數(shù)控技術(shù)在機(jī)床加工中的應(yīng)用研究

石洪國(guó)

摘 要：數(shù)控技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率必不可少的物質(zhì)手段。它的廣泛使用給機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式帶來(lái)了深刻變化。隨著高端制造業(yè)的不斷完善和發(fā)展，一些傳統(tǒng)的機(jī)械加工設(shè)施已經(jīng)完全被數(shù)控產(chǎn)品所替代，數(shù)控技術(shù)已經(jīng)大幅度加快了產(chǎn)品的新老替換的速度。因此，加工制造行業(yè)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的精準(zhǔn)度又提出了新的生產(chǎn)要求。就數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)現(xiàn)狀、特點(diǎn)及在加工中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析和研究，對(duì)數(shù)控技術(shù)在機(jī)床中的廣泛應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控；技術(shù)；機(jī)床；加工

1 數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1 數(shù)控機(jī)床技術(shù)向精密、高效、柔性、集成的方向發(fā)展

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)機(jī)床制造業(yè)既面臨著提升機(jī)械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入WTO后激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力。近年來(lái)，各工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)和科研單位投入生產(chǎn)使用的精密機(jī)床日益增多。這些精密機(jī)床主要是指：座標(biāo)磨床、高精度絲桿車(chē)床、螺紋磨床、齒輪磨床、座標(biāo)鏜床、高精度滾齒機(jī)、高精度長(zhǎng)刻線機(jī)和高精度圓刻線機(jī)等。從技術(shù)層面上來(lái)講，加速推進(jìn)數(shù)控技術(shù)將是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。基于高速、復(fù)合、智能、環(huán)保的數(shù)控機(jī)床發(fā)展的技術(shù)平臺(tái)，已成為發(fā)展數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。從生產(chǎn)上看，成本、質(zhì)量、生產(chǎn)率和產(chǎn)量、交貨期是衡量企業(yè)生產(chǎn)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力的4個(gè)要素，采用傳統(tǒng)的非數(shù)控生產(chǎn)方式只有達(dá)到一定閾值的大批量的規(guī)模生產(chǎn)才能取得上述4個(gè)方面的統(tǒng)一。因此，在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，以生產(chǎn)為中心，企業(yè)為主導(dǎo)的賣(mài)方市場(chǎng)已轉(zhuǎn)向以市場(chǎng)需求為中心、用戶(hù)為主導(dǎo)的買(mǎi)方市場(chǎng)，產(chǎn)品需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，且產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)壽命大大縮短，這首先將形成以多品種變批量的生產(chǎn)方式為主流的生產(chǎn)環(huán)境。

1.2 數(shù)控機(jī)床技術(shù)開(kāi)發(fā)成果顯著

經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)機(jī)床工具行業(yè)有了很大發(fā)展，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)提供了大量的基礎(chǔ)工藝裝備。數(shù)控是現(xiàn)代機(jī)床的核心技術(shù)傳統(tǒng)的機(jī)床延伸了人的體力，成為工作母機(jī)，而數(shù)控技術(shù)賦予機(jī)床一個(gè)大腦，使機(jī)床變得越來(lái)越“聰明”。當(dāng)前，由于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、制造和管理技術(shù)應(yīng)用均取得了一定成果。它以高效率、高精度和高表面加工質(zhì)量為基本特征，采用新型功能部件，尤其是直線電機(jī)和電主軸技術(shù)的不斷改進(jìn)，使機(jī)床的高速化水平進(jìn)一步提高。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)從被動(dòng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)指令發(fā)展到能夠“感知”機(jī)床的溫度、振動(dòng)、能耗等工況并加以調(diào)整和控制，在線測(cè)量工件尺寸、刀具破損和預(yù)測(cè)刀具壽命，以及防止刀具和運(yùn)動(dòng)部件干涉。

1.3 應(yīng)用技術(shù)的開(kāi)發(fā)推廣，促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平的明顯提高

數(shù)控車(chē)床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類(lèi)、盤(pán)套類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件，能夠通過(guò)程序控制自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔等工作。隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，以數(shù)控機(jī)床為代表的高新技術(shù)產(chǎn)品已成為機(jī)床制造業(yè)的主攻方向。反映數(shù)控機(jī)床制造水平的重要技術(shù)指標(biāo)，如主軸最高轉(zhuǎn)速、快速移動(dòng)速度、換刀速度、切削能力等參數(shù)正在向國(guó)際水平接近，一批關(guān)鍵技術(shù)獲得重大突破，縮小了與世界先進(jìn)水平的差距。例如，高精度機(jī)床、數(shù)控成套設(shè)備、數(shù)控專(zhuān)機(jī)等都在實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用。

2 數(shù)控技術(shù)在機(jī)床加工中的應(yīng)用步驟

2.1 認(rèn)真分析零件圖樣，確定工件的裝夾方式與設(shè)計(jì)夾具

能否認(rèn)真分析零件圖樣將直接影響零件加工程序的編制及零件加工結(jié)果。因此，我們首先，必須審核加工零件輪廓的幾何條件，對(duì)圖樣上不詳尺寸及封閉的尺寸鏈進(jìn)行處理。同時(shí)，確定控制其尺寸精度（尺寸公差）所要求的加工工藝，例如，在車(chē)削時(shí)，如沿X坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的方向與其主軸軸線不垂直時(shí)，則無(wú)法保證垂直度。另外，在編程前要考慮并確定相關(guān)技術(shù)處理的方案。此外對(duì)零件的表面粗糙度，毛坯，材料與熱處理，加工件數(shù)的要求均為工序安排及走刀路線的確定等不可忽視的重要參數(shù)。其次，確定工件的裝夾方式與設(shè)計(jì)夾具。我們必須要根據(jù)已確定的工件加工部位、定位基準(zhǔn)和夾緊要求，選用或設(shè)計(jì)夾具。由于數(shù)控車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速極高，為便于工件夾緊，多采用液壓高速動(dòng)力卡盤(pán)，它具有高轉(zhuǎn)速、高精度、高夾緊力、調(diào)爪方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可獲得理想的夾持精度，從而滿(mǎn)足夾持各種薄壁和易變形工件的特殊需要。如果采用液壓自動(dòng)定心中心架，定心精度可達(dá)0.03mm。

2.2 確定好加工方案

加工前要對(duì)所加工的零件擬定具體的加工方案。加工方案又稱(chēng)工藝方案，數(shù)控機(jī)床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路線等內(nèi)容。數(shù)控機(jī)床是應(yīng)用數(shù)字控制原理，以數(shù)值數(shù)據(jù)的形式描述操作命令，并按照規(guī)定的程序自動(dòng)進(jìn)行工作過(guò)程的機(jī)床。在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)具體零件制定加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。所以，加工前必須要對(duì)零件進(jìn)行擬定加工方案。特別是在數(shù)控車(chē)床加工中，加工工藝的制定則比普通車(chē)床顯得更為重要，也要更為詳細(xì)，因?yàn)樵谄胀ㄜ?chē)床加工中，制定了工藝卡，操作者按加工工藝進(jìn)行操作，在加工中如遇到某些問(wèn)題，（如在加工內(nèi)孔時(shí)，鐵屑堵塞，可停機(jī)清理），可靈活進(jìn)行調(diào)整處理，不會(huì)受太大影響，而數(shù)控車(chē)床則不同。數(shù)控車(chē)床受控于程序指令，加工過(guò)程都是自動(dòng)進(jìn)行加工的，每一個(gè)數(shù)據(jù)、加工路線、刀具、切削用量的不合理，都會(huì)造成工作量的成倍增加。因此，我們必須要對(duì)加工工藝過(guò)程分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具和切削用量，確定加工線路和加工內(nèi)容，設(shè)計(jì)合適的夾具及裝夾方法等。

2.3 合理編程，高效生產(chǎn)

數(shù)控編程就指技術(shù)人員根據(jù)加工零件的圖樣和工藝要求，將零件加工的工藝過(guò)程及加工過(guò)程中需要的輔助動(dòng)作，按照加工順序和數(shù)控機(jī)床中規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫(xiě)加工程序的過(guò)程。因此，我們必須堅(jiān)持合理編程，保證零件加工質(zhì)量。根據(jù)圖紙要求編制出的加工程序應(yīng)符合每個(gè)單獨(dú)的幾何要素（即直線，斜線和圓弧等）的要求。在加工程序的編制工作中，應(yīng)以最少的程序段數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的加工，以減少出錯(cuò)的機(jī)率，提高編程工作的效率，合理調(diào)用G命令使程序段最少構(gòu)成零件加工的各條程序。對(duì)于主程序段數(shù)要在保證其加工精度的條件下進(jìn)行計(jì)算才能得到的非曲線軌跡零件的加工，此非圓曲線應(yīng)按逼近原理劃分成若干個(gè)主程序段。這種操作不僅可以大大減少參數(shù)計(jì)算的工作量，還能減少程序輸入的時(shí)間和機(jī)床內(nèi)存的占有量。合理地選擇G命令，不僅可以使程序段減少，還能保證走刀路線最短。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控裝備也是制造工業(yè)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。這個(gè)基礎(chǔ)是否牢固直接影響到一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和綜合國(guó)力，關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略地位。由于數(shù)控機(jī)床是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車(chē)、石化、電子等支柱產(chǎn)業(yè)及重礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的最主要手段，也是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的一個(gè)重要內(nèi)容。因此，世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均采取重大措施來(lái)發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，作為一名科技工作者，我也會(huì)加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研究和分析，從而確保企業(yè)生產(chǎn)更科學(xué)，更高效地進(jìn)行。