整個機械工程的工作效率快速提升，同時也更符合現(xiàn)階段社會快速發(fā)展的趨勢變化的要求。但是伴隨著社會的持續(xù)進步和發(fā)展，現(xiàn)階段的機械工程已經(jīng)無法滿足工業(yè)建設(shè)的需要，即機械工程以及自動化的創(chuàng)新來自于社會經(jīng)濟的進步的壓迫，在越來越先進并且充滿各項未知挑戰(zhàn)的社會發(fā)展趨勢中，現(xiàn)階段的機械工程以及自動化與理想目標存在著較大的差距，因此創(chuàng)新是該工程進步的必然舉措，進行這一工程的創(chuàng)新能夠使得機械自動化的效率更好的提升，真正意義上發(fā)揮出此工程以及先進生產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)勢，提升國民經(jīng)濟的同時提高自動化水平，繼而奠定我國經(jīng)濟強國的國際地位。
作為機械工程最基礎(chǔ)的生產(chǎn)內(nèi)容，零件加工對于提升零件裝配質(zhì)量，改善機械設(shè)備應(yīng)用效果具有深刻影響。現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，機械設(shè)備的零件生產(chǎn)多是通過銑床完成的，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式下，銑床需要進行人工操作控制，這不僅影響了機械構(gòu)件的生產(chǎn)效率，而且對零件產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和精度造成了較大影響。新時期，機械自動化技術(shù)在零件生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，就自動化技術(shù)本身而言，其能在計算機系統(tǒng)的作用下，對機械生產(chǎn)過程、機械零件參數(shù)要求等數(shù)據(jù)進行分析，然后系統(tǒng)設(shè)計控制程序，實現(xiàn)機械零件自動化、精準化生產(chǎn)。結(jié)合生產(chǎn)實際可知，在機械自動化技術(shù)的支撐下，機械零件的生產(chǎn)模式得到了極大優(yōu)化，在一定程度上，其實現(xiàn)了機械零件的集成化、精細化生產(chǎn)。銑床的加工表面造型，通常由直線或其他曲線所構(gòu)成。該機械適應(yīng)性強，加工精度高，機械加工品質(zhì)穩(wěn)定，制造效率較高。它綜合利用了計算機、自動控制、伺服驅(qū)動器、精確計量，以及新型的機械構(gòu)件等科學(xué)技術(shù)成就。這也是未來數(shù)控車床的主要發(fā)展方向。
譬如，通過銑床進行零件生產(chǎn)時，可深層次進行機械自動化技術(shù)的深入和融合應(yīng)用，該技術(shù)下，生產(chǎn)人員先需要分析各種構(gòu)件的規(guī)格、結(jié)構(gòu)、類型，然后在考慮構(gòu)件缺口的基礎(chǔ)上，對構(gòu)件的集合元素進行系統(tǒng)分析，最后結(jié)合零件應(yīng)用實際情況進行各單元構(gòu)連接，可實現(xiàn)銑床的微連接生產(chǎn)，獲得預(yù)期的加工零件。新時期，機械自動化技術(shù)在機械加工行業(yè)零件生產(chǎn)中的應(yīng)用日益深入，且其與數(shù)字控制、智能化、現(xiàn)代傳感等技術(shù)的交融愈發(fā)深入。在實際生產(chǎn)中，為進一步提升機械自動化技術(shù)在零件生產(chǎn)中的應(yīng)用效果，還應(yīng)注重機械自動化與機電一體化的結(jié)合，同時應(yīng)注重機械功能多元化、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計標準化、模塊化的控制，并規(guī)范使用智能控制技術(shù)，提升機械零件制造加工的效率和精度。在車輛零部件機械加工程序中，當(dāng)數(shù)控車床上用來加工汽車零件的打孔時，在數(shù)控車床上通常有一個打孔設(shè)備。在鋼板上打孔時，必須多次打開。每次開機后，都需要調(diào)節(jié)底板的定位。盡管精確度很高，但工作效率卻很低下。于是，發(fā)明了一個專用于汽零件加工的數(shù)控機床。為實現(xiàn)上述開孔高效率的目的，本實用新型提出了以下技術(shù)方法：
一臺進行了汽車零件機械加工的數(shù)控車床，分為底板，在底板頂部的上下二端固定安裝有豎板，在二豎板的上部與頂板緊固相連，在頂板底面與垂直底板中間固定安裝有驅(qū)動推桿，在驅(qū)動推桿的輸出端固定安置有支承板，在驅(qū)動推桿前后二端的支承板上方固定安裝了有限位桿，限位桿一頭活動穿過并伸入至頂板上部，在支承板底部的上下二端活動固定安置有接受槽，接收槽的內(nèi)側(cè)活動安置有一頭伸入至支承板下部的對接桿，在二個對接桿底部均與支承板緊固相連，在對接桿的對側(cè)裝有限位槽，在支承板的上下二端活動安置有螺紋操縱桿，在螺紋控制棒上的一頭伸入支承板內(nèi)，在螺絲扣操縱桿的另一側(cè)固定安裝有限位桿，限位桿的另一頭則伸入限位裝置凹槽中，在支承板的底面固定安裝有連桿機構(gòu)，連桿的底面固定安裝有驅(qū)動裝置，驅(qū)動裝置的輸出端面固定安裝有鉆桿。
3、數(shù)控銑床的特點
（1）數(shù)控銑床已具備了很大的生產(chǎn)能力，因此通常不要求使用專用裝夾等特種加工工藝裝置。在更換工件時，僅需要調(diào)出在數(shù)控系統(tǒng)設(shè)備中保存的工藝程序、裝夾刀具和調(diào)整刀具的數(shù)量，生產(chǎn)周期也大大縮短；
（2）高度的生產(chǎn)自動化可以降低操作人員的勞動強度，有利于生產(chǎn)管理的自動化；
（3）加工精度高，加工品質(zhì)穩(wěn)定且安全。數(shù)控設(shè)備的最大脈沖當(dāng)量一般為零點零零一毫米，而精密的數(shù)控機床則可達 0.08μm，而且，數(shù)控加工設(shè)備還減少了操作者的操作失誤；
（4）一次性裝夾定位后，可加工需要更多工序加工的零部件。
4、數(shù)控銑床加工中線性尺寸的影響因素
集成化、模塊化機械工程自動化發(fā)展的重要趨勢。在數(shù)控銑床加工中，機械設(shè)備與信息控制、傳感、現(xiàn)代監(jiān)控、智能操作等多個模塊結(jié)合在了一起，這種單元模塊集成的方式有效地縮小了機械設(shè)備的體積規(guī)模和精細化程度，對于給工業(yè)生產(chǎn)具有積極作用。
如在數(shù)控銑床加工中生產(chǎn)中，生產(chǎn)人員可在統(tǒng)籌分析加工數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，深化機械自動化技術(shù)在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，這樣才能實現(xiàn)機械自動化與企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀的融合，助力企業(yè)的自動化、信息化發(fā)展。柔性自動化是基于計算機技術(shù)發(fā)展而來的一種全新技術(shù)，其對于機械自動化技術(shù)優(yōu)化和企業(yè)持續(xù)發(fā)展具有積極作用。在機械工程中，相比于集成自動化，柔性自動化技術(shù)本身更加科學(xué)，智能化程度更高。將機械工程與集成自動化、柔性自動化等技術(shù)結(jié)合在一起后，不僅能實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置，而且能提升企業(yè)的核心競爭能力，此外其能促進技術(shù)水平向經(jīng)濟水平的轉(zhuǎn)變，助力企業(yè)的全面發(fā)展。值得注意的是，在數(shù)控銑床加工中，其技術(shù)的應(yīng)用的信息化程度也在不斷提升；這是因為在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)模式下，人們對于規(guī)范化、標準化、精細化生產(chǎn)的要求不斷提升，為實現(xiàn)生產(chǎn)過程的有效控制，人們在機械自動化技術(shù)應(yīng)用中，愈發(fā)重視對設(shè)備參數(shù)、生態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)的控制，這實現(xiàn)機械自動化技術(shù)柔性控制與信息化控制的集合，有助于提升機械自動化技術(shù)的整體應(yīng)用水平，保證工業(yè)生產(chǎn)的整體效益。經(jīng)過對有關(guān)資料的檢索，作者列舉了在數(shù)控銑床加工中零部件精度的一些影響因素，主要可包括在如下幾個層面：
（1）制造誤差和工具磨損。刀具誤差對加工精度的影響因刀具類型而異；
（2）加工誤差和夾具磨損。夾具偏差，主要是指定位部件、導(dǎo)刀部件、分度機構(gòu)、工裝夾具等的加工偏差 ; 夾具安裝后，與上述部分工作面間的相應(yīng)長度偏差 ; 使用期間，夾具工作表面的磨損；
（3）加工現(xiàn)場的環(huán)境影響。加工現(xiàn)場通常有很多的小金屬碎片。如果這些小金屬屑在零部件的定位表面或定位孔上，會影響零部件的加工精確度。而為了高精度加工，那些看不見的小金屬片也會影響加工精確度；
（4）零件內(nèi)部殘余應(yīng)力；
（5）機床誤差，是指機床的生產(chǎn)偏差、裝配偏差和損壞。主要涉及機械導(dǎo)軌的導(dǎo)向誤差、機械發(fā)展軸線的回轉(zhuǎn)偏差，以及機械傳動鏈的傳動偏差。
5、提高線性尺寸精度的方法
加工精確度，是指在加工后零件的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀和位置）達到設(shè)計圖樣中規(guī)定的理想幾何參數(shù)的程度。符合度越高，代表機械加工精確度就越高。可以從以下三個方面提高線性尺寸精度：提高零件尺寸精度、提高零件形狀精度、提高零件位置精度。
5.1 提高零件尺寸精度
5.1.1 試切法
通過試切方式所達到的精確度可以相當(dāng)高。它并不要求復(fù)雜的儀器，但是由于這種方式比較費時，因此工作效率低下。所以只能用于生產(chǎn)單件產(chǎn)品和小批量投產(chǎn)。作為一個試切削加工工具 - 匹配，它是在已加工零部件的基礎(chǔ)上加工與另一種匹配的工件，并結(jié)合另外兩種（或多個）工件進行加工的方式。在匹配中的最后加工尺寸要求以與已加工零部件的配合要求為準。
5.1.2 調(diào)整法
提前用試樣或標準件調(diào)節(jié)機械、夾具、刀具與工件之間的精確相對位，以保證加工工件的尺寸準確度。因為尺寸預(yù)先調(diào)節(jié)完畢，所以在整個機械加工程序中沒有重復(fù)切削。而尺寸則是通過手動獲得的，在一個零件的整個機械加工程序中都維持恒定。這就是調(diào)節(jié)方式。也因此，在采用銑床夾具時，刀具的定位由刀塊大小決定。同樣，它一般適用于批量投產(chǎn)和小批量生產(chǎn)。
5.1.3 定尺寸法
采用一定規(guī)格的刀具來確定工件加工部分長度的方法，叫做定徑方法。采用一定標準規(guī)格的刀具進行機械加工，加工表面的長度根據(jù)工件規(guī)格確定。也就是說，可以采用具備相應(yīng)規(guī)格精度的刀具（如鉸刀、鉸刀、鉆頭等）來確保工件加工零件（如孔）的精度。定尺寸法作業(yè)簡單，產(chǎn)量高，而且工藝精度穩(wěn)定。這基本上就和機械工人的技術(shù)沒關(guān)系了。它產(chǎn)量高，廣泛應(yīng)用于不同產(chǎn)品型式。例如，鉆孔和鉸縫等。
5.1.4 主動測量法
在機械加工程序中，在機械加工程序中測定加工長度，或把測定結(jié)果和設(shè)計規(guī)定的長度加以對比。目前，在主動檢測中的值可用數(shù)表示。
5.1.5 自動控制法
自動控制法共分為兩種：①自動檢測是指機械上的一種手動測定工件大小的設(shè)備。當(dāng)工件超過所需大時，檢測設(shè)備會發(fā)出命令，使機械自行縮回或終止運行；②數(shù)字控制是由機械上的伺服電機、滾動絲桿來螺母副和一個數(shù)字控制裝置，用以控制刀柄或操作臺的準確運動。
最初的自動控制方式，是通過使用主動測量和機械或液壓控制來實現(xiàn)的。該自動控制方法的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)量高，且工藝靈活性較好，可滿足多個品種產(chǎn)量。它是現(xiàn)代機械工業(yè)的重要發(fā)展方向，是計算機輔助制造技術(shù)（CAM）的重要基石。
5.2 提高零件形狀精度
5.2.1 軌跡法
這種加工方式使用刀尖的軌跡形成工件表面的圖形。一般的車削、銑削、刨削和打磨都屬于刀尖軌跡法。該方法所得到的圖形準確度，主要依靠于成形運動的準確度。
5.2.2 模型法
成形刀具的幾何造型可以用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)機械的一些成形運動，以達到機械加工表面的造型。如成形車削、銑削、打磨等。成形方法獲得的圖形精度，主要決定于刀刃的外形。
5.3 提高零件位置精度
5.3.1 直接找正裝夾
該方法是一種裝夾手段，通過千分表、劃線盤或目視檢查直接找到工件在機床上的位置。
5.3.2 劃線找正裝夾
這種夾緊方法產(chǎn)量較少，而且精確度低，對工人的技術(shù)要求較高。通常用來單件或小批量生產(chǎn)中的較復(fù)雜、重型零部件的加工，或毛坯材料尺寸公差很大，工人無法直接用夾具裝裝夾。
5.3.3 用夾具裝裝夾
夾具是針對加工工藝中的特點而專門設(shè)計的。夾具上的定位元件，能使工件迅速地取得相應(yīng)于機床和刀具的準確定位，應(yīng)用于批量加工和批量生產(chǎn)。
6、數(shù)控銑床加工注意事項
規(guī)范使用數(shù)控銑床加工技術(shù)，能實現(xiàn)機械工程生產(chǎn)模式得以優(yōu)化，對于提升企業(yè)生產(chǎn)效益具有積極作用。新時期，深化機械自動化技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為企業(yè)高效生產(chǎn)的內(nèi)在要求。在機械工程自動化技術(shù)應(yīng)用中，首先應(yīng)認識到科學(xué)技術(shù)是數(shù)控銑床加工技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，應(yīng)不斷的進行技術(shù)創(chuàng)新，深化現(xiàn)代信息技術(shù)在機械工程及自動化技術(shù)中的應(yīng)用。其次在機械工程生產(chǎn)中，還應(yīng)注重機械自動化技術(shù)發(fā)展趨勢的把控，實現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用趨勢與生產(chǎn)現(xiàn)狀的有效結(jié)合。最后為進一步提升機械工程自動化技術(shù)的應(yīng)用水平，在實際生產(chǎn)中，還應(yīng)注重其應(yīng)用體制、機制的優(yōu)化，一方面，應(yīng)加大在機械工程自動化技術(shù)應(yīng)用的層面的資源投入，不斷引入新技術(shù)、新設(shè)備，為機械自動化技術(shù)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。另一方面，現(xiàn)代企業(yè)應(yīng)強化機械自動化技術(shù)應(yīng)用的組織管理，如提升生產(chǎn)人員專業(yè)技術(shù)水平等，這樣才能提升機械自動化技術(shù)應(yīng)用水平，謀得更大的發(fā)展效益。
7、結(jié)語
總而言之，數(shù)控機床技術(shù)的應(yīng)用對于機械工程發(fā)展具有深刻影響，其直接關(guān)系著機械生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。在實際生產(chǎn)中，人們只有充分認識到機械自動化生產(chǎn)的優(yōu)勢特征，深化其在具體行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，完善數(shù)控銑床加工中線性尺寸的控制方法，才能發(fā)揮
數(shù)控銑床的價值。
作者：王雪 翟梽錦 楊世航 董樂樂
來源：黃河交通學(xué)院 焦作市數(shù)控銑床設(shè)備工程技術(shù)研究中心
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