數(shù)控銑床加工多面零件的加工工藝研究
2023-8-23 來(lái)源： 江蘇省南通工貿(mào)技師學(xué)院 作者：朱飛
摘要：隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，數(shù)控銑床加工工藝不斷調(diào)整，多面零件的加工量逐漸增加。對(duì)于多面零件數(shù)控加工而言，加工工藝的要求更嚴(yán)格，需要做好加工精度的控制。數(shù)控加工完成后，應(yīng)及時(shí)剔除不合格的零件，以保證相關(guān)檢測(cè)工作的有效實(shí)施。只有加強(qiáng)對(duì)數(shù)控加工過(guò)程的優(yōu)化管理，才能有效提升零件加工的精度和質(zhì)量。要想確保多面零件的加工質(zhì)量，需要合理應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)。
關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；多面零件；加工工藝
在數(shù)控加工操作中，要結(jié)合具體標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)調(diào)整零件加工要求，優(yōu)化具體的零件加工程序，減少外界因素帶來(lái)的干擾。目前，數(shù)控加工工藝具有多樣性，不同零件的具體精度要求存在差異，因此為滿足精度加工需要，必須提升零件的加工工藝。可見(jiàn)，加工工藝和零件加工精度是相互影響的。尤其是對(duì)于多面零件加工，只有不斷提高數(shù)控銑床的加工工藝水平，才能滿足精度要求。
1、多面零件加工工藝分析
多面零件的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工難度更大，對(duì)于加工技術(shù)要求較高。一般來(lái)說(shuō)，多面零件以小批量生產(chǎn)為主，要求具體加工尺寸和圖紙保持一致，加工表面不能有劃痕、擦傷等缺陷，且加工中不能使用紗布、銼刀來(lái)修飾工件表面，同時(shí)需要控制備料尺寸的大小。對(duì)于沒(méi)有標(biāo)注公差尺寸的零件可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行 。
相較于一般的零件加工，多面零件加工工藝更復(fù)雜，加工工序也較多，需要多次進(jìn)行裝夾定位，加工難度大。在目前的數(shù)控加工中，一般是通過(guò)數(shù)控銑床來(lái)加工零件。在多面零件的具體加工中，不同的加工面對(duì)于加工工藝和精度質(zhì)量等要求可能存在差異。一方面需要關(guān)注加工順序，另一方面要把握每個(gè)面的裝夾和定位，確保加工滿足要求，提升多面零件的加工效果 。
雖然多面零件大都為小批量或者單件加工，零件的外形輪廓多種多樣，對(duì)應(yīng)的零件毛坯材料和形狀存在一定差異，但是在數(shù)控銑床加工中，相應(yīng)數(shù)控加工工藝的設(shè)計(jì)思路大致相同。首先，要分析待加工多面零件的圖紙，確定加工內(nèi)容和技術(shù)要求，并將尺寸公差轉(zhuǎn)換成方便數(shù)控加工的對(duì)稱(chēng)公差，精準(zhǔn)計(jì)算毛坯尺寸。其次，制訂多面零件的結(jié)構(gòu)加工方案，合理設(shè)計(jì)多面零件的加工工序，選擇切削用量并設(shè)計(jì)刀具路徑。最后，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）軟件開(kāi)展仿真加工校驗(yàn)，同時(shí)調(diào)整和優(yōu)化加工程序 。
由于多面零件數(shù)控加工的復(fù)雜性較強(qiáng)，相應(yīng)工藝設(shè)計(jì)要求較高，需要制訂靈活的設(shè)計(jì)方案。針對(duì)多面零件加工沒(méi)有可以直接套用的固定模式的情況，加工設(shè)計(jì)中需要把握常加工結(jié)構(gòu)規(guī)律，明確多面零件的平面、斜切面、曲面以及箱體等的加工規(guī)律，構(gòu)建相應(yīng)的多面零件工藝庫(kù)，制訂模塊化工藝方案，從而確保不斷提升多面零件的數(shù)控銑床加工工藝的效率。
2、多面零件加工精度的影響因素
2.1 儀器誤差影響多面零件的加工精度
在制造加工多面零件的過(guò)程中，刀具必須與主軸保持有效接觸，同時(shí)要嚴(yán)格控制放置精度，因此需要使用能夠承受并有效控制加工過(guò)程中由振動(dòng)引起的誤差的刀具。相關(guān)刀具在連續(xù)加工使用中難免會(huì)出現(xiàn)一些磨損，由此產(chǎn)生的誤差會(huì)造成多面零件變形，影響加工精度。因此，在加工多面零件時(shí)，要及時(shí)校核刀具的強(qiáng)度和硬度，確保刀具的抗彎強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度能夠滿足相關(guān)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的要求 。
2.2 熱因素影響多面零件的加工精度
在多面零件加工中，為了實(shí)現(xiàn)精確控制，一些工人會(huì)反復(fù)切割多面零件，增加了系統(tǒng)對(duì)多面零件施加的摩擦力，釋放出了額外的熱量，導(dǎo)致熱處理多面零件的加工標(biāo)準(zhǔn)明顯變差，無(wú)法滿足常規(guī)的加工精度要求。有些多面零件加工難度較大，在特殊加工中，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)可能會(huì)造成機(jī)械設(shè)備局部或整體溫度升高，不利于實(shí)現(xiàn)加工的準(zhǔn)確性。因此，在加工過(guò)程中，需要相關(guān)人員進(jìn)行必要的冷卻處理，避免數(shù)控機(jī)床等加工設(shè)備出現(xiàn)局部溫度過(guò)高的問(wèn)題，確保多面零件的加工精度。
2.3 工件加工工藝影響多面零件的加工精度
多面零件加工生產(chǎn)過(guò)程中，在最后的切削階段容易發(fā)生熱變形和應(yīng)力變形，造成一些誤差問(wèn)題。針對(duì)這種現(xiàn)象，可以通過(guò)高壓冷卻液或冷卻葉片進(jìn)行控制，將誤差降至可接受的程度 [5]。應(yīng)力彎曲通常是夾具和工具中的內(nèi)力造成的。研究表明，加工工件時(shí)切削力引起的誤差大多大于壓力引起的誤差，因此多面零件銑削過(guò)程中的誤差問(wèn)題較為突出，導(dǎo)致多面零件的尺寸精度、表面光滑度等參數(shù)降低，可能導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，應(yīng)盡量避免切削力較大導(dǎo)致的誤差問(wèn)題。
2.4 數(shù)控技術(shù)影響多面零件的加工精度
數(shù)控銑床誕生后，生產(chǎn)水平和工業(yè)加工質(zhì)量都有了很大的提高。數(shù)控技術(shù)備受關(guān)注，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。數(shù)控機(jī)床在控制系統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)方面與傳統(tǒng)機(jī)床存在顯著差異。數(shù)控技術(shù)對(duì)多面零件加工的影響主要通過(guò)數(shù)控編程來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)多面零件精度的影響較大。數(shù)控編程設(shè)置決定了多面零件的原始加工參數(shù)。這些參數(shù)的合理性直接影響多面零件的加工質(zhì)量，如果設(shè)置不合理，就會(huì)導(dǎo)致多面零件多個(gè)面的參數(shù)不達(dá)標(biāo)，致使加工的零件成為廢品。另外，加工系統(tǒng)是數(shù)控編程的主要內(nèi)容，其對(duì)加工精度和效率有一定影響。
2.5 幾何精度影響多面零件的加工精度
多面零件加工中的幾何精度設(shè)置存在誤差，會(huì)導(dǎo)致多面零件的加工尺寸和設(shè)計(jì)樣圖的尺寸出現(xiàn)偏差。例如，工件的夾緊部位夾緊力不足，在實(shí)際加工中容易出現(xiàn)待加工件的傾斜和移動(dòng)，從而導(dǎo)致多面零件的加工精度受到影響，再加上機(jī)床自身的誤差，會(huì)降低多面零件的生產(chǎn)質(zhì)量。多面零件的加工精度較低是導(dǎo)致工件加工存在誤差的原始因素之一。
在加工過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)主軸回轉(zhuǎn)誤差，且主軸運(yùn)動(dòng)對(duì)各種多面零件加工的影響程度不一，會(huì)導(dǎo)致多面零件尺寸和形狀發(fā)生變化。如果定位不準(zhǔn)確，將對(duì)后續(xù)的工件加工產(chǎn)生負(fù)面影響。另外，刀具在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的磨損，增加出錯(cuò)的概率和程度，降低多面零件生產(chǎn)加工的精度。
3、多面零件加工工藝效果提升策略
多面零件對(duì)于數(shù)控加工工藝技術(shù)的要求較高。在具體的數(shù)控機(jī)床多面零件加工中，只有實(shí)施有效的保障措施，分析加工過(guò)程中影響質(zhì)量和精度的主要因素，并控制其中的不利因素，才能確保多面零件的加工質(zhì)量。
3.1 強(qiáng)化溫度控制，避免熱變形
如果數(shù)控銑床設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中升溫過(guò)快，會(huì)降低加工精度，增加誤差。在數(shù)控銑床多面零件加工中，高溫會(huì)導(dǎo)致熱變形，影響加工精度，可采用冷水冷卻的方法處理 [7]。例如，數(shù)控銑床設(shè)備在工作時(shí)，刀具反復(fù)切削多面零件，而刀具的切削摩擦和熱變形影響切削效果。被加工的多面零件對(duì)高溫較為敏感，并因刀具的熱變形而發(fā)生局部變形。因此，可用冷水對(duì)刀具進(jìn)行物理降溫，有效降低熱變形因素對(duì)多面零件加工精度的影響。
3.2 降低外力干擾，做好加工過(guò)程控制
數(shù)控加工中的多面零件會(huì)受到摩擦、擠壓等多種不同因素的影響，進(jìn)而影響多面零件的加工精度，降低多面零件的生產(chǎn)質(zhì)量。因此，在數(shù)控銑床加工過(guò)程中，要提前做好設(shè)備檢查工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和其他問(wèn)題，并更換易磨損的刀具和多面零件。降低外力干擾的措施主要有 3 點(diǎn)。首先，確保數(shù)控加工設(shè)備處于理想的工作狀態(tài)，并確保機(jī)器仍然是部分密封狀態(tài)，遵循標(biāo)準(zhǔn)要求，避免過(guò)度擁擠。其次，應(yīng)定期對(duì)數(shù)控銑床設(shè)備表面進(jìn)行拋光，以減少數(shù)控銑床多面零件接觸面的摩擦。最后，通過(guò)控制摩擦力和擠壓力來(lái)減小數(shù)控銑床多面零件的加工誤差，使多面零件的質(zhì)量滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
在數(shù)控系統(tǒng)加工中，需要嚴(yán)格控制加工過(guò)程，盡可能減小幾何誤差。對(duì)此，需要分析造成多面零件加工幾何精度誤差的原因，選擇有效的加工設(shè)備，做好設(shè)備管理和控制，保證相關(guān)數(shù)控銑床設(shè)備的工作狀態(tài)良好。同時(shí)，可考慮改造現(xiàn)有的多面零件加工設(shè)備，分析設(shè)備以往使用中的誤差情況，了解影響誤差的共性因素，匯總數(shù)據(jù)并制訂改造方案，輸入準(zhǔn)確的成本核算，避免在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)誤差 [8]。另外，在數(shù)控銑床設(shè)備的檢修過(guò)程中需要進(jìn)行綜合分析，掌握設(shè)備的初始誤差參數(shù)，確保設(shè)備誤差在可接受的范圍內(nèi)。
3.3 注重人才培養(yǎng)，提升加工工藝水平
機(jī)械數(shù)控專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)是提升數(shù)控機(jī)床加工人員專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平和多面零件加工工藝的有效保障措施。目前，針對(duì)多面零件加工中相關(guān)技術(shù)人員自身素質(zhì)和技能有限的問(wèn)題，需要進(jìn)一步組織開(kāi)展加工技術(shù)培訓(xùn)。通過(guò)機(jī)械數(shù)控專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，能夠提升技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)技能，進(jìn)而提高企業(yè)的產(chǎn)品合格率和工作效率，培養(yǎng)出機(jī)械數(shù)控專(zhuān)業(yè)技術(shù)方面的工匠型人才，為數(shù)控加工制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展打造一支復(fù)合型、創(chuàng)新型產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)的不斷應(yīng)用發(fā)展，機(jī)床復(fù)合技術(shù)和相關(guān)加工技術(shù)越來(lái)越成熟，可以在一臺(tái)機(jī)床中實(shí)現(xiàn)鉆孔、鉸孔、擴(kuò)孔等多種操作工序以及工序之間的復(fù)合加工，提高了機(jī)床的工作效率。
此外，數(shù)控技術(shù)使機(jī)械加工呈現(xiàn)管理信息化和科學(xué)化的特點(diǎn)。科學(xué)的管理可以促使多面零件企業(yè)更加精益化，大大提高了企業(yè)的管理效率和生產(chǎn)效率。在多面零件的制造生產(chǎn)中，數(shù)據(jù)管理是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工自動(dòng)化的關(guān)鍵步驟。信息化管理軟硬件的應(yīng)用，為企業(yè)的管理優(yōu)化和資源配置優(yōu)化提供了更好的技術(shù)支持。同時(shí)，多面零件的數(shù)控加工智能化是數(shù)控技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的主流趨勢(shì)。多面零件的數(shù)控加工智能化對(duì)于促進(jìn)加工效率和質(zhì)量的智能化發(fā)展，提升驅(qū)動(dòng)性能和連接的智能化，為系統(tǒng)診斷和維修提供智能診斷與監(jiān)控支持等都具有重要意義。因此，要注重對(duì)專(zhuān)業(yè)人才進(jìn)行新技術(shù)、新理念、新方法、新材料等方面的培訓(xùn)，通過(guò)不斷提高數(shù)控銑床加工技術(shù)人才的專(zhuān)業(yè)化水平，提升多面零件的加工質(zhì)量和效益。
4、結(jié)語(yǔ)
多面零件的數(shù)控銑床加工工藝直接影響加工精度和質(zhì)量，其相關(guān)工藝設(shè)計(jì)是數(shù)控編程中的重要組成部分，需要把握好數(shù)控機(jī)床的使用效率、零件加工質(zhì)量和刀具耐用性等。這就要求相關(guān)數(shù)控加工人員在多面零件加工中能夠合理選擇數(shù)控銑床加工工藝，做好多面零件的全面工藝分析，靈活合理地進(jìn)行數(shù)控銑床加工工藝設(shè)計(jì)。
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