數控(kong)加工(gong)作 爲(wei)一種(zhong)先進的加(jia)工方法, 被(bei)廣泛(fan)地用于(yu)航空工(gong)業、艦船工(gong)業以及電(dian)子工業等(deng)高精度(du)、複(fu)雜零件的加工生産(chan)。在數控(kong)加(jia)工中(zhong)，影響(xiang)數控加工(gong)質量(liang)的因(yin)素很(hen)多，即(ji)工(gong)藝系統(tong)中的(de)各組成部分，包括 機(ji)床、刀(dao)具、夾具(ju)的制造(zao)誤差、安(an)裝(zhuang)誤差(cha)以及刀具使用中的(de)磨損(sun)等都(dou)直接影響工件的加(jia)工(gong)精度。也(ye)就是說，在加工(gong)過程中整(zheng)個工(gong)藝系統會産生各種(zhong)誤差，從而(er)改變刀 具和工(gong)件在切削運動(dong)過程(cheng)中(zhong)的相互(hu)位置(zhi)關系(xi)而影(ying)響零件的加工(gong)精度及質量。
數(shu)控加(jia)工在中國(guo)制造(zao)業 中(zhong)已(yi)經有了(le)較長(zhang)的使用時間，雖(sui)然有嚴格(ge)的數控機床操(cao)作規(gui)範(fan)、良(liang)好的(de)機床維護(hu)保養(yang)，但是(shi)其(qi)本(ben)身的(de)精度(du)損失是不(bu)可避(bi)免的。爲了(le)控制産品的加工質(zhi)量，我(wo)們定(ding)期對 數(shu)控(kong)設備(bei)進行檢(jian)測維修(xiu)，明确每(mei)台設備(bei)的加工(gong)精度，明(ming)确每(mei)台設備的(de)加工(gong)任(ren)務。對于(yu)大批量(liang)成(cheng)批生(sheng)産的(de)零(ling)件加工(gong)工廠，應嚴(yan)格區(qu)分粗、精(jing)加工的(de)設備使用(yong)，因爲粗加(jia) 工時(shi)追求(qiu)的是(shi)高速(su)度、高(gao)的去(qu)除(chu)率、低的(de)加工精度，精加工則相反(fan)，要求(qiu)高的加(jia)工精度(du)。而粗(cu)加(jia)工時對(dui)設備(bei)的精(jing)度損(sun)害是(shi)嚴(yan)重的，因(yin)此我(wo)們(men)将(jiang)使用(yong)年限(xian)較長(zhang)、精度(du)差的(de)設(she)備定爲(wei)專用(yong)的粗加工(gong)設備，新(xin)設(she)備和(he)精度(du)好的設備(bei)定爲(wei)精加工設備，做到(dao)對現有(you)設備(bei)資源(yuan)的合(he)理搭(da)配、明(ming)确分(fen)工，将機(ji)床對加(jia)工質(zhi)量(liang)的(de)影響(xiang)降到了(le)很(hen)低，同 時又(you)保護了昂(ang)貴的(de)數控設備，延長(zhang)了(le)設(she)備的(de)壽命。
二(er)、刀(dao)柄的(de)合理選用環節(jie)
當我(wo)們的(de)機床(chuang)不可(ke)改變時，與(yu)機床相(xiang)關的刀(dao)柄、刀具對數控(kong)加工質(zhi)量的影(ying)響又(you)變(bian)得(de)突出(chu)了。在任(ren)何(he)旋轉(zhuan)刀具(ju)加工系統(tong)中，主(zhu)軸(zhou)與(yu)夾頭(tou)(或其(qi)組合體)的(de)聯結是刀(dao)具加(jia)工性(xing)能實現的(de)基石。
1.刀(dao)柄(bing)與機(ji)床的(de)聯結(jie)
目前(qian)企業常用(yong)刀柄與機床的 接口(kou)主要(yao)有BT刀(dao)柄和(he)HSK刀柄(bing)，刀(dao)柄結構(gou)如圖1所示(shi)。BT刀柄(bing)與機(ji)床主軸的(de)接口(kou)錐(zhui)柄錐度(du)爲7∶24，這種(zhong)方式的(de)刀柄隻适(shi)合于(yu)低速加工，因BT刀(dao)柄與主軸 隻是(shi)錐面配(pei)合(he)，當轉(zhuan)速太高時，由于離心(xin)力的(de)作用(yong)會使錐面(mian)配合(he)間隙增大(da)，從而(er)影響數控(kong)加工質量(liang)。當機(ji)床高(gao)轉速達到(dao)15000 轉/分(fen)時，通(tong)常需(xu)要采(cai)用HSK型刀(dao)柄，HSK刀杆(gan)爲過定(ding)位結構(gou)，提供與機床标(biao)準聯(lian)結(jie)，在(zai)機床(chuang)拉力作用(yong)下，保(bao)證刀(dao)杆短錐和(he)端面與機床緊(jin)密配(pei)合(he)。
2.刀柄與(yu)刀具的聯(lian)結
對(dui) 刀柄另一個重(zhong)要的(de)技(ji)術(shu)要求就是刀(dao)柄與刀(dao)具的(de)聯結(jie)方式(shi)， 包括(kuo)加(jia)工(gong)時的(de)夾持力度(du)、徑向跳動(dong)精度和平(ping)衡質(zhi)量，刀(dao)柄的(de)徑向(xiang)跳(tiao)動(dong)精度(du)要小于(yu)0.003mm。爲(wei)支持(chi)機床(chuang)的線(xian)性傳(chuan)動，主軸(zhou)、刀柄和(he)刀 具(ju)的總重量(liang)越小，對(dui)獲得優(you)良切(qie)削效果 越(yue)有利。根據客戶各自(zi)的(de)需求，都(dou)能夠找到一種(zhong)完美(mei)的刀柄系(xi)統，因(yin)爲不同的系統(tong)能(neng)夠提供(gong)不同(tong)的(de)技術特(te)征和(he)優勢。 刀柄(bing)對刀杆 、刀(dao)具的(de)夾緊方(fang)式主要(yao)有4種刀(dao)柄(bing)：側固(gu)式刀柄、彈(dan)性夾(jia)緊式刀(dao)柄(bing)、液壓(ya)刀柄(bing)和熱脹冷(leng)縮刀柄(bing)等(deng)。
側固(gu)式刀柄的 特點(dian)是簡(jian)單(dan)容易操(cao)作、快速方便、安(an)全性極(ji)高(gao);彈性(xing)夾緊(jin)式刀(dao)柄的(de)特點(dian)是(shi)刀(dao)具的(de)夾緊或(huo)松(song)開是(shi)在刀柄材(cai)料的(de)彈性(xing)形變範圍(wei)内實現的(de)，不僅(jin)可以(yi)提(ti)供極高(gao)的刀柄(bing)回(hui)轉精 度，而(er)且對刀具(ju)使 用壽命(ming)沒有限制(zhi);液壓刀柄(bing)特點爲采(cai)用這(zhe)一刀(dao)具夾緊系(xi)統，可使(shi)系(xi)統徑向跳動誤(wu)差精(jing)度和重複定位(wei)精度(du)控制在3μm以(yi)下。由(you)于刀(dao)柄内存在(zai)有高(gao)壓油(you)液壓力，當刀具(ju) 被夾緊時(shi)，内藏(cang)的油腔結(jie)構及(ji)高壓油的存在(zai)大大地增(zeng)加了(le)結構(gou)阻尼，可有(you)效防(fang)止刀具和(he)機床(chuang)主軸(zhou)的振(zhen)動;熱脹冷(leng)縮刀柄的(de)優(you)點是徑(jing)向跳動誤(wu)差小(xiao)，精度(du)很高，可達(da)到 3μm以(yi)下水(shui)平，傳(chuan)動扭矩(ju)大(da)，而刀(dao)柄的設計(ji)相對比較(jiao)小巧(qiao)，但其(qi)缺陷(xian)在于(yu)，相比液壓刀柄或應(ying)力鎖緊式刀柄(bing)來講，其防(fang)振性(xing)能較差。
三、刀具(ju)的準(zhun)确選擇和(he)使用(yong)環節(jie)
硬 質合金(jin)刀具應用(yong)範圍在企業越(yue)來越廣(guang)，硬質合(he)金将(jiang)代替(ti)大部分高(gao)速鋼刀具(ju)，包括鑽頭、立銑(xi)刀和絲錐(zhui)等簡(jian)樸通用(yong)刀(dao)具，使(shi)這一(yi)類刀具的(de)切削(xue)速度有很(hen)大的(de)提高，硬質(zhi) 合金将在(zai)刀具(ju)材料中(zhong)占主導(dao)地位(wei)，覆(fu)蓋(gai)大部(bu)分常(chang)規(gui)的加工(gong)領域。我公(gong)司在粗加(jia)工中盡可(ke)能采(cai)用大直徑(jing)的牛(niu)鼻刀，使用(yong)R2左右的(de)硬質合金刀(dao)片，做到粗(cu)加工排(pai)屑(xie) “多”;半(ban)精加(jia)工選用高(gao)轉速高進給R0.8左右的(de)鑲片(pian)立銑(xi)刀，做(zuo)到半精加(jia)工走(zou)刀(dao)“快”;精加(jia)工時盡量選用(yong)硬質(zhi)合金(jin)刀杆(gan)和高精度球頭(tou)鏡面(mian)刀(dao)片(pian)，這樣(yang)可在保(bao)正 加工質量(liang)的同(tong) 時節(jie)省選用整(zheng)體合(he)金刀具的(de)高昂(ang)費用。精加(jia)工中(zhong)所用(yong)小刀具的(de)半徑應(ying)小于或等于(yu)被加(jia)工零(ling)件上(shang)的(de)内(nei)輪廓(kuo)圓角(jiao)半(ban)徑，尤其(qi)是在拐(guai)角(jiao)加工(gong)時，應選用半徑(jing)小于拐(guai)角(jiao)處圓(yuan) 角半(ban)徑(jing)的刀具(ju)，并以圓弧插補的方(fang)式進行加(jia)工，這樣可以避免采(cai)用直(zhi)線插(cha)補而出(chu)現過切現象(xiang)，做到精加(jia)工質(zhi)量“好”。因此，刀具(ju)的準(zhun)确選(xuan)擇和(he)使(shi)用(yong)是影(ying)響數控加(jia)工質(zhi)量的重要(yao)因素。
四、數(shu)控編程環(huan)節
程(cheng)序是數控(kong)機床(chuang)惟(wei)一能夠(gou)識别的(de)語(yu)言，它(ta)向機(ji)床發出一(yi)條一條加(jia)工指令，控(kong)制着(zhe)機床(chuang)的 每一(yi)步(bu)驟，程序的(de)好(hao)壞直接(jie)影響到(dao)加(jia)工的質量和效(xiao)率。這(zhe)就需要在全面(mian)了解(jie)機(ji)床性能(neng)、加工(gong)的每一環(huan)節以(yi)及必要的(de)相關知識的基(ji)礎上(shang), 通過不斷(duan)的實踐，提(ti)高編程技能，從(cong)而達(da)到提高(gao)數(shu)控加工質(zhi)量(liang)的要求(qiu)。
1.數控編程(cheng)的步(bu)驟
程(cheng)序(xu)編制是(shi)數控加(jia)工(gong)中的一項(xiang)重(zhong)要工作(zuo)，理想的加(jia)工程序應(ying)保(bao)證(zheng)加工(gong)出符合産品圖樣要(yao)求的合格(ge)工件，同時(shi)應能使數(shu)控機床的(de)功能(neng)得(de)到(dao)合理(li)的應用與(yu)充分(fen)的發(fa)揮，使(shi)數控機床安全、可靠(kao)、 高效地(di)工(gong)作，加(jia)工出(chu)高質量的(de)産品。
從得(de)到産品零(ling)件(jian)圖樣到(dao)獲得數控(kong)加工(gong)程序的編制過(guo)程。
程(cheng)序定(ding)型階(jie)段由(you)主管領導(dao)審核數控(kong)編程(cheng)刀路(lu)，合格後填(tian)寫數控加(jia)工程(cheng)序單(dan)，繪制加工(gong)簡圖。到現(xian)場了(le)解程(cheng)序執行情(qing)況，并優化(hua)、固化(hua)數控(kong)加工(gong)程序(xu)。
2.數控編程(cheng)的關(guan)鍵問(wen)題
(1)零(ling)件數(shu)字化模型(xing)：一般(ban)情況(kuang)下依據産(chan)品設(she)計圖，采用(yong)線框(kuang)建模、特征(zheng)建模(mo)和實(shi)體建(jian)模等(deng)不同方式(shi)，建立(li)零(ling)件(jian)的幾何數(shu)字化模型(xing)。或者(zhe)是采(cai)用無(wu)紙化(hua)設計制造(zao)技術(shu)，零件(jian)的幾(ji)何數(shu)字化(hua)模型(xing)直接(jie)由(you)設計而(er)來。
(2)加(jia)工方案的(de)确定：主要(yao)針對産品(pin)結構(gou)特點(dian)、質量要求(qiu)選擇不同(tong)的加工方(fang)法，如：曲(qu)面加工是選(xuan)擇投(tou)影加(jia)工還(hai)是放射加(jia)工。不(bu)同的加工(gong)方法(fa)對零(ling)件的(de)表面質量(liang)影響(xiang)較大(da)。
(3)加(jia)工(gong)參數的選擇：加工參(can)數的選(xuan)擇主要取決(jue)于工件材(cai)料、刀(dao)具形(xing)狀和(he)材料(liao)、機床(chuang)性能(neng)等因素。加工參(can)數選擇的(de)合理(li)性對(dui)零件的表(biao)面質(zhi)量也有較(jiao)大影(ying)響。
(4) 刀(dao)具軌(gui)迹的(de)生成：刀具(ju)軌迹生成(cheng)是複雜零件、多軸數(shu)控加工(gong)中的重(zhong)要内(nei)容，有效的(de)刀具軌迹(ji)直接決定(ding)了(le)加工的(de)可能(neng)性、質(zhi)量與(yu)效率。刀具軌迹(ji)的生成首(shou)要目(mu)标是(shi)使(shi)所 生成(cheng)的刀具軌(gui)迹滿(man)足平(ping)穩(wen)、光(guang)滑、負(fu)荷變化(hua)小、軌迹(ji)連續，切入、切出(chu)次數(shu)少，無幹涉及碰(peng)撞(zhuang)等(deng)要求(qiu)。同時(shi)，刀具軌迹(ji)還需滿足(zu)穩定(ding)性好、編程(cheng)效率(lü)高和(he)程序量小(xiao)等 條件。
(5)數控加(jia)工仿(pang)真(zhen)：由于零(ling)件形狀及(ji)加工環境(jing)的(de)複(fu)雜性(xing)，要确(que)保(bao)所生成(cheng)的加工程(cheng)序不(bu)存在任(ren)何質量(liang)問題十分困難(nan)，其中主要(yao)的是(shi)加工(gong) 過程中的(de)過切、機床(chuang)各部(bu)件之(zhi)間的(de)幹涉(she)碰撞等問(wen)題。特(te)别對于高速加(jia)工，這些(xie)問(wen)題常(chang)常是緻(zhi)命(ming)的。因(yin)此，在加(jia)工(gong)前對(dui)加工(gong)程序進行(hang)仿真(zhen)驗證是十(shi)分必(bi)要(yao)的。數控(kong)加工 仿真(zhen)通過(guo)軟件(jian)模拟(ni)加工(gong)環境(jing)，刀具(ju)軌迹與材料切除過(guo)程來檢(jian)驗程序，具有(you)成本(ben)低、效(xiao)率高且安(an)全可(ke)靠等(deng)特(te)點，是提(ti)高數控編(bian)程質(zhi)量及(ji)加(jia)工質量(liang)的重(zhong)要手(shou)段。
(6)後置處理(li)：後置處(chu)理是數控(kong)加工編程中(zhong)的一項(xiang)重要内容，其技(ji)術内(nei)容(rong)包(bao)括：機(ji)床運(yun)動學(xue)建模(mo)與求解、機床坐(zuo)标運動變(bian)換、非(fei)線性運動(dong)誤差(cha)校驗(yan)、機(ji)床結構誤差補償(chang)及數(shu)控代碼轉(zhuan)換等(deng)。因此，采(cai)用正确(que)的後(hou)置(zhi)處(chu)理對(dui)于保證加工質(zhi)量、效率與(yu)機床(chuang)可靠(kao)運行具有(you)重要(yao)作用。
五、機(ji)床操(cao)作(zuo)者環節(jie)
機床(chuang)操作(zuo)者是(shi)數控加工的執(zhi)行人，他(ta)們(men)對數(shu)控加工質量的(de)控制也是(shi)很明(ming)顯的(de)。他們在執(zhi)行加(jia)工(gong)任(ren)務的(de)過程(cheng)中對機床(chuang)、刀柄、刀具、加工工藝(yi)和切削參(can)數的實時狀态(tai)了解(jie)，他們(men)的各(ge)項操作對(dui)數控(kong)加工(gong)影響直接(jie)，所以(yi)機(ji)床(chuang)操作(zuo)者的技(ji)能和責(ze)任心(xin)也是(shi)提高數控(kong)加(jia)工質量(liang)的重要(yao)因(yin)素。
我們知(zhi)道，雖(sui)然機(ji)床等(deng)硬件(jian)設備是很關(guan)鍵(jian)的，但(dan)人才(cai)是影(ying)響數控加(jia)工質(zhi)量的(de)決定(ding)性(xing)因(yin)素，因(yin)爲程(cheng)序(xu)設計員(yuan)和機床(chuang)操(cao)作者(zhe)的職業(ye)道德、技(ji)能水平以(yi)及崗位責(ze)任心決定(ding)了各種(zhong)先進設備能(neng)否(fou)發揮出(chu)多大的(de)效能。所(suo)以我們一(yi)定要(yao)重視人(ren)才的培養和(he)引進，爲數(shu)控加(jia)工質(zhi)量的持續(xu)提(ti)高打下(xia)堅實的(de)基礎。
通過對數控加工(gong)中影響加工質量因素的分析(xi), 爲合(he)理(li)有(you)效地(di)提高(gao)數控機床(chuang)的利(li)用(yong)率提供(gong)了可行(hang)的(de)依據(ju)。其應(ying)用可(ke)有效(xiao)保證(zheng)數控機床(chuang)的加工精度及良好的加(jia)工效(xiao)果。
