多種工具聯動控制加工技術探析

鄧釗

摘 要：為進一步贏得市場競爭力，制造業一直致力于機械加工技術的研發與改進，從而有效降低成本，提高效率，加大效益。為此，機械制造業出現了由多種工具進行聯動控制的加工技術，并取得了良好的效果。本文主要對多種工具聯動控制的加工技術及其應用進行了探討。

關鍵詞：多種工具；聯動控制；機械加工

中圖分類號：TH16 文獻標識碼：A

數控機床自從應用之后一直受到企業的青睞，而在經濟發展新形勢下，傳統的單一工位單一工具單一機床加工方式，已經跟不上企業對生產效率的要求，為此，一方面是利用優化刀具路徑、優化刀具結構、優化工藝、高速切削等方式提高加工效率，另一方面是依據工件的加工需求，組合多臺機床和多個生產線，組建多個工位、多種工具、多個工序同步進行加工的加工模式。

1.機械加工技術的特點

機械加工技術的特點主要是工程性、綜合性和統一性。工程性表現在現代化的機械加工有效融合了多種技術，并且發揮技術特點更好地加工。現代化機械加工綜合的技術有自動化、管理技術、通信、計算機等，這幾項技術相互配合，提高了現代機械加工效率。綜合性的體現是：現代化機械加工是各個行業的競爭要點，制造過程對于企業發展的作用比較重要。現代化機械加工對整個社會有綜合性，不僅帶動多個行業發展，也促進了社會進步。對于現代化機械加工的技術發展而言，綜合性體現在了整個領域發展中，保障了人們生活的質量和逐漸融進企業和社會中。統一性的體現是：傳統加工技術在向現代化機械加工發展的過程中，吸取了多方面的優點。現代化機械加工業反映出多方面的問題，在加工技術發展中統一性越來越強，加工成本和時間明顯降低，加工質量明顯提升，使加工行業整體上得到發展，實現了機械加工技術的自動化、科技化和現代化，推動了加工行業的繁榮發展。

2.多種工具聯動控制的加工技術介紹

2.1多種工具聯動控制的加工技術內涵

單一工位多種工具的聯動控制加工技術指的是在單一工位上利用多種道具在同一時間加工工件的加工技術，對所加工的工件必須是回轉特征，同時其曲面應該具有徑向對稱的分布特征。比如單一工位多種磨具進行拋光加工技術，在工件曲面找出中心軸，利用3個不同的拋光磨輪沿著工件曲面中心軸分布在徑向對稱上。在進行拋光加工時，每一個磨輪的位置和姿態都要沿著工件曲面中心軸呈現徑向對稱，同時要保證這3個拋光磨輪是在同一步調上，方便能夠在同一個工位上進行拋光加工。

多個工位多種工具的聯動控制加工技術指的是在一個工作臺上有多個工位分布，每一工位上利用一個工具加工工件，這些工具和工位的加工都是同步進行。比如多個工位多種工具聯動的拋光加工，在圓周鏡像的對稱位置上分布了3個工位、3個在上面工作的拋光輪。在正式進行拋光加工時，3個工件之間的姿態會調整成統一狀態，拋光輪對工件在同一時間里進行拋光加工。

2.2多種工具聯動控制加工技術的優點

單一工位多種工具聯動控制的機械拋光主要特點：生產比較靈活、道具容易規劃、效率得到大幅度提高等。單一工種多種工具的聯動控制加工技術主要優勢是：

（1）在加工曲面特征為徑向對稱，同時具有回轉特征的曲面工件上效率相對單一工位單一工具要高很多，使用多種工具進行拋光，理論上是增加工具數量就能增加加工效率。

（2）由于工件和各個磨具特性一般是徑向對稱，所以在進行拋光加工對刀具軌跡進行規劃時需要依照單一的刀具模式。

（3）很容易組成一個生產線，在加工生產上比較靈活。

（4）依據工件需要拋光的表面形狀特征分片，工件一個分片拋光加工區域采用的是一種磨具。

多個工位多種工具聯動控制的機械拋光主要特點是：能夠大規模生產，比較容易控制，效率比較高。這種加工方式的優點是：

（1）一次就能加工出多個工件，大大提高加工效率。多個工位在同一時間內進行拋光，增加了工位就能夠提高加工效率。

（2）加工過程比較容易控制，加工中使用的磨具和工件一般分布都比較對稱，將單個磨具刀具軌跡規劃好就能夠保證同步進行多個工位和多種磨具的加工。

（3）一臺機床能夠在同一時間內對多個工件進行加工，操作相對而言簡單化，適合大規模生產。

3.多種工具聯動控制的加工技術應用

3.1多種工具聯動控制加工的關鍵技術

3.1.1設計多工具、同步拋光的機床加工結構

通常情況下，數控機床都是一次加工一個工件，如果增加了工位或工具，就會提高數控機床結構與控制的復雜性，為此需要合理設計。設計要求一方面要能保證工位和工具適當增加以提高生產效率，另一方面要能降低制造成本，提高加工精確度。因為多種工具聯動控制加工需要在一個工位上有多種磨具同時工作，要有較高的對稱性，磨具工作的空間限制了對機床結構的設計，要著重注意選擇機床結構，布置各軸的運動結構。

3.1.2設計調節多種工具達到同一姿態的補償器

加工質量得到保證的一個關鍵因素就是多種工具在使用時的同步協調特性，要求各個工具在運行時要同步。然而仍然會存在誤差，比如機床制造上的誤差、工件尺寸上出現誤差等。導致各個磨具達不到理論要求的同步狀態。因此，需要有相應的補償器對其姿態進行調整，確保各個磨具磨輪和工件之間有效接觸。

3.1.3設計對多個工位進行同步調整的裝置

在加工曲面工件的過程中，曲面工件不會一直固定靜止在工位上，有時為了滿足加工需要，工件需要變化姿態，比如擺動、旋轉等。對工位姿態進行調整主要是調整工件高度與角度。在圓形的工作臺上要實現各個工位的同步加工，需要工件保持高對稱性、同步性與等高性，因此需要設計出能夠靈活精確調整工位的裝置。

3.2單一工位多種工具的鋁輪轂曲面拋光機床

在加工鋁合金式汽車輪轂中，拋光是一個比較重要的步驟，需要進行拋光的表面材料要沒有出現過拋變形、去除比較均勻、達到一定的表面粗糙度。因為很多汽車輪轂需要加工的表面都有過大的粗糙度、復雜多樣的形狀，同時又有加工效率要求，所以拋光輪轂與電水壺時一般都采用人工。endprint

面對鋁合金式汽車輪轂的這種表面特性，利用單一工位多種工具聯動控制的機械拋光加工技術能夠使生產效率得到大幅度提高。多種工具拋光機床采用的立式結構，有上下兩個部分。上半部分是多種工具的運動結構，加工所使用的3組磨具圍繞著中心軸徑向分布，各個磨具可采用同一步態沿著徑向移動，建立各個道具的三維坐標，將坐標固定到各個磨具架上面，各個磨具可按照同一姿態圍繞設定的橫坐標擺動和垂直坐標轉動，從而適應變化的工件曲面。下半部分是單一工位的工作臺運行架構，在工作臺裝夾工件，機床的三維坐標系中，工作臺可以沿著垂直坐標上下，或圍繞垂直坐標轉動。

單一工位多種工具機械拋光機床包含的結構有：磨具徑向移動步進電機、磨具擺角步進電機、中心升降盤、導桿、磨具架、三組拋光磨具、工件、工作臺和夾具、轉動減速器、工作臺的轉動步進電機、工作臺升降步進電機、升降減速器。這種拋光機床利用三組磨具進行輪轂的拋光，在應用中發現，使用了拋光機的拋光效率高于手工拋光至少3倍。要注意在進行拋光操作時，需要做好密封處理，以免被粉塵污染。

3.3多種工位多種工具的不銹鋼電水壺拋光機床

對不銹鋼電水壺進行表面拋光是制作電水壺的最后程序，也是最為重要的一個工序，主要目的就是保證電水壺有精美的外觀。然而在對電水壺進行拋光的過程中，有一些材料比較難以拋光，這些材料的形狀復雜化、多樣化，在拋光質量與拋光效率的高要求下，如今市場中的很多拋光機床對電水壺的拋光都沒有達到企業要求。傳統的電水壺拋光都是利用手工方式，存在的問題無法保證拋光質量，加工效率也比較低，對提高電水壺的質量造成一定影響。企業要想大規模生產電水壺，就需要盡快采用自動化、環保、高效的機械拋光技術。

多個工位多種工具電水壺的機械拋光技術機床是雙層的立式機構，主要采用的加工技術就是多個工位多種工具聯動控制的機械拋光方法，能夠在分布對稱的3個工位同步對電水壺進行拋光操作。多個工位多種工具電水壺拋光機是四軸結構，步進電機對每一軸進行分別驅動。拋光機床的上半部分是磨具的運動機構，各個磨具都同步在徑向上移動。在加工和裝配的過程中，各個磨具在徑向移動上的位移會出現誤差，為了補償這種誤差，在拋光機中設置了對磨具徑向位移進行微調的結構。拋光機的下半部分是工作臺，3個工位分布在工作臺上的呈現方式是圓周鏡像對稱，從而實現3個工位同步擺動、自轉和升降。

多個工位多種工具的機械拋光機床包含的機構有：驅動磨具徑向移動步進電機、驅動磨具轉動異步電機、磨具徑向位置微調裝置、磨具、工件、工件擺動機構、工作臺、驅動工件轉動步進電機、驅動工件擺動步進電機、驅動工作臺升降步進電機。這種拋光機床的3個工位在同一時間進行拋光加工，相比傳統的手工拋光提高了2～3倍的加工效率，同時也使工人制作電水壺的勞動強度大幅度降低，生產產品的成本也大幅度降低。3個工位和磨具都在徑向上呈現對稱分布，所以在進行拋光時工作人員只需要對單個道具運動軌跡進行規劃即可，比較容易控制。設計的工作臺高度方便操作，裝夾工件的機構設計是仿形設計，從而方便裝卸工件，操作也比較便捷。另外，為了在機械加工中對粉塵污染做好防治工作，機床上安裝了吸塵裝置，使工人工作環境得到有效改善。

結語

在機械制造業不斷發展的趨勢下，多種工具聯動控制的加工技術開始得到普遍應用，從而有效提高了生產效率。同時，在機械加工中應用多種工具聯動控制的加工技術也能有效降低生產對環境的污染程度，減小對熟練工的依賴，具有較好的社會效益和經濟效益，實用性和可行性較強。

參考文獻

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