發(fā)布時(shí)間：2016-10-11所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 這篇工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)投稿發(fā)表了數(shù)控加工工藝與機(jī)械加工工藝的研究，數(shù)控加工工藝直接關(guān)系到機(jī)械加工的效率，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械加工帶來(lái)了革命性的變化，那么數(shù)控對(duì)機(jī)械加工工藝產(chǎn)生的最大的三個(gè)因素分別是什么呢?論文進(jìn)行了如下總結(jié)。
這篇工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)投稿發(fā)表了數(shù)控加工工藝與機(jī)械加工工藝的研究，數(shù)控加工工藝直接關(guān)系到機(jī)械加工的效率，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械加工帶來(lái)了革命性的變化，那么數(shù)控對(duì)機(jī)械加工工藝產(chǎn)生的最大的三個(gè)因素分別是什么呢?論文進(jìn)行了如下總結(jié)。
摘要：數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械加工帶來(lái)了革命性的變化，引領(lǐng)機(jī)械加工向著高質(zhì)量、高效率方向前進(jìn)，產(chǎn)生了與傳統(tǒng)零件加工工藝方法明顯不同的數(shù)控加工新工藝，本文對(duì)影響機(jī)械加工工藝最重要的三個(gè)因素進(jìn)行了分析對(duì)比。
關(guān)鍵詞：工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)投稿,機(jī)械加工研究
引言
數(shù)控加工所用的數(shù)控機(jī)床及其以整體硬質(zhì)合金、可轉(zhuǎn)位刀具為代表的技術(shù)一起構(gòu)成了金屬切削發(fā)展史上的一次重要變革，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機(jī)械加工帶來(lái)了革命性的變化，引領(lǐng)機(jī)械加工向著高質(zhì)量、高效率方向前進(jìn)，產(chǎn)生了與傳統(tǒng)零件加工工藝方法明顯不同的數(shù)控加工新工藝。數(shù)控機(jī)床是高精度和高生產(chǎn)率的自動(dòng)化機(jī)床，加工過(guò)程中的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)部件的坐標(biāo)位置等功能，都是通過(guò)數(shù)字信息自動(dòng)控制的，操作者在加工過(guò)程中無(wú)法人為干預(yù)補(bǔ)償。數(shù)控技術(shù)的種種特點(diǎn)都一一映射在數(shù)控加工工藝中，數(shù)控技術(shù)對(duì)機(jī)械加工工藝改變最大的三個(gè)因素分別是數(shù)控機(jī)床、數(shù)控刀具、氣液電柔性控制夾具。
1數(shù)控機(jī)床對(duì)加工工藝的改變
數(shù)控機(jī)床的主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，分別采用交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這兩類電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)級(jí)變速，因此使主軸箱、進(jìn)給變速箱及傳動(dòng)系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈大大縮短，齒輪、軸承、軸的結(jié)構(gòu)數(shù)量大為減少，甚至不用齒輪，由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸或進(jìn)給滾珠絲桿。數(shù)控機(jī)床常有配有自動(dòng)換刀裝置、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(實(shí)現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位、圓周進(jìn)給)、工件交換系統(tǒng)、對(duì)刀裝置、排屑裝置等，柔性制造系統(tǒng)還配有自動(dòng)上下料系統(tǒng)等。
1.1數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能對(duì)工藝的改變
數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)使一些傳統(tǒng)加工方法中應(yīng)慎用的加工方式變得可行，傳統(tǒng)的懸臂鏜和利用尾座導(dǎo)向支撐鏜，已被現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中調(diào)頭鏜和各種固定循環(huán)方式所取代;傳統(tǒng)的孔位加工中的充填法、空刀法、修整法已被多種形式的圓弧插補(bǔ)、背鏜法和數(shù)控修整法所代替;最新出現(xiàn)的硬切削是一種新的加工工藝，在提高加工效率、降低加工成本、減少設(shè)備資金投入方面獨(dú)樹一幟，對(duì)傳統(tǒng)的磨削工藝提出挑戰(zhàn)，“以切代磨”將成為發(fā)展趨勢(shì)之一。普通銑削一般采用逆銑，因普通銑床的絲杠傳動(dòng)之間的間隙較大而且不方便調(diào)整，導(dǎo)致加工時(shí)竄動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)逆銑加工質(zhì)量好;而數(shù)控機(jī)床采用高精度的滾珠絲杠，配置有調(diào)整間隙的裝置，這種結(jié)構(gòu)順銑加工質(zhì)量好。
1.2程序指令對(duì)工藝的改變
數(shù)控加工是在數(shù)控系統(tǒng)中預(yù)先輸入的程序指令來(lái)控制加工的，編程指令就能對(duì)機(jī)械加工工藝產(chǎn)生改變，數(shù)控加工中特有的循環(huán)加工指令，就直接改變了機(jī)械加工工藝。例如數(shù)控車削中的外圓粗加工固定循環(huán)G71、端面粗加工固定循環(huán)G72、復(fù)合固定循環(huán)G73，這三種粗加工循環(huán)直接把粗加工、半精加工合并;粗加工后跟上外圓精加工固定循環(huán)G70，把粗加工、精加工連貫;基于數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀，搭配徑向切槽固定循環(huán)G75、螺紋切削復(fù)合循環(huán)G76，把軸類零件、盤套類零件的半精加工、切槽、車螺紋、精加工、倒角、倒圓角合為一道工序，循環(huán)程序指令直接把工序集中。一次裝夾連續(xù)完成車端面、車內(nèi)外圓柱(錐、弧)面、切槽、車螺紋或者銑面、銑外形、銑槽、鉆孔、鏜孔等結(jié)構(gòu)要素加工，這種在數(shù)控機(jī)床上連續(xù)完成的多種加工，符合工序的定義，就定義為一道工序，這就是典型的工序集中，但如果是在傳統(tǒng)機(jī)械加工中，多種工藝方法是需要多道工序完成的。傳統(tǒng)工藝中所說(shuō)的“工序”，在數(shù)控加工中，應(yīng)按照“工步”來(lái)理解，數(shù)控加工零件，工序雖只有一道，但加工過(guò)程仍是一步一步進(jìn)行，按相關(guān)定義，這一步一步的加工稱為“工步”。傳統(tǒng)加工中，工序較分散，每道工序中的工步內(nèi)容少，而數(shù)控加工中一道工序中的工步內(nèi)容很多，傳統(tǒng)加工工藝編制時(shí)將“工序”的編制作為重點(diǎn)，而數(shù)控加工中，著眼點(diǎn)就必然在“工步”上。
2數(shù)控刀具對(duì)加工工藝的改變
數(shù)控刀具也叫現(xiàn)代高效刀具，典型代表就是作為主流產(chǎn)品的機(jī)夾可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具和正在發(fā)展中的超硬刀具(金剛石、立方氮化硼刀具)，數(shù)控刀具實(shí)際上是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物，要滿足數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀的要求，數(shù)控刀具一般不刃磨，即使要進(jìn)行刀具修磨涂層也是采用外包方式。現(xiàn)代高效刀具就是要實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、高可靠性、專用性，刀具廠商從單純的“賣刀”，轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚋鶕?jù)加工特點(diǎn)及工件提供整套的高效加工解決方案，這是刀具業(yè)的一次重大戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，也就是刀具行業(yè)的供給側(cè)改革。客戶不但能從刀具樣本中選到合適的刀具，還能從刀具廠商中得到切削加工整體解決方案，刀具廠商對(duì)它提供了每一種刀片的都做過(guò)金屬切削實(shí)驗(yàn)，對(duì)客戶提供切削用量參考數(shù)值，一本刀具樣本，還能當(dāng)成切削手冊(cè)使用。
2.1刀具卡、刀具庫(kù)管理
傳統(tǒng)工藝規(guī)程重工藝流程、工序過(guò)程，刀具僅僅是寫出來(lái)就行，比如“75。外圓車刀”，但數(shù)控刀具是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物，到刀具廠商或市場(chǎng)上購(gòu)買的，必須選用適合機(jī)床刀具系統(tǒng)規(guī)格的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)刀柄，且刀片與刀桿要相配或刀具與刀柄要相配，所有刀具全都預(yù)先裝在刀庫(kù)里，通過(guò)數(shù)控程序的選刀和換刀指令進(jìn)行相應(yīng)的換刀動(dòng)作，自動(dòng)換刀裝置能夠迅速、準(zhǔn)確地把刀具安裝到機(jī)床主軸上或返回刀庫(kù)。所以數(shù)控工藝規(guī)程除了工藝流程、工序過(guò)程，還必須配有刀具卡，提供刀號(hào)、刀補(bǔ)、刀片刀桿、刀具刀柄的型號(hào)規(guī)格等信息，說(shuō)明刀具加工的部位，最好能附上刀具圖，就更直觀，這就引入一個(gè)新的工藝任務(wù)———選刀，從刀具廠商樣本中選擇符合工藝要求的刀具，做刀具卡、刀具庫(kù)管理。
2.2新刀具產(chǎn)生新工藝
數(shù)控刀具技術(shù)的發(fā)展，新型高效刀具不斷涌現(xiàn)，使得金屬切削工藝規(guī)程發(fā)生了很多改變，比如現(xiàn)代企業(yè)為了提高生產(chǎn)效率，減少或合并加工工序的趨勢(shì)也很明顯，例如取消半精加工，粗加工后直接進(jìn)行精加工，粗鏜后直接精鏜，鉆孔后精鉸一次到位，面粗銑后一次精銑達(dá)到要求，在粗加工中盡可能多地切除加工余量，隨后的一次精加工直接保證加工尺寸和形狀、位置精度以及表面加工質(zhì)量，這就對(duì)機(jī)床和刀具都提出了很高的要求，實(shí)際上就是工藝的改變，機(jī)床、刀具改變了工藝規(guī)程。再比如現(xiàn)代企業(yè)還在推廣使用新刀具，比如玉米銑刀(粗加工，比立銑刀耐用)、螺紋銑刀(在加工中心上銑螺紋，高效高精度)、螺紋旋風(fēng)銑(用車床來(lái)加工螺紋)、球刀(銑曲面)、槍鉆(鉆深孔)、刮齒刀(加工內(nèi)齒輪)，新刀具直接產(chǎn)生新工藝。
3氣液電自動(dòng)控制夾具
傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝方法是在普通機(jī)床上依靠夾具，采用“一人、一機(jī)、一刀、一道工序”的方法對(duì)零件進(jìn)行加工，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件一般需要多套工裝夾具、經(jīng)過(guò)幾十道工序、多次定位裝夾才能完成加工，導(dǎo)致加工零件的一致性差、加工效率低、工裝數(shù)量多、生產(chǎn)準(zhǔn)備工作量大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等諸多弊端。數(shù)控機(jī)床通常采用高速切削或強(qiáng)力切削，加工過(guò)程自動(dòng)化，對(duì)數(shù)控夾具提出了新的功能要求，首先是夾緊力要大，保證夾緊可靠，其次是柔性要好，適應(yīng)自動(dòng)控制。所以數(shù)控夾具通常采用氣液電自動(dòng)控制夾具，氣液電自動(dòng)控制夾具最重要的是保證定位精確、夾緊可靠，夾具的導(dǎo)向由數(shù)控機(jī)床及數(shù)控裝置保證，夾具的對(duì)刀通過(guò)預(yù)對(duì)刀操作或用機(jī)外對(duì)刀儀檢測(cè)并輸入數(shù)控系統(tǒng)，夾具的分度轉(zhuǎn)位由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)自動(dòng)控制。比如數(shù)控車床采用液壓、氣動(dòng)卡盤、液壓心軸或夾套，保證夾緊可靠。數(shù)控銑床、加工中心夾具不設(shè)置對(duì)刀裝置，由工件坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)建立聯(lián)系，通過(guò)預(yù)對(duì)刀操作或用機(jī)外對(duì)刀儀來(lái)保證工件與刀具的正確位置，位置精度由機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度保證，所以數(shù)控銑床、加工中心通常采用通用夾具，例如機(jī)床用平口虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等，但采用液壓或氣動(dòng)作為夾緊動(dòng)力源。數(shù)控鉆床夾具不用鉆模鉆套，利用數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)精確控制孔的位置和加工精度，可先用中心鉆點(diǎn)窩定孔中心，起到加工導(dǎo)向作用，然后用鉆削刀具加工孔深，如果是細(xì)長(zhǎng)孔，可利用程序控制采用往復(fù)排屑鉆削方式加工。所以數(shù)控機(jī)床加工具有加工工序少，專用工裝數(shù)量少的特點(diǎn)，表1為原采用傳統(tǒng)加工工藝方法和現(xiàn)采用數(shù)控加工工藝方法的工藝生產(chǎn)情況對(duì)比，加工對(duì)象是一精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的殼體零件。綜上，基于數(shù)控機(jī)床、數(shù)控刀具、氣液電自動(dòng)控制夾具技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控加工工藝的總趨勢(shì)是工序集中，自動(dòng)控制，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝的優(yōu)化排序。傳統(tǒng)機(jī)械加工過(guò)程中，機(jī)床、刀具、工裝夾具、檢測(cè)、工件調(diào)頭等因素，只要變化了其中一項(xiàng)，都會(huì)導(dǎo)致加工中斷而分出多道工序。數(shù)控加工工藝中，真正導(dǎo)致加工不連續(xù)只有更換機(jī)床，當(dāng)然工件調(diào)頭二次裝夾也會(huì)導(dǎo)致加工中斷，但隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，雙主軸數(shù)控機(jī)床的普及，未來(lái)可以保證即使是工件調(diào)頭二次裝夾，加工同樣連續(xù)，至于刀具、工裝夾具、檢測(cè)等都可以采用柔性自動(dòng)控制技術(shù)保證加工連續(xù)。由于數(shù)控加工的切削用量朝著高切削速度、高進(jìn)給率和小背吃刀量的方向發(fā)展，所以在編寫具體工藝規(guī)程時(shí)，一般規(guī)定以一次定位裝夾為一道工序，每用一把刀具定為一個(gè)工步，并要求把每個(gè)工步的加工內(nèi)容、切削用量詳細(xì)標(biāo)出，工藝文件直接用于指導(dǎo)數(shù)控程序的編制。
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作者：鄭紅 單位：溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
推薦期刊：《工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置》雜志，創(chuàng)刊于1971年，雙月刊，大16開，經(jīng)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)批準(zhǔn)，在國(guó)家新聞出版總暑登記注冊(cè)。
