數(shù)控加工工藝與編程對零件質(zhì)量控制的影響研究

劉學(xué)軍

摘要： 數(shù)控加工零部件的質(zhì)量，直接關(guān)系著機構(gòu)以及機器生產(chǎn)過程的最終質(zhì)量。在制定零部件加工的具體程序時，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)主要有二個方面：一是數(shù)字控制的加工精度;另一個是在數(shù)字控制加工方面的品質(zhì)。研究這二個參數(shù)，對于數(shù)控加工零部件的質(zhì)量具有很大的現(xiàn)實意義。

Abstract： The quality of NC machining parts is directly related to the final quality of mechanism or machine products. When making the machining program of parts， the influence of NC program on the machining quality of parts must be fully considered. The machining quality index of digital control parts has two aspects： one is the machining accuracy of digital control; One is the quality of digital control processing. The study of these two parameters has important practical significance for the quality of NC machining parts.

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

Key words： part quality;NC machining accuracy;surface quality

中圖分類號：TG519.1????????????????????????????????????? 文獻標(biāo)識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0071-03

0? 引言

隨著數(shù)控控制機器的普及，對于許多類型的產(chǎn)品，或多或少都采用數(shù)字控制的機械加工。數(shù)字控制機器的優(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影響數(shù)控機床加工精度的因素，找到切實可行的測試誤差抑制技術(shù)，才能更好地充分發(fā)揮數(shù)控機床的作用，可以提高零件加工時的品質(zhì)。在實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)量二個重點方面出發(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、刀具的移動軌跡、切削量等。另外，在基于加工的實際情況下，將加工信息記入工程卡和流程卡，保證加工信息對實際加工指引作用。

④根據(jù)需要進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，將其輸出至數(shù)字控制器的數(shù)控裝置中，在加工前調(diào)整機床，調(diào)用已編寫的程序，根據(jù)圖紙要求進行零部件加工。

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)驗和當(dāng)前加工工件的設(shè)計中的切削量的推薦值一致進行，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)備進行精加工時，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)進行精密化的加工，在光滑加工工件表面的同時，對存在工件突出腳的剩余材料進行切除處理，在切除的同時，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刀。例如，如果對于用？準(zhǔn)12的毛坯車削？準(zhǔn)10的細長軸，尺寸公差要求是±0.01，圓跳動度是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，對于易變形的細長軸加工剩余量偏大，則加工結(jié)果就會導(dǎo)致尺寸和圓跳動度超差，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，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)，工具移動路徑應(yīng)考慮避免機床各軸的反向間隙的影響，即數(shù)控編程的退刀和進刀相互影響。

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

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)計的基準(zhǔn)、設(shè)計基準(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)點進行了計算和程序大小的公差磁區(qū)帶進行了換算。

①某一個數(shù)字控制系統(tǒng)能夠根據(jù)節(jié)點所需要求的輪廓幾何條件自動地計算出各個節(jié)點的坐標(biāo)，而某一個數(shù)控控制系統(tǒng)則必須進行手動地計算。手動輔助在計算一個未知節(jié)點的坐標(biāo)值時產(chǎn)生的最大困難和問題之一就是計算的準(zhǔn)確性，經(jīng)過大量的驗證，發(fā)現(xiàn)了手動計算結(jié)果與電腦輔助在計算機上所得結(jié)果之間存在0.01到0.03mm的差。為了提高自動運算的精確度，建議1）使用自動運算中值的數(shù)據(jù)（其中包括角度值）保持四位數(shù)以上的小數(shù)點（以脈沖當(dāng)量0.001mm的數(shù)控控制機床為例）。如果用電腦算的話，請盡量留下小數(shù)點以下的部分。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)字控制機器的最小設(shè)計單元，也是數(shù)控控制機器的最小控制單元。因此，數(shù)字控制機床的最大脈沖當(dāng)量是0.001mm，而最終計算結(jié)果保持在三位的小數(shù)。

②當(dāng)工件的各個部位之間的尺寸公差不一致或者不對稱時，就需要進行人工設(shè)計和編程。用同樣的切削刀具進行加工的話，采用公差中值的方式進行了編程，使之實現(xiàn)了公差的對稱性分布，在機床上的加工錯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，可以直接使用公稱的尺寸進行編程，并且這種方式可以極大地降低了計算的數(shù)量。例如，為了更好地完成兩個外圍尺寸的設(shè)計和加工，取出兩個標(biāo)稱的尺寸18和26進行了編程，為了有效地保證其公差，用刀具半徑的補償數(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、負(fù)號乃至于幾何學(xué)等技術(shù)手段來求解該程序的尺寸，進行尺寸的換算。

2.2.3 插補累計誤差的控制

①盡可能采用絕對型編程。絕對式的編程以某一固定點（或者是編程中的坐標(biāo)原點）作為設(shè)計基準(zhǔn)，以各個段的流程和總體的操作過程為設(shè)計基準(zhǔn)。增量模型的編程，以以前一個點作為設(shè)置的基準(zhǔn)，連續(xù)地執(zhí)行多個程序時必然會發(fā)生累計誤差。

②在進行加工操作的過程中，如果采用了返還基準(zhǔn)點指令，其目的是完成減少加工誤差的操作。當(dāng)機械手返回到參考點上時，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)在運算中所帶來的累進度誤差。在實際加工時返回參考點來交換刀是一個比較完美的方法。

③數(shù)控系統(tǒng)在機床中進行非圓曲線的加工操作時，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軟件自動進行編程，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行跟蹤擬合，通過將形狀和特征綜合后的等弦長法進行了軌跡式擬合，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 對切削機床進行正確的選擇

實踐證明，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行切削時，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行車削加工。在使車削形成一個旋轉(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，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)計切削路線

用數(shù)控機床加工零件時，為了減少刀痕，保證輪廓表面的質(zhì)量。刀具的切入點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給速度。為了大大提高切削效率，在進行切削過程中從切削層緩慢地進入其他的切削層，可以有效確保一定的切削進給和加工速度。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，將刀片運動軌跡的方向設(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)控機床的性能，應(yīng)該選擇高強度、高耐久性的新型高效刀具。我們在用數(shù)字控制機床加工數(shù)字控制機床的工程師設(shè)計的檢測零件時，采用了各種型號的數(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，在切削過程中實現(xiàn)了間歇供應(yīng)，有利于排屑，減輕了在進行這樣的切削工序中孔的另一端毛刺被嚴(yán)重堆積時發(fā)生的情況，用手稍稍地修理一下便已經(jīng)基本達到合格的標(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，由于整個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)常有機會使零件產(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，此時我們就可以考慮參加精密設(shè)計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。這些基本在實際加工中得到了驗證，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)、機床系統(tǒng)的誤差、操作者的經(jīng)驗水平等都會影響數(shù)控加工的精度，實際加工時請考慮，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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