數控銑床加工中線性尺寸的控制方法探討
2023-3-31 來源：- 作者：-
摘要：數控銑床是指一類具備強大機械加工功能的數控機床。目前，中國高速發展的加工中心和柔性加工單元，就是在傳統數控銑床和數控鏜床的基礎上，發展出來的。但因為數控銑削加工過程最復雜，必須克服的技術問題也最多，所以，當人們在研制和發展數控系統軟件和自動編程語言時，總是將重心放到了銑削工藝上。基于此，本文介紹了數控銑床的發展現狀與特點，通過分析數控銑床加工中線性尺寸的影響因素，提出了提高數控銑床加工中零件精度的方法。
關鍵詞：數控銑床加工 線性尺寸 控制方法探討
1、引言
目前，社會經濟水平的提升和科學技術的發展推動了機械工程的進步，現階段的傳統機械工程的不僅應用機械設備的生產過程，同時也是工業發展進程中重要的“生產力”，特別是自動化的應用和發展，促使生產的效率和整體質量有了極大的提升，對國民經濟
的發展產生了重要的影響作用。但是在實際的運行中發現，受到多方面因素的影響，致使自動化創新效率得不到提升，形成生產效率始終得不到有效提升的困境，限制了機械水平的快速提升。為改善這一現狀，相關人員和企業必須要注重這一工作內容的深化，促進機械工程以及自動化水平創新效率的快速提升，從而促進我國長遠發展“更上一層樓”。
2、數控銑床的發展與加工
數控銑床是現階段工業發展進程中的重要方式和措施，對各式各樣的機械設備的設計和制造有著非常重要的作用。隨著自動化化技術的不斷發展，機械工程作業控制技術的優勢將得到充分發揮。我國工業化的大力扶持，工廠、火電廠等工業建設成為了目前急需完成的任務。而機械工程，遠遠離不開高水平自動化技術，有助于管理控制好機械工程的自動化的控制。簡單來說，機械自動化能夠促進整個社會更好的發展，對我國農業、工業的發展有著非常積極的促進作用，自動化的實現使得整個機械工程的工作效率快速提升，同時也更符合現階段社會快速發展的趨勢變化的要求。但是伴隨著社會的持續進步和發展，現階段的機械工程已經無法滿足工業建設的需要，即機械工程以及自動化的創新來自于社會經濟的進步的壓迫，在越來越先進并且充滿各項未知挑戰的社會發展趨勢中，現階段的機械工程以及自動化與理想目標存在著較大的差距，因此創新是該工程進步的必然舉措，進行這一工程的創新能夠使得機械自動化的效率更好的提升，真正意義上發揮出此工程以及先進生產技術的優勢，提升國民經濟的同時提高自動化水平，繼而奠定我國經濟強國的國際地位。
作為機械工程最基礎的生產內容，零件加工對于提升零件裝配質量，改善機械設備應用效果具有深刻影響。現代工業生產中，機械設備的零件生產多是通過銑床完成的，傳統生產模式下，銑床需要進行人工操作控制，這不僅影響了機械構件的生產效率，而且對零件產品的生產質量和精度造成了較大影響。新時期，機械自動化技術在零件生產中得到了廣泛應用，就自動化技術本身而言，其能在計算機系統的作用下，對機械生產過程、機械零件參數要求等數據進行分析，然后系統設計控制程序，實現機械零件自動化、精準化生產。結合生產實際可知，在機械自動化技術的支撐下，機械零件的生產模式得到了極大優化，在一定程度上，其實現了機械零件的集成化、精細化生產。銑床的加工表面造型，通常由直線或其他曲線所構成。該機械適應性強，加工精度高，機械加工品質穩定，制造效率較高。它綜合利用了計算機、自動控制、伺服驅動器、精確計量，以及新型的機械構件等科學技術成就。這也是未來數控車床的主要發展方向。
譬如，通過銑床進行零件生產時，可深層次進行機械自動化技術的深入和融合應用，該技術下，生產人員先需要分析各種構件的規格、結構、類型，然后在考慮構件缺口的基礎上，對構件的集合元素進行系統分析，最后結合零件應用實際情況進行各單元構連接，可實現銑床的微連接生產，獲得預期的加工零件。新時期，機械自動化技術在機械加工行業零件生產中的應用日益深入，且其與數字控制、智能化、現代傳感等技術的交融愈發深入。在實際生產中，為進一步提升機械自動化技術在零件生產中的應用效果，還應注重機械自動化與機電一體化的結合，同時應注重機械功能多元化、零件結構設計標準化、模塊化的控制，并規范使用智能控制技術，提升機械零件制造加工的效率和精度。在車輛零部件機械加工程序中，當數控車床上用來加工汽車零件的打孔時，在數控車床上通常有一個打孔設備。在鋼板上打孔時，必須多次打開。每次開機后，都需要調節底板的定位。盡管精確度很高，但工作效率卻很低下。于是，發明了一個專用于汽零件加工的數控機床。為實現上述開孔高效率的目的，本實用新型提出了以下技術方法：
一臺進行了汽車零件機械加工的數控車床，分為底板，在底板頂部的上下二端固定安裝有豎板，在二豎板的上部與頂板緊固相連，在頂板底面與垂直底板中間固定安裝有驅動推桿，在驅動推桿的輸出端固定安置有支承板，在驅動推桿前后二端的支承板上方固定安裝了有限位桿，限位桿一頭活動穿過并伸入至頂板上部，在支承板底部的上下二端活動固定安置有接受槽，接收槽的內側活動安置有一頭伸入至支承板下部的對接桿，在二個對接桿底部均與支承板緊固相連，在對接桿的對側裝有限位槽，在支承板的上下二端活動安置有螺紋操縱桿，在螺紋控制棒上的一頭伸入支承板內，在螺絲扣操縱桿的另一側固定安裝有限位桿，限位桿的另一頭則伸入限位裝置凹槽中，在支承板的底面固定安裝有連桿機構，連桿的底面固定安裝有驅動裝置，驅動裝置的輸出端面固定安裝有鉆桿。
3、數控銑床的特點
（1）數控銑床已具備了很大的生產能力，因此通常不要求使用專用裝夾等特種加工工藝裝置。在更換工件時，僅需要調出在數控系統設備中保存的工藝程序、裝夾刀具和調整刀具的數量，生產周期也大大縮短；
（2）高度的生產自動化可以降低操作人員的勞動強度，有利于生產管理的自動化；
（3）加工精度高，加工品質穩定且安全。數控設備的最大脈沖當量一般為零點零零一毫米，而精密的數控機床則可達 0.08μm，而且，數控加工設備還減少了操作者的操作失誤；
（4）一次性裝夾定位后，可加工需要更多工序加工的零部件。
4、數控銑床加工中線性尺寸的影響因素
集成化、模塊化機械工程自動化發展的重要趨勢。在數控銑床加工中，機械設備與信息控制、傳感、現代監控、智能操作等多個模塊結合在了一起，這種單元模塊集成的方式有效地縮小了機械設備的體積規模和精細化程度，對于給工業生產具有積極作用。
如在數控銑床加工中生產中，生產人員可在統籌分析加工數據的基礎上，深化機械自動化技術在實際生產中的應用，這樣才能實現機械自動化與企業生產現狀的融合，助力企業的自動化、信息化發展。柔性自動化是基于計算機技術發展而來的一種全新技術，其對于機械自動化技術優化和企業持續發展具有積極作用。在機械工程中，相比于集成自動化，柔性自動化技術本身更加科學，智能化程度更高。將機械工程與集成自動化、柔性自動化等技術結合在一起后，不僅能實現企業生產資源的優化配置，而且能提升企業的核心競爭能力，此外其能促進技術水平向經濟水平的轉變，助力企業的全面發展。值得注意的是，在數控銑床加工中，其技術的應用的信息化程度也在不斷提升；這是因為在現代工業生產模式下，人們對于規范化、標準化、精細化生產的要求不斷提升，為實現生產過程的有效控制，人們在機械自動化技術應用中，愈發重視對設備參數、生態狀態數據的控制，這實現機械自動化技術柔性控制與信息化控制的集合，有助于提升機械自動化技術的整體應用水平，保證工業生產的整體效益。經過對有關資料的檢索，作者列舉了在數控銑床加工中零部件精度的一些影響因素，主要可包括在如下幾個層面：
（1）制造誤差和工具磨損。刀具誤差對加工精度的影響因刀具類型而異；
（2）加工誤差和夾具磨損。夾具偏差，主要是指定位部件、導刀部件、分度機構、工裝夾具等的加工偏差 ; 夾具安裝后，與上述部分工作面間的相應長度偏差 ; 使用期間，夾具工作表面的磨損；
（3）加工現場的環境影響。加工現場通常有很多的小金屬碎片。如果這些小金屬屑在零部件的定位表面或定位孔上，會影響零部件的加工精確度。而為了高精度加工，那些看不見的小金屬片也會影響加工精確度；
（4）零件內部殘余應力；
（5）機床誤差，是指機床的生產偏差、裝配偏差和損壞。主要涉及機械導軌的導向誤差、機械發展軸線的回轉偏差，以及機械傳動鏈的傳動偏差。
5、提高線性尺寸精度的方法
加工精確度，是指在加工后零件的實際幾何參數（尺寸、形狀和位置）達到設計圖樣中規定的理想幾何參數的程度。符合度越高，代表機械加工精確度就越高。可以從以下三個方面提高線性尺寸精度：提高零件尺寸精度、提高零件形狀精度、提高零件位置精度。
5.1 提高零件尺寸精度
5.1.1 試切法
通過試切方式所達到的精確度可以相當高。它并不要求復雜的儀器，但是由于這種方式比較費時，因此工作效率低下。所以只能用于生產單件產品和小批量投產。作為一個試切削加工工具 - 匹配，它是在已加工零部件的基礎上加工與另一種匹配的工件，并結合另外兩種（或多個）工件進行加工的方式。在匹配中的最后加工尺寸要求以與已加工零部件的配合要求為準。
5.1.2 調整法
提前用試樣或標準件調節機械、夾具、刀具與工件之間的精確相對位，以保證加工工件的尺寸準確度。因為尺寸預先調節完畢，所以在整個機械加工程序中沒有重復切削。而尺寸則是通過手動獲得的，在一個零件的整個機械加工程序中都維持恒定。這就是調節方式。也因此，在采用銑床夾具時，刀具的定位由刀塊大小決定。同樣，它一般適用于批量投產和小批量生產。
5.1.3 定尺寸法
采用一定規格的刀具來確定工件加工部分長度的方法，叫做定徑方法。采用一定標準規格的刀具進行機械加工，加工表面的長度根據工件規格確定。也就是說，可以采用具備相應規格精度的刀具（如鉸刀、鉸刀、鉆頭等）來確保工件加工零件（如孔）的精度。定尺寸法作業簡單，產量高，而且工藝精度穩定。這基本上就和機械工人的技術沒關系了。它產量高，廣泛應用于不同產品型式。例如，鉆孔和鉸縫等。
5.1.4 主動測量法
在機械加工程序中，在機械加工程序中測定加工長度，或把測定結果和設計規定的長度加以對比。目前，在主動檢測中的值可用數表示。
5.1.5 自動控制法
自動控制法共分為兩種：①自動檢測是指機械上的一種手動測定工件大小的設備。當工件超過所需大時，檢測設備會發出命令，使機械自行縮回或終止運行；②數字控制是由機械上的伺服電機、滾動絲桿來螺母副和一個數字控制裝置，用以控制刀柄或操作臺的準確運動。
最初的自動控制方式，是通過使用主動測量和機械或液壓控制來實現的。該自動控制方法的產品質量穩定，產量高，且工藝靈活性較好，可滿足多個品種產量。它是現代機械工業的重要發展方向，是計算機輔助制造技術（CAM）的重要基石。
5.2 提高零件形狀精度
5.2.1 軌跡法
這種加工方式使用刀尖的軌跡形成工件表面的圖形。一般的車削、銑削、刨削和打磨都屬于刀尖軌跡法。該方法所得到的圖形準確度，主要依靠于成形運動的準確度。
5.2.2 模型法
成形刀具的幾何造型可以用來代替傳統機械的一些成形運動，以達到機械加工表面的造型。如成形車削、銑削、打磨等。成形方法獲得的圖形精度，主要決定于刀刃的外形。
5.3 提高零件位置精度
5.3.1 直接找正裝夾
該方法是一種裝夾手段，通過千分表、劃線盤或目視檢查直接找到工件在機床上的位置。
5.3.2 劃線找正裝夾
這種夾緊方法產量較少，而且精確度低，對工人的技術要求較高。通常用來單件或小批量生產中的較復雜、重型零部件的加工，或毛坯材料尺寸公差很大，工人無法直接用夾具裝裝夾。
5.3.3 用夾具裝裝夾
夾具是針對加工工藝中的特點而專門設計的。夾具上的定位元件，能使工件迅速地取得相應于機床和刀具的準確定位，應用于批量加工和批量生產。
6、數控銑床加工注意事項
規范使用數控銑床加工技術，能實現機械工程生產模式得以優化，對于提升企業生產效益具有積極作用。新時期，深化機械自動化技術應用已經成為企業高效生產的內在要求。在機械工程自動化技術應用中，首先應認識到科學技術是數控銑床加工技術應用的基礎，應不斷的進行技術創新，深化現代信息技術在機械工程及自動化技術中的應用。其次在機械工程生產中，還應注重機械自動化技術發展趨勢的把控，實現技術應用趨勢與生產現狀的有效結合。最后為進一步提升機械工程自動化技術的應用水平，在實際生產中，還應注重其應用體制、機制的優化，一方面，應加大在機械工程自動化技術應用的層面的資源投入，不斷引入新技術、新設備，為機械自動化技術應用奠定良好基礎。另一方面，現代企業應強化機械自動化技術應用的組織管理，如提升生產人員專業技術水平等，這樣才能提升機械自動化技術應用水平，謀得更大的發展效益。
7、結語
總而言之，數控機床技術的應用對于機械工程發展具有深刻影響，其直接關系著機械生產的效率和質量。在實際生產中，人們只有充分認識到機械自動化生產的優勢特征，深化其在具體行業領域中的應用，完善數控銑床加工中線性尺寸的控制方法，才能發揮
數控銑床的價值。
作者：王雪 翟梽錦 楊世航 董樂樂
來源：黃河交通學院 焦作市數控銑床設備工程技術研究中心
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