數(shù)控加工作 為一種先進(jìn)的加工方法, 被廣泛地用于航空工業(yè)、艦船工業(yè)以及電子工業(yè)等高精度、復(fù)雜零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控加工中，影響數(shù)控加工質(zhì)量的因素很多，即工藝系統(tǒng)中的各組成部分，包括 機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差以及刀具使用中的磨損等都直接影響工件的加工精度。也就是說，在加工過程中整個工藝系統(tǒng)會產(chǎn)生各種誤差，從而改變刀 具和工件在切削運動過程中的相互位置關(guān)系而影響零件的加工精度及質(zhì)量。
數(shù)控加工在中國制造業(yè) 中已經(jīng)有了較長的使用時間，雖然有嚴(yán)格的數(shù)控機(jī)床操作規(guī)范、良好的機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量，我們定期對 數(shù)控設(shè)備進(jìn)行檢測維修，明確每臺設(shè)備的加工精度，明確每臺設(shè)備的加工任務(wù)。對于大批量成批生產(chǎn)的零件加工工廠，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工的設(shè)備使用，因為粗加 工時追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，精加工則相反，要求高的加工精度。而粗加工時對設(shè)備的精度損害是嚴(yán)重的，因此我們將使用年限較長、精度差的設(shè)備定為專用的粗加工設(shè)備，新設(shè)備和精度好的設(shè)備定為精加工設(shè)備，做到對現(xiàn)有設(shè)備資源的合理搭配、明確分工，將機(jī)床對加工質(zhì)量的影響降到了很低，同 時又保護(hù)了昂貴的數(shù)控設(shè)備，延長了設(shè)備的壽命。
二、刀柄的合理選用環(huán)節(jié)
當(dāng)我們的機(jī)床不可改變時，與機(jī)床相關(guān)的刀柄、刀具對數(shù)控加工質(zhì)量的影響又變得突出了。在任何旋轉(zhuǎn)刀具加工系統(tǒng)中，主軸與夾頭(或其組合體)的聯(lián)結(jié)是刀具加工性能實現(xiàn)的基石。
1.刀柄與機(jī)床的聯(lián)結(jié)
目前企業(yè)常用刀柄與機(jī)床的 接口主要有BT刀柄和HSK刀柄，刀柄結(jié)構(gòu)如圖1所示。BT刀柄與機(jī)床主軸的接口錐柄錐度為7∶24，這種方式的刀柄只適合于低速加工，因BT刀柄與主軸 只是錐面配合，當(dāng)轉(zhuǎn)速太高時，由于離心力的作用會使錐面配合間隙增大，從而影響數(shù)控加工質(zhì)量。當(dāng)機(jī)床高轉(zhuǎn)速達(dá)到15000 轉(zhuǎn)/分時，通常需要采用HSK型刀柄，HSK刀桿為過定位結(jié)構(gòu)，提供與機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)結(jié)，在機(jī)床拉力作用下，保證刀桿短錐和端面與機(jī)床緊密配合。
2.刀柄與刀具的聯(lián)結(jié)
對 刀柄另一個重要的技術(shù)要求就是刀柄與刀具的聯(lián)結(jié)方式， 包括加工時的夾持力度、徑向跳動精度和平衡質(zhì)量，刀柄的徑向跳動精度要小于0.003mm。為支持機(jī)床的線性傳動，主軸、刀柄和刀 具的總重量越小，對獲得優(yōu)良切削效果 越有利。根據(jù)客戶各自的需求，都能夠找到一種完美的刀柄系統(tǒng)，因為不同的系統(tǒng)能夠提供不同的技術(shù)特征和優(yōu)勢。 刀柄對刀桿 、刀具的夾緊方式主要有4種刀柄：側(cè)固式刀柄、彈性夾緊式刀柄、液壓刀柄和熱脹冷縮刀柄等。
側(cè)固式刀柄的 特點是簡單容易操作、快速方便、安全性極高;彈性夾緊式刀柄的特點是刀具的夾緊或松開是在刀柄材料的彈性形變范圍內(nèi)實現(xiàn)的，不僅可以提供極高的刀柄回轉(zhuǎn)精 度，而且對刀具使 用壽命沒有限制;液壓刀柄特點為采用這一刀具夾緊系統(tǒng)，可使系統(tǒng)徑向跳動誤差精度和重復(fù)定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內(nèi)存在有高壓油液壓力，當(dāng)?shù)毒?被夾緊時，內(nèi)藏的油腔結(jié)構(gòu)及高壓油的存在大大地增加了結(jié)構(gòu)阻尼，可有效防止刀具和機(jī)床主軸的振動;熱脹冷縮刀柄的優(yōu)點是徑向跳動誤差小，精度很高，可達(dá)到 3μm以下水平，傳動扭矩大，而刀柄的設(shè)計相對比較小巧，但其缺陷在于，相比液壓刀柄或應(yīng)力鎖緊式刀柄來講，其防振性能較差。
三、刀具的準(zhǔn)確選擇和使用環(huán)節(jié)
硬 質(zhì)合金刀具應(yīng)用范圍在企業(yè)越來越廣，硬質(zhì)合金將代替大部分高速鋼刀具，包括鉆頭、立銑刀和絲錐等簡樸通用刀具，使這一類刀具的切削速度有很大的提高，硬質(zhì) 合金將在刀具材料中占主導(dǎo)地位，覆蓋大部分常規(guī)的加工領(lǐng)域。我公司在粗加工中盡可能采用大直徑的牛鼻刀，使用R2左右的硬質(zhì)合金刀片，做到粗加工排屑 “多”;半精加工選用高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給R0.8左右的鑲片立銑刀，做到半精加工走刀“快”;精加工時盡量選用硬質(zhì)合金刀桿和高精度球頭鏡面刀片，這樣可在保正 加工質(zhì)量的同 時節(jié)省選用整體合金刀具的高昂費用。精加工中所用小刀具的半徑應(yīng)小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時，應(yīng)選用半徑小于拐角處圓 角半徑的刀具，并以圓弧插補的方式進(jìn)行加工，這樣可以避免采用直線插補而出現(xiàn)過切現(xiàn)象，做到精加工質(zhì)量“好”。因此，刀具的準(zhǔn)確選擇和使用是影響數(shù)控加工質(zhì)量的重要因素。
四、數(shù)控編程環(huán)節(jié)
程序是數(shù)控機(jī)床惟一能夠識別的語言，它向機(jī)床發(fā)出一條一條加工指令，控制著機(jī)床的 每一步驟，程序的好壞直接影響到加工的質(zhì)量和效率。這就需要在全面了解機(jī)床性能、加工的每一環(huán)節(jié)以及必要的相關(guān)知識的基礎(chǔ)上, 通過不斷的實踐，提高編程技能，從而達(dá)到提高數(shù)控加工質(zhì)量的要求。
1.數(shù)控編程的步驟
程序編制是數(shù)控加工中的一項重要工作，理想的加工程序應(yīng)保證加工出符合產(chǎn)品圖樣要求的合格工件，同時應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用與充分的發(fā)揮，使數(shù)控機(jī)床安全、可靠、 高效地工作，加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
從得到產(chǎn)品零件圖樣到獲得數(shù)控加工程序的編制過程。
程序定型階段由主管領(lǐng)導(dǎo)審核數(shù)控編程刀路，合格后填寫數(shù)控加工程序單，繪制加工簡圖。到現(xiàn)場了解程序執(zhí)行情況，并優(yōu)化、固化數(shù)控加工程序。
2.數(shù)控編程的關(guān)鍵問題
(1)零件數(shù)字化模型：一般情況下依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計圖，采用線框建模、特征建模和實體建模等不同方式，建立零件的幾何數(shù)字化模型?；蛘呤遣捎脽o紙化設(shè)計制造技術(shù)，零件的幾何數(shù)字化模型直接由設(shè)計而來。
(2)加工方案的確定：主要針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點、質(zhì)量要求選擇不同的加工方法，如：曲面加工是選擇投影加工還是放射加工。不同的加工方法對零件的表面質(zhì)量影響較大。
(3)加工參數(shù)的選擇：加工參數(shù)的選擇主要取決于工件材料、刀具形狀和材料、機(jī)床性能等因素。加工參數(shù)選擇的合理性對零件的表面質(zhì)量也有較大影響。
(4) 刀具軌跡的生成：刀具軌跡生成是復(fù)雜零件、多軸數(shù)控加工中的重要內(nèi)容，有效的刀具軌跡直接決定了加工的可能性、質(zhì)量與效率。刀具軌跡的生成首要目標(biāo)是使所 生成的刀具軌跡滿足平穩(wěn)、光滑、負(fù)荷變化小、軌跡連續(xù)，切入、切出次數(shù)少，無干涉及碰撞等要求。同時，刀具軌跡還需滿足穩(wěn)定性好、編程效率高和程序量小等 條件。
(5)數(shù)控加工仿真：由于零件形狀及加工環(huán)境的復(fù)雜性，要確保所生成的加工程序不存在任何質(zhì)量問題十分困難，其中主要的是加工 過程中的過切、機(jī)床各部件之間的干涉碰撞等問題。特別對于高速加工，這些問題常常是致命的。因此，在加工前對加工程序進(jìn)行仿真驗證是十分必要的。數(shù)控加工 仿真通過軟件模擬加工環(huán)境，刀具軌跡與材料切除過程來檢驗程序，具有成本低、效率高且安全可靠等特點，是提高數(shù)控編程質(zhì)量及加工質(zhì)量的重要手段。
(6)后置處理：后置處理是數(shù)控加工編程中的一項重要內(nèi)容，其技術(shù)內(nèi)容包括：機(jī)床運動學(xué)建模與求解、機(jī)床坐標(biāo)運動變換、非線性運動誤差校驗、機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差補償及數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換等。因此，采用正確的后置處理對于保證加工質(zhì)量、效率與機(jī)床可靠運行具有重要作用。
五、機(jī)床操作者環(huán)節(jié)
機(jī)床操作者是數(shù)控加工的執(zhí)行人，他們對數(shù)控加工質(zhì)量的控制也是很明顯的。他們在執(zhí)行加工任務(wù)的過程中對機(jī)床、刀柄、刀具、加工工藝和切削參數(shù)的實時狀態(tài)了解，他們的各項操作對數(shù)控加工影響直接，所以機(jī)床操作者的技能和責(zé)任心也是提高數(shù)控加工質(zhì)量的重要因素。
我們知道，雖然機(jī)床等硬件設(shè)備是很關(guān)鍵的，但人才是影響數(shù)控加工質(zhì)量的決定性因素，因為程序設(shè)計員和機(jī)床操作者的職業(yè)道德、技能水平以及崗位責(zé)任心決定了各種先進(jìn)設(shè)備能否發(fā)揮出多大的效能。所以我們一定要重視人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，為數(shù)控加工質(zhì)量的持續(xù)提高打下堅實的基礎(chǔ)。
通過對數(shù)控加工中影響加工質(zhì)量因素的分析, 為合理有效地提高數(shù)控機(jī)床的利用率提供了可行的依據(jù)。其應(yīng)用可有效保證數(shù)控機(jī)床的加工精度及良好的加工效果。
