數(shù)控工藝與編程對零件質(zhì)量控制影響

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摘要：數(shù)控加工零部件的質(zhì)量，直接關(guān)系著機(jī)構(gòu)以及機(jī)器生產(chǎn)過程的最終質(zhì)量。在制定零部件加工的具體程序時(shí)，還應(yīng)當(dāng)充分考慮數(shù)控編程對零部件的加工質(zhì)量的影響。數(shù)字控制零部件的加工質(zhì)量指標(biāo)主要有二個(gè)方面：一是數(shù)字控制的加工精度；另一個(gè)是在數(shù)字控制加工方面的品質(zhì)。研究這二個(gè)參數(shù)，對于數(shù)控加工零部件的質(zhì)量具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：零件質(zhì)量；數(shù)控加工精度；表面質(zhì)量

0引言

隨著數(shù)控控制機(jī)器的普及，對于許多類型的產(chǎn)品，或多或少都采用數(shù)字控制的機(jī)械加工。數(shù)字控制機(jī)器的優(yōu)勢是它具有加工精確、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量平穩(wěn)、加工操作流程靈活、加工速度快和性能更優(yōu)良的特征。但是，在實(shí)際的加工中，為了更好地充分發(fā)揮數(shù)控車床的加工性能，為了更好地達(dá)到高精度零件加工的目標(biāo)，只有正確地理解和利用各種可能會(huì)影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素，找到切實(shí)可行的測試誤差抑制技術(shù)，才能更好地充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用，可以提高零件加工時(shí)的品質(zhì)。在實(shí)際的加工操作過程中，影響這種數(shù)字化的控制部位加工質(zhì)量的主要因素可以是許多，如加工技能、編程、設(shè)備條件、運(yùn)營商的技術(shù)能力等。本篇文章將從控制數(shù)控的加工精度、數(shù)控加工表面質(zhì)量二個(gè)重點(diǎn)方面出發(fā)，簡單地說明了數(shù)控加工表面誤差的形成過程與成因，并給大家提供了一些相關(guān)的控制措施。

1數(shù)字控制編程與加工技術(shù)的關(guān)系

1.1數(shù)字控制加工技術(shù)的內(nèi)容

①能夠基本上理解和把握現(xiàn)在加工零件的技術(shù)要求。例如，尺寸精度、加工材料、硬度、加工數(shù)量等，以上需要充分讀懂加工圖紙。②能夠?qū)庸ち悴考D紙上提出的要求進(jìn)行工藝分析，其中包括部件結(jié)構(gòu)的工藝性、加工材料和設(shè)計(jì)精度的合理性、加工工藝及技術(shù)要求等。③全面分析加工過程，在分析中獲得目前零部件加工的所有技術(shù)信息，主要有加工路徑、刀具的移動(dòng)軌跡、切削量等。另外，在基于加工的實(shí)際情況下，將加工信息記入工程卡和流程卡，保證加工信息對實(shí)際加工指引作用。④根據(jù)需要進(jìn)行加工的零部件圖和已經(jīng)制定的技術(shù)內(nèi)容，使用數(shù)字控制系統(tǒng)規(guī)定的命令代碼、程序形式開展數(shù)字控制編程。⑤通過傳送接口連接已編寫的程序設(shè)計(jì)，將其輸出至數(shù)字控制器的數(shù)控裝置中，在加工前調(diào)整機(jī)床，調(diào)用已編寫的程序，根據(jù)圖紙要求進(jìn)行零部件加工。

1.2數(shù)字控制加工技術(shù)參數(shù)

在數(shù)字控制加工的過程中，有影響加工品質(zhì)的要素和加工工序的參數(shù)。工藝參數(shù)直接影響加工效率、刀具的壽命、零件的加工精度和零件的表面質(zhì)量等。因此，初始切削量的選擇應(yīng)與以往豐富的加工經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前加工工件的設(shè)計(jì)中的切削量的推薦值一致進(jìn)行，但最終決定的切削量參數(shù)為應(yīng)該根據(jù)數(shù)字控制程序的調(diào)試結(jié)果和加工實(shí)際效果來決定。①在粗加工階段，對加工中使用的工件材料進(jìn)行大體積切除處理。以數(shù)控車為例，在該階段，工作表面的質(zhì)量要求相對較低，一般對表面粗糙度Ra的要求為12.5μm～25μm；對軸向、徑向切削深度要求通常是2mm～4mm、3mm～6mm。另外，為了后續(xù)加工的需要進(jìn)行半精加工，留下一定的加工余量。一般是1mm～2mm之間，經(jīng)過半精加工后準(zhǔn)備進(jìn)行精加工時(shí)，加工余量為0.2mm～0.5mm就可以了。②關(guān)于半精加工部分，在粗加工的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行精密化的加工，在光滑加工工件表面的同時(shí)，對存在工件突出腳的剩余材料進(jìn)行切除處理，在切除的同時(shí)，為了下一次加工，預(yù)先留下一定的厚度和均勻的加工余量。半精加工后，要求工件表面粗糙度Ra達(dá)到3.2μm～12.5μm；軸方向、半徑方向的切削深度為1.5mm～2mm就可以。另外，為了之后的加工質(zhì)量，需要留下加工余量。一般是0.3mm～0.5mm。③關(guān)于精加工部分，所謂的精加工，是指為了達(dá)到加工的尺寸精度和表面粗糙度基準(zhǔn)的最后加工階段。通常，加工部分的工作表面粗糙度Ra應(yīng)該達(dá)到0.8μm～3.2μm，軸向、徑向的切削深度分別為0.5mm～1mm、0.3mm～0.5mm。④數(shù)字控制編程并非獨(dú)立存在，系統(tǒng)特征明顯，屬于系統(tǒng)技術(shù)。工藝技術(shù)、數(shù)字控制加工模擬、CAM技術(shù)、CAD技術(shù)的聯(lián)系非常緊密，工藝方法的運(yùn)用對數(shù)控編程的效果有著決定性的作用。

2數(shù)控加工精度的保證

2.1確定合理的工藝流程

①對于控制零件加工精度，控制變形和誤差的操作工序，我們可以選擇多次運(yùn)刀。例如，如果對于用準(zhǔn)12的毛坯車削準(zhǔn)10的細(xì)長軸，尺寸公差要求是±0.01，圓跳動(dòng)度是0.02，那么該部件的加工剩余數(shù)量應(yīng)該是2mm。粗車、精車兩次切除情況下，對于易變形的細(xì)長軸加工剩余量偏大，則加工結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致尺寸和圓跳動(dòng)度超差，表面粗糙。用3次以上的粗車車削剪切去余量外的剩余數(shù)目，最后余量適中而精車，可以更好地確保工件的加工要求。因此，數(shù)控加工程序在制作時(shí)，活用子程序的功能，通過對主程序多次調(diào)用子程序，可以對同一個(gè)材料表面多次切削加工，即分層切削，這樣才可以提高零部件的加工精度。②位置精度不高的孔類加工遵循加工路徑的最短原則。對于要求位置精度較高的孔系統(tǒng)，工具移動(dòng)路徑應(yīng)考慮避免機(jī)床各軸的反向間隙的影響，即數(shù)控編程的退刀和進(jìn)刀相互影響。

2.2確定合理的編程數(shù)據(jù)

數(shù)控編程對加工精度的影響主要來自編程原點(diǎn)的確定、數(shù)據(jù)處理、切削的擬合、加工路徑的選擇等方面。2.2.1明確編程原點(diǎn)。程序中的坐標(biāo)系通常由編程人員依照零件的加工性質(zhì)及零件的圖紙而確定。編程坐標(biāo)系原點(diǎn)的正確選擇直接決定了零部件的加工精度，編程中坐標(biāo)系的基本性質(zhì)原則在于程序設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)之間的統(tǒng)一，能夠盡量最大限度地降低因尺寸公差換算而產(chǎn)生的誤差。2.2.2軟件在編程過程中的數(shù)據(jù)處理。數(shù)值控制在進(jìn)行編程過程中的數(shù)據(jù)處理直接影響到輪廓軌跡的設(shè)計(jì)和加工精確性。這里重要的技術(shù)性要素就是對于未知的編程節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了計(jì)算和程序大小的公差磁區(qū)帶進(jìn)行了換算。①某一個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)能夠根據(jù)節(jié)點(diǎn)所需要求的輪廓幾何條件自動(dòng)地計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，而某一個(gè)數(shù)控控制系統(tǒng)則必須進(jìn)行手動(dòng)地計(jì)算。手動(dòng)輔助在計(jì)算一個(gè)未知節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值時(shí)產(chǎn)生的最大困難和問題之一就是計(jì)算的準(zhǔn)確性，經(jīng)過大量的驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了手動(dòng)計(jì)算結(jié)果與電腦輔助在計(jì)算機(jī)上所得結(jié)果之間存在0.01到0.03mm的差。為了提高自動(dòng)運(yùn)算的精確度，建議1）使用自動(dòng)運(yùn)算中值的數(shù)據(jù)（其中包括角度值）保持四位數(shù)以上的小數(shù)點(diǎn)（以脈沖當(dāng)量0.001mm的數(shù)控控制機(jī)床為例）。如果用電腦算的話，請盡量留下小數(shù)點(diǎn)以下的部分。2）編程尺寸通常是圓形，根據(jù)數(shù)控車床的脈沖當(dāng)量。脈沖當(dāng)量是數(shù)字控制機(jī)器的最小設(shè)計(jì)單元，也是數(shù)控控制機(jī)器的最小控制單元。因此，數(shù)字控制機(jī)床的最大脈沖當(dāng)量是0.001mm，而最終計(jì)算結(jié)果保持在三位的小數(shù)。②當(dāng)工件的各個(gè)部位之間的尺寸公差不一致或者不對稱時(shí)，就需要進(jìn)行人工設(shè)計(jì)和編程。用同樣的切削刀具進(jìn)行加工的話，采用公差中值的方式進(jìn)行了編程，使之實(shí)現(xiàn)了公差的對稱性分布，在機(jī)床上的加工錯(cuò)誤上只有留出了空間，才能夠很好地保證了加工的準(zhǔn)確性。然而，當(dāng)程序尺寸的公差帶對稱或公差的帶基本匹配時(shí)，可以直接使用公稱的尺寸進(jìn)行編程，并且這種方式可以極大地降低了計(jì)算的數(shù)量。例如，為了更好地完成兩個(gè)外圍尺寸的設(shè)計(jì)和加工，取出兩個(gè)標(biāo)稱的尺寸18和26進(jìn)行了編程，為了有效地保證其公差，用刀具半徑的補(bǔ)償數(shù)值修正0.01mm也是很方便的。③在圖紙的顯示尺寸與程序的顯示尺寸不一致的情況下，需要采用加號(hào)、負(fù)號(hào)乃至于幾何學(xué)等技術(shù)手段來求解該程序的尺寸，進(jìn)行尺寸的換算。2.2.3插補(bǔ)累計(jì)誤差的控制。①盡可能采用絕對型編程。絕對式的編程以某一固定點(diǎn)（或者是編程中的坐標(biāo)原點(diǎn)）作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，以各個(gè)段的流程和總體的操作過程為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。增量模型的編程，以以前一個(gè)點(diǎn)作為設(shè)置的基準(zhǔn)，連續(xù)地執(zhí)行多個(gè)程序時(shí)必然會(huì)發(fā)生累計(jì)誤差。②在進(jìn)行加工操作的過程中，如果采用了返還基準(zhǔn)點(diǎn)指令，其目的是完成減少加工誤差的操作。當(dāng)機(jī)械手返回到參考點(diǎn)上時(shí)，要將各種坐標(biāo)全部清除。這樣就有助于消除傳統(tǒng)的數(shù)控控制系統(tǒng)在運(yùn)算中所帶來的累進(jìn)度誤差。在實(shí)際加工時(shí)返回參考點(diǎn)來交換刀是一個(gè)比較完美的方法。③數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中進(jìn)行非圓曲線的加工操作時(shí)，對于規(guī)則性較小的非圓曲線，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮到數(shù)控控制系統(tǒng)所需要的變量編程和功能。其他非圓曲線通常采用CAM軟件自動(dòng)進(jìn)行編程，通常所采用的擬合方法是采用等間距法、等弦長度法和誤差法等誤差法，并且盡量采用等誤差法對其進(jìn)行跟蹤擬合，通過將形狀和特征綜合后的等弦長法進(jìn)行了軌跡式擬合，能夠有效控制精度和加工的誤差。

3數(shù)字控制加工表面質(zhì)量的保證

3.1確定正確的加工工藝方案

3.1.1對切削機(jī)床進(jìn)行正確的選擇。實(shí)踐證明，銑削加工使用順銑與逆銑所獲取的表面粗糙度各異。在進(jìn)行加工過程中，盡量使用銑刀順銑，提高了零件外殼表面的質(zhì)量。在對圓鋼等各種類型的零件進(jìn)行切削時(shí)，盡量使用相同的刀片來修剪外周，減少刀痕。一般來說，為了減少外圓車削完成后所需要進(jìn)行的車削過程中出現(xiàn)的不連續(xù)面，如在工件上部位有槽等表面，在外周的車削完畢后再進(jìn)行車削加工。在使車削形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)面的條件下，注意選擇恰當(dāng)大小的主偏角和副偏角的車刀，可以避免刀相互干預(yù)而對其產(chǎn)生不良加工。加工這樣的零件的圓弧表面時(shí)，請取小的偏角，將刀尖做成圓角，圓角半徑小于加工面的半徑。3.1.2合理設(shè)計(jì)切削路線。用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，為了減少刀痕，保證輪廓表面的質(zhì)量。刀具的切入點(diǎn)沿著零件的周邊做外延，保證工件的輪廓平滑。沿著零件的輪廓車刀直接垂直切入零件的話，零件的外形會(huì)留下明顯的刀傷，刀沿著零件的輪廓用法線切入。輪廓加工中避免進(jìn)給停止，根據(jù)切削力的變化產(chǎn)生刀痕。首先，刀的切入過程通常需要取小進(jìn)給速度。為了大大提高切削效率，在進(jìn)行切削過程中從切削層緩慢地進(jìn)入其他的切削層，可以有效確保一定的切削進(jìn)給和加工速度。第二，保持盡可能穩(wěn)定的切削參數(shù)，包括切削速度、推動(dòng)力和切削深度之間的一致。最后，盡可能多地提高了毛坯的加工和成形精度，保證各表面的加工余量均勻。另外，在將同樣加工刀面分割成兩次加工的條件下，將刀片運(yùn)動(dòng)軌跡的方向設(shè)置為一次，不必再要求相互干涉或者是碰撞。3.1.3使用新型高效刀具。為了提高零部件加工的表面質(zhì)量，應(yīng)選擇盡可能高的切削速度。為了充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，應(yīng)該選擇高強(qiáng)度、高耐久性的新型高效刀具。我們在用數(shù)字控制機(jī)床加工數(shù)字控制機(jī)床的工程師設(shè)計(jì)的檢測零件時(shí)，采用了各種型號(hào)的數(shù)字控制刀具，較好地保證了產(chǎn)品表面的質(zhì)量。

3.2采用最佳的數(shù)控加工程序

3.2.1合理使用功能性指令。同樣的零部件也有各種不同形狀和多樣化的加工技術(shù)。仿真后，請您自己選擇一個(gè)最佳切削方法。如果我們采用G83高速深孔鉆指令模式，在切削過程中實(shí)現(xiàn)了間歇供應(yīng)，有利于排屑，減輕了在進(jìn)行這樣的切削工序中孔的另一端毛刺被嚴(yán)重堆積時(shí)發(fā)生的情況，用手稍稍地修理一下便已經(jīng)基本達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)。3.2.2優(yōu)化了倒角切削加工。大多數(shù)數(shù)控加工的零件均需要有倒角部分的邊緣。倒角通常包含45°倒角與倒圓角時(shí)，由于整個(gè)程序所要走的路徑都是一條垂直線段，加工過程結(jié)束后經(jīng)常有機(jī)會(huì)使零件產(chǎn)生一定角微量的毛刺，影響了零件的手感和協(xié)作的順利性，此時(shí)我們就可以考慮參加精密設(shè)計(jì)中的倒角過程前后各自走R0.2或R0.3mm的圓形角程序。

4結(jié)語

本文研究了從加工技術(shù)和編程角度提高數(shù)字控制加工質(zhì)量的一系列方法。這些基本在實(shí)際加工中得到了驗(yàn)證，為數(shù)字控制的加工作業(yè)人員提供了解決問題的參考方案。另外，數(shù)控加工的工具參數(shù)、機(jī)床系統(tǒng)的誤差、操作者的經(jīng)驗(yàn)水平等都會(huì)影響數(shù)控加工的精度，實(shí)際加工時(shí)請考慮，這有助于保證數(shù)控車床的加工精度和良好的加工效果。

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作者:劉學(xué)軍 單位:瑞昌中等專業(yè)學(xué)校