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摘 要： 這篇工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟投稿發(fā)表了數(shù)控加工工藝與機械加工工藝的研究，數(shù)控加工工藝直接關(guān)系到機械加工的效率，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機械加工帶來了革命性的變化，那么數(shù)控對機械加工工藝產(chǎn)生的最大的三個因素分別是什么呢?論文進行了如下總結(jié)。
這篇工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟投稿發(fā)表了數(shù)控加工工藝與機械加工工藝的研究，數(shù)控加工工藝直接關(guān)系到機械加工的效率，數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機械加工帶來了革命性的變化，那么數(shù)控對機械加工工藝產(chǎn)生的最大的三個因素分別是什么呢?論文進行了如下總結(jié)。
摘要：數(shù)控技術(shù)給傳統(tǒng)的機械加工帶來了革命性的變化，引領(lǐng)機械加工向著高質(zhì)量、高效率方向前進，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，本文對影響機械加工工藝最重要的三個因素進行了分析對比。
關(guān)鍵詞：工業(yè)技術(shù)經(jīng)濟投稿,機械加工研究
引言
數(shù)控加工所用的數(shù)控機床及其以整體硬質(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)的機械加工帶來了革命性的變化，引領(lǐng)機械加工向著高質(zhì)量、高效率方向前進，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)控機床是高精度和高生產(chǎn)率的自動化機床，加工過程中的動作順序、運動部件的坐標(biāo)位置等功能，都是通過數(shù)字信息自動控制的，操作者在加工過程中無法人為干預(yù)補償。數(shù)控技術(shù)的種種特點都一一映射在數(shù)控加工工藝中，數(shù)控技術(shù)對機械加工工藝改變最大的三個因素分別是數(shù)控機床、數(shù)控刀具、氣液電柔性控制夾具。
1數(shù)控機床對加工工藝的改變
數(shù)控機床的主軸驅(qū)動系統(tǒng)和進給驅(qū)動系統(tǒng)，分別采用交流、直流主軸電動機和伺服電動機直接驅(qū)動，這兩類電動機調(diào)速范圍大，并可無級變速，因此使主軸箱、進給變速箱及傳動系統(tǒng)大為簡化，傳動鏈大大縮短，齒輪、軸承、軸的結(jié)構(gòu)數(shù)量大為減少，甚至不用齒輪，由電機直接驅(qū)動主軸或進給滾珠絲桿。數(shù)控機床常有配有自動換刀裝置、回轉(zhuǎn)工作臺(實現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位、圓周進給)、工件交換系統(tǒng)、對刀裝置、排屑裝置等，柔性制造系統(tǒng)還配有自動上下料系統(tǒng)等。
1.1數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)及性能對工藝的改變
數(shù)控機床的結(jié)構(gòu)及性能特點使一些傳統(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、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)備資金投入方面獨樹一幟，對傳統(tǒng)的磨削工藝提出挑戰(zhàn)，“以切代磨”將成為發(fā)展趨勢之一。普通銑削一般采用逆銑，因普通銑床的絲杠傳動之間的間隙較大而且不方便調(diào)整，導(dǎo)致加工時竄動，這種結(jié)構(gòu)逆銑加工質(zhì)量好;而數(shù)控機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控制加工的，編程指令就能對機械加工工藝產(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)控機床的自動換刀，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)工藝中所說的“工序”，在數(shù)控加工中，應(yīng)按照“工步”來理解，數(shù)控加工零件，工序雖只有一道，但加工過程仍是一步一步進行，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)加工工藝編制時將“工序”的編制作為重點，而數(shù)控加工中，著眼點就必然在“工步”上。
2數(shù)控刀具對加工工藝的改變
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)控刀具實際上是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物，要滿足數(shù)控機床自動換刀的要求，數(shù)控刀具一般不刃磨，即使要進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，刀具廠商對它提供了每一種刀片的都做過金屬切削實驗，對客戶提供切削用量參考數(shù)值，一本刀具樣本，還能當(dāng)成切削手冊使用。
2.1刀具卡、刀具庫管理
傳統(tǒng)工藝規(guī)程重工藝流程、工序過程，刀具僅僅是寫出來就行，比如“75。外圓車刀”，但數(shù)控刀具是標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)物，到刀具廠商或市場上購買的，必須選用適合機床刀具系統(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)先裝在刀庫里，通過數(shù)控程序的選刀和換刀指令進行相應(yīng)的換刀動作，自動換刀裝置能夠迅速、準(zhǔn)確地把刀具安裝到機床主軸上或返回刀庫。所以數(shù)控工藝規(guī)程除了工藝流程、工序過程，還必須配有刀具卡，提供刀號、刀補、刀片刀桿、刀具刀柄的型號規(guī)格等信息，說明刀具加工的部位，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也很明顯，例如取消半精加工，粗加工后直接進行精加工，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，這就對機床和刀具都提出了很高的要求，實際上就是工藝的改變，機床、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氣液電自動控制夾具
傳統(tǒng)機械加工工藝方法是在普通機床上依靠夾具，采用“一人、一機、一刀、一道工序”的方法對零件進行加工，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件一般需要多套工裝夾具、經(jīng)過幾十道工序、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)周期長等諸多弊端。數(shù)控機床通常采用高速切削或強力切削，加工過程自動化，對數(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)自動控制。所以數(shù)控夾具通常采用氣液電自動控制夾具，氣液電自動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)控機床及數(shù)控裝置保證，夾具的對刀通過預(yù)對刀操作或用機外對刀儀檢測并輸入數(shù)控系統(tǒng)，夾具的分度轉(zhuǎn)位由回轉(zhuǎn)工作臺自動控制。比如數(shù)控車床采用液壓、氣動卡盤、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)置對刀裝置，由工件坐標(biāo)系原點與機床坐標(biāo)系原點建立聯(lián)系，通過預(yù)對刀操作或用機外對刀儀來保證工件與刀具的正確位置，位置精度由機床運動精度保證，所以數(shù)控銑床、加工中心通常采用通用夾具，例如機床用平口虎鉗、回轉(zhuǎn)工作臺等，但采用液壓或氣動作為夾緊動力源。數(shù)控鉆床夾具不用鉆模鉆套，利用數(shù)控機床坐標(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，如果是細長孔，可利用程序控制采用往復(fù)排屑鉆削方式加工。所以數(shù)控機床加工具有加工工序少，專用工裝數(shù)量少的特點，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)情況對比，加工對象是一精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的殼體零件。綜上，基于數(shù)控機床、數(shù)控刀具、氣液電自動控制夾具技術(shù)的進步，數(shù)控加工工藝的總趨勢是工序集中，自動控制，是對傳統(tǒng)機械加工工藝的優(yōu)化排序。傳統(tǒng)機械加工過程中，機床、刀具、工裝夾具、檢測、工件調(diào)頭等因素，只要變化了其中一項，都會導(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)只有更換機床，當(dāng)然工件調(diào)頭二次裝夾也會導(dǎo)致加工中斷，但隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，雙主軸數(shù)控機床的普及，未來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、檢測等都可以采用柔性自動控制技術(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，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工步，并要求把每個工步的加工內(nèi)容、切削用量詳細標(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)儀表與自動化裝置》雜志，創(chuàng)刊于1971年，雙月刊，大16開，經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)委員會批準(zhǔn)，在國家新聞出版總暑登記注冊。
