0 引言

    數(shù)控加工作為一種先進(jìn)的加工方法，因其具有高的加工精度和生產(chǎn)效率，在現(xiàn)代制造業(yè)中擔(dān)當(dāng)了越來(lái)越重要的角色。隨著自動(dòng)編程系統(tǒng)的發(fā)展，如CAXA、Pro/E等軟件的普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床編程工作越來(lái)越被簡(jiǎn)化。但零件加工質(zhì)量的保證，除了數(shù)控機(jī)床自身的精度以外，與數(shù)控加工的工藝措施更是密切相關(guān)的。討論數(shù)控加工中的工藝問(wèn)題，研究采取什么樣的工藝措施，有效地保證數(shù)控機(jī)床加工質(zhì)量，以便充分地利用數(shù)控機(jī)床加工精度高的優(yōu)勢(shì)，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 提高數(shù)控加工精度的工藝措施

    數(shù)控加工精度包括被加工零件的尺寸精度和形位精度。在加工中，我們要切實(shí)注意工藝問(wèn)題對(duì)加工精度的影響。

    1.1確定合理的加工余量與編程數(shù)據(jù)

    當(dāng)加工余量較大時(shí)，為了提高零件的加工精度，可采用多次走刀方法，能控制零件的形位公差。例如，某零件表面加工余量為2～2.5mm，如一次走刀切除，則該平面的平面度誤差為0.4～0.6mm，若采用三次走刀切除余量，最后一次走刀為0．1～0.2mm，則誤差穩(wěn)定在0.1mm左右。在程序編制時(shí)，應(yīng)靈活運(yùn)用子程序功能，通過(guò)主程序多次調(diào)用子程序，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一表面的多次走刀加工，提高加工精度。非圓曲線與列表曲線在編程時(shí)要選擇正確的擬合方法，爭(zhēng)取使擬合誤差控制在脈沖當(dāng)量的1/2以內(nèi)，這樣才能從源頭上減少誤差，保證加工精度的實(shí)現(xiàn)。

    編制程序時(shí)，應(yīng)正確處理零件圖上的尺寸標(biāo)注，如標(biāo)注的是非對(duì)稱尺寸，則要轉(zhuǎn)換成對(duì)稱尺寸來(lái)編程，如圖l中括號(hào)內(nèi)的尺寸，其公差帶均作了相應(yīng)改變，計(jì)算與編程時(shí)應(yīng)用括號(hào)內(nèi)的尺寸來(lái)進(jìn)行，實(shí)際生產(chǎn)中有許多與此相類似的情況，編程時(shí)一定要引起注意。

    1.2實(shí)施合適的加工路線與工藝參數(shù)

    合適的加工路線是提高加工精度的重要保障。如在數(shù)控車削加工中，通常進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是沿著-Z方向的，但這種加工進(jìn)給路線安排有時(shí)并不合理，甚至可能車壞工件。如圖2所示的零件加工中，當(dāng)用尖形車刀加工零件的大圓弧內(nèi)表面時(shí)，有兩種不同的加工進(jìn)給路線，其結(jié)果極不相同。對(duì)于圖2(a)所示的一Z方向加工進(jìn)給路線，因切削時(shí)尖形車刀的主偏角約為1000～1050，這時(shí)切削力在X方向的分力Fp(吃刀抗力)將沿著+X方向，當(dāng)?shù)都膺\(yùn)動(dòng)到圓弧的換象限處，即由-Z、-X方向向-Z、+X方向變換時(shí)，吃刀抗力Fp立刻與傳動(dòng)橫拖板的傳動(dòng)力方向相同，若機(jī)床X軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈有傳動(dòng)間隙，就可能使刀尖嵌入零件表面(即“扎刀”)，其嵌入量在理論上等于其傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)間隙量。對(duì)于圖2(b)所示的+Z加工進(jìn)給路線，刀尖運(yùn)動(dòng)到圓弧的換象限處，即由+Z、-X方向+Z、+X方向變換時(shí)，吃刀抗力Fp與滾珠絲桿傳動(dòng)橫向拖板的傳動(dòng)力方向相反，不會(huì)受X軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)鏈間隙的影響而產(chǎn)生嵌刀現(xiàn)象，加工進(jìn)給路線是較合理的。

    工藝參數(shù)選擇的合理性對(duì)零件的表面質(zhì)量也有較大影響。在高速進(jìn)給的輪廓加工中，由于工藝系統(tǒng)的慣性，在輪廓的拐角處易產(chǎn)生“欠切”和“過(guò)切”現(xiàn)象，如圖3所示。避免此現(xiàn)象的辦法是在接近拐角前適當(dāng)?shù)亟档瓦M(jìn)給速度，過(guò)了拐角后再逐漸增速，即在拐角處前后采用變化的進(jìn)給速度，從而減少誤差。在加工圓弧段時(shí)，由于圓弧半徑的影響，切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度V_T，并不等于選定的刀具中心進(jìn)給速度v_f。由圖4可加，加工外圓弧時(shí)，切削點(diǎn)的實(shí)際進(jìn)給速度為： 
的實(shí)際進(jìn)給速度將變得非常大，有可能損傷刀具或工件，這是如果機(jī)床面板上設(shè)有“進(jìn)給速率修調(diào)”旋鈕時(shí)，則操作者可利用它實(shí)時(shí)修改程序上進(jìn)給速度指令值來(lái)減少誤差。

 1.3正確安裝刀具和設(shè)立對(duì)刀點(diǎn)

    當(dāng)機(jī)床不可改變時(shí)，與機(jī)床相關(guān)的刀柄、刀具對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量的影響變得尤為突出。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(shí)現(xiàn)的基石。目前常用刀柄與機(jī)床的接口主要有BT刀柄和HSK刀柄。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(shí)，由于離心力的作用會(huì)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)床最高轉(zhuǎn)速達(dá)到15000轉(zhuǎn)／分時(shí)，通常需要采用HSK型刀柄，HSK刀桿為過(guò)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。

    為提高數(shù)控加工零件的精度，正確地設(shè)立對(duì)刀點(diǎn)也相當(dāng)重要。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)立在被加工零件上，也可以設(shè)立在夾具上，但必須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的坐標(biāo)尺寸聯(lián)系，這樣才能確定機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相互關(guān)系。對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。對(duì)于以孔定位的零件，取孔的中心作為對(duì)刀點(diǎn)比較合適。

2 提高數(shù)控加工表面質(zhì)量的工藝措施

    零件的表面質(zhì)量，一般指表面粗糙度。而表面粗糙度值是直接影響零件使用性能的主要因素，在加工中，我們必須采取相應(yīng)的工藝措施來(lái)提高零件的表面光潔程度。

    2.1設(shè)計(jì)正確的加工工藝方案

    2.1.1合理設(shè)計(jì)切入切出路線

    在數(shù)控銑床上加工零件時(shí)，為減少接刀痕跡，保證輪廓表而質(zhì)量，對(duì)刀具切入和切出程序要仔細(xì)設(shè)計(jì)。銑刀的切入點(diǎn)要沿零件周邊外延，以保證工件輪廓光滑。如銑刀沿法向直接切入零件，將在零件的外形上留下明顯的刀痕。銑削過(guò)程中不能有中間停頓，否則由于切削力的變化也會(huì)產(chǎn)生刀痕。刀具切入過(guò)程一般需要采取較小的進(jìn)給速度。為提高切削效率，切入時(shí)從一個(gè)切削層緩慢地進(jìn)入另一個(gè)切削層，比切出后再突然切入要好，這樣可以保證恒定的進(jìn)給速度。其次，盡量保持一個(gè)穩(wěn)定的切削參數(shù)，包括切削速度、進(jìn)給量與切削深度的一致性。要盡量地提高毛坯的成形精度，使各表面加工余量均勻。

    2.1.2正確選擇切削加工方式

    順銑和逆銑得到的表面粗糙度不同。精加工時(shí)，應(yīng)盡量采用順銑以有利于提高零件的表面質(zhì)量。車削軸類零件時(shí)，盡量使用同一把刀車削不同軸頸，以減少接刀痕跡。一般，應(yīng)避免車削非連續(xù)表面，如軸上有鍵槽等表面要加工，則安排在外圓車削完成之后再加工鍵槽。車削成形回轉(zhuǎn)表面時(shí)，要注意選擇合適大小的主偏角和副偏角，以避免刀具的干涉而產(chǎn)生刀痕。軸類零件的圓弧表面加工時(shí)，應(yīng)取較小的偏角，并將刀尖倒成圓角，圓角半徑應(yīng)小于加工表面的半徑。

    2.1.3使用新型高效刀具；

    為提高零件加工表面質(zhì)量，應(yīng)盡量選擇較高“的切削速度，而這樣便對(duì)刀具提出了更高的要求。為充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的性能，應(yīng)選擇高強(qiáng)度、高耐用度的新型高效刀具。銑削平面時(shí)，應(yīng)選用鑲而不重磨的多面硬質(zhì)合金刀片的端銑刀和立銑刀。加工余量較小且表而質(zhì)量要求較高時(shí)，可采用立方氮化硼復(fù)合刀片端銑刀或鑲陶瓷刀片的端銑刀。

    2.2采用理想的數(shù)控加工程序

    程序編制是數(shù)控加工中的一項(xiàng)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(shí)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。

    2.2.1相對(duì)編程和絕對(duì)編程要靈活使用

    相對(duì)坐標(biāo)編程產(chǎn)生累計(jì)誤差，絕對(duì)坐標(biāo)編程則彌補(bǔ)了這一缺陷。在加工的全過(guò)程中，盡量采用統(tǒng)一的基準(zhǔn)點(diǎn)，以減少累計(jì)誤差。如數(shù)控車削加工中，工件徑向尺寸的精度要求比軸向尺寸精度高，徑向尺寸最好采用絕對(duì)坐標(biāo)編程，考慮到編程的方便，軸向尺寸可采用相對(duì)坐標(biāo)編程。但對(duì)于重要的軸向尺寸，也要采用絕對(duì)坐標(biāo)編程，以盡量減小其累計(jì)誤差，提高加工精度。在數(shù)控銑床加工工件時(shí)，對(duì)于重要的尺寸一定采用絕對(duì)編程，一般尺寸可采用相對(duì)編程或絕對(duì)編程。在具體加工時(shí)，為保證工件的加工精度，按照加工工藝的要求，進(jìn)行絕對(duì)編程和相對(duì)編程要靈活使用。

    2.2.2用宏程序進(jìn)行程序優(yōu)化

    在銑削一些周期性循環(huán)的曲線或曲面時(shí)，采用什么樣的程序加工對(duì)表面質(zhì)量的影響很大。如圖5所示，用子程序編制程序則如下：

       主程序：00001
       .
       .
       .
       M98 P0002 L4
       子程序?yàn)椋?0002
       G91 G02 X21．21 R15 F100
       G01 X28．79 Y．29．41
       G03 X21．2l R15
       G01X28．79Y29．41
       M99

    此程序看上去簡(jiǎn)單，但加工時(shí)在曲線各周期的相交點(diǎn)A處卻可見明顯的刀痕。這是因?yàn)橛龅組99指令時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)要進(jìn)行大量的計(jì)算、比較、判斷、查找和轉(zhuǎn)移等內(nèi)部操作。此時(shí)，若降低進(jìn)給速度，刀痕依然會(huì)產(chǎn)生。而解決問(wèn)題的根本方法在于運(yùn)用宏指令來(lái)編制程序：
       G65 H01P#100 Q4(#100=4)
       N100 G91 G02 X21．21 R15 F100
       G01X28．79 Y-29．4 1
       G03X21．2l R15
       G01X28．79Y29．4 1
       G65 H03 P#100 Q#00 R1(#100=#100-1)
       G65 H83 P#100Q#100R0
       (IF#100>0 GOTO N100)
    用宏程序進(jìn)行編程，可以大大節(jié)省編程時(shí)間，使程序的可讀性、簡(jiǎn)潔性和合理性大大增強(qiáng)，不僅程序短小精悍，而且計(jì)算、判斷所需的時(shí)間很短，機(jī)床進(jìn)給基本上沒(méi)有停頓，A處不見刀痕，從而表面質(zhì)量得以有效保證。

3 結(jié)束語(yǔ)

    本文根據(jù)自己多年的數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn)，從加工工藝的角度探討了提高數(shù)控加工質(zhì)量的一系列措施，并且在實(shí)際加工中得到了驗(yàn)證，為數(shù)控加工工藝人員更高效地利用數(shù)控機(jī)床，提供了一些解決問(wèn)題的參考方案，具有一定的推廣價(jià)值。