數(shù)控加工作 為一種先進(jìn)的加工方法, 被廣泛地用于航空工業(yè)、艦船工業(yè)以及電子工業(yè)等高精度、復(fù)雜零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控加工中，影響數(shù)控加工質(zhì)量的因素很多，即工藝系統(tǒng)中的各組成部分，包括 機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差以及刀具使用中的磨損等都直接影響工件的加工精度。也就是說，在加工過程中整個(gè)工藝系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生各種誤差，從而改變刀 具和工件在切削運(yùn)動(dòng)過程中的相互位置關(guān)系而影響零件的加工精度及質(zhì)量。
數(shù)控加工在中國制造業(yè) 中已經(jīng)有了較長的使用時(shí)間，雖然有嚴(yán)格的數(shù)控機(jī)床操作規(guī)范、良好的機(jī)床維護(hù)保養(yǎng)，但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產(chǎn)品的加工質(zhì)量，我們定期對(duì) 數(shù)控設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)維修，明確每臺(tái)設(shè)備的加工精度，明確每臺(tái)設(shè)備的加工任務(wù)。對(duì)于大批量成批生產(chǎn)的零件加工工廠，應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分粗、精加工的設(shè)備使用，因?yàn)榇旨?工時(shí)追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度，精加工則相反，要求高的加工精度。而粗加工時(shí)對(duì)設(shè)備的精度損害是嚴(yán)重的，因此我們將使用年限較長、精度差的設(shè)備定為專用的粗加工設(shè)備，新設(shè)備和精度好的設(shè)備定為精加工設(shè)備，做到對(duì)現(xiàn)有設(shè)備資源的合理搭配、明確分工，將機(jī)床對(duì)加工質(zhì)量的影響降到了很低，同 時(shí)又保護(hù)了昂貴的數(shù)控設(shè)備，延長了設(shè)備的壽命。
二、刀柄的合理選用環(huán)節(jié)
當(dāng)我們的機(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)量的影響又變得突出了。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。
1.刀柄與機(jī)床的聯(lián)結(jié)
目前企業(yè)常用刀柄與機(jī)床的 接口主要有BT刀柄和HSK刀柄，刀柄結(jié)構(gòu)如圖1所示。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。
2.刀柄與刀具的聯(lián)結(jié)
對(duì) 刀柄另一個(gè)重要的技術(shù)要求就是刀柄與刀具的聯(lián)結(jié)方式， 包括加工時(shí)的夾持力度、徑向跳動(dòng)精度和平衡質(zhì)量，刀柄的徑向跳動(dòng)精度要小于0.003mm。為支持機(jī)床的線性傳動(dòng)，主軸、刀柄和刀 具的總重量越小，對(duì)獲得優(yōu)良切削效果 越有利。根據(jù)客戶各自的需求，都能夠找到一種完美的刀柄系統(tǒng)，因?yàn)椴煌南到y(tǒng)能夠提供不同的技術(shù)特征和優(yōu)勢(shì)。 刀柄對(duì)刀桿 、刀具的夾緊方式主要有4種刀柄：側(cè)固式刀柄、彈性夾緊式刀柄、液壓刀柄和熱脹冷縮刀柄等。
側(cè)固式刀柄的 特點(diǎn)是簡(jiǎn)單容易操作、快速方便、安全性極高;彈性夾緊式刀柄的特點(diǎn)是刀具的夾緊或松開是在刀柄材料的彈性形變范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，不僅可以提供極高的刀柄回轉(zhuǎn)精 度，而且對(duì)刀具使 用壽命沒有限制;液壓刀柄特點(diǎn)為采用這一刀具夾緊系統(tǒng)，可使系統(tǒng)徑向跳動(dòng)誤差精度和重復(fù)定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內(nèi)存在有高壓油液壓力，當(dāng)?shù)毒?被夾緊時(shí)，內(nèi)藏的油腔結(jié)構(gòu)及高壓油的存在大大地增加了結(jié)構(gòu)阻尼，可有效防止刀具和機(jī)床主軸的振動(dòng);熱脹冷縮刀柄的優(yōu)點(diǎn)是徑向跳動(dòng)誤差小，精度很高，可達(dá)到 3μm以下水平，傳動(dòng)扭矩大，而刀柄的設(shè)計(jì)相對(duì)比較小巧，但其缺陷在于，相比液壓刀柄或應(yīng)力鎖緊式刀柄來講，其防振性能較差。
三、刀具的準(zhǔn)確選擇和使用環(huán)節(jié)
硬 質(zhì)合金刀具應(yīng)用范圍在企業(yè)越來越廣，硬質(zhì)合金將代替大部分高速鋼刀具，包括鉆頭、立銑刀和絲錐等簡(jiǎn)樸通用刀具，使這一類刀具的切削速度有很大的提高，硬質(zhì) 合金將在刀具材料中占主導(dǎo)地位，覆蓋大部分常規(guī)的加工領(lǐng)域。我公司在粗加工中盡可能采用大直徑的牛鼻刀，使用R2左右的硬質(zhì)合金刀片，做到粗加工排屑 “多”;半精加工選用高轉(zhuǎn)速高進(jìn)給R0.8左右的鑲片立銑刀，做到半精加工走刀“快”;精加工時(shí)盡量選用硬質(zhì)合金刀桿和高精度球頭鏡面刀片，這樣可在保正 加工質(zhì)量的同 時(shí)節(jié)省選用整體合金刀具的高昂費(fèi)用。精加工中所用小刀具的半徑應(yīng)小于或等于被加工零件上的內(nèi)輪廓圓角半徑，尤其是在拐角加工時(shí)，應(yīng)選用半徑小于拐角處圓 角半徑的刀具，并以圓弧插補(bǔ)的方式進(jìn)行加工，這樣可以避免采用直線插補(bǔ)而出現(xiàn)過切現(xiàn)象，做到精加工質(zhì)量“好”。因此，刀具的準(zhǔn)確選擇和使用是影響數(shù)控加工質(zhì)量的重要因素。
四、數(shù)控編程環(huán)節(jié)
程序是數(shù)控機(jī)床惟一能夠識(shí)別的語言，它向機(jī)床發(fā)出一條一條加工指令，控制著機(jī)床的 每一步驟，程序的好壞直接影響到加工的質(zhì)量和效率。這就需要在全面了解機(jī)床性能、加工的每一環(huán)節(jié)以及必要的相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上, 通過不斷的實(shí)踐，提高編程技能，從而達(dá)到提高數(shù)控加工質(zhì)量的要求。
1.數(shù)控編程的步驟
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，使數(shù)控機(jī)床安全、可靠、 高效地工作，加工出高質(zhì)量的產(chǎn)品。
從得到產(chǎn)品零件圖樣到獲得數(shù)控加工程序的編制過程。
程序定型階段由主管領(lǐng)導(dǎo)審核數(shù)控編程刀路，合格后填寫數(shù)控加工程序單，繪制加工簡(jiǎn)圖。到現(xiàn)場(chǎng)了解程序執(zhí)行情況，并優(yōu)化、固化數(shù)控加工程序。
2.數(shù)控編程的關(guān)鍵問題
(1)零件數(shù)字化模型：一般情況下依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖，采用線框建模、特征建模和實(shí)體建模等不同方式，建立零件的幾何數(shù)字化模型?；蛘呤遣捎脽o紙化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，零件的幾何數(shù)字化模型直接由設(shè)計(jì)而來。
(2)加工方案的確定：主要針對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、質(zhì)量要求選擇不同的加工方法，如：曲面加工是選擇投影加工還是放射加工。不同的加工方法對(duì)零件的表面質(zhì)量影響較大。
(3)加工參數(shù)的選擇：加工參數(shù)的選擇主要取決于工件材料、刀具形狀和材料、機(jī)床性能等因素。加工參數(shù)選擇的合理性對(duì)零件的表面質(zhì)量也有較大影響。
(4) 刀具軌跡的生成：刀具軌跡生成是復(fù)雜零件、多軸數(shù)控加工中的重要內(nèi)容，有效的刀具軌跡直接決定了加工的可能性、質(zhì)量與效率。刀具軌跡的生成首要目標(biāo)是使所 生成的刀具軌跡滿足平穩(wěn)、光滑、負(fù)荷變化小、軌跡連續(xù)，切入、切出次數(shù)少，無干涉及碰撞等要求。同時(shí)，刀具軌跡還需滿足穩(wěn)定性好、編程效率高和程序量小等 條件。
(5)數(shù)控加工仿真：由于零件形狀及加工環(huán)境的復(fù)雜性，要確保所生成的加工程序不存在任何質(zhì)量問題十分困難，其中主要的是加工 過程中的過切、機(jī)床各部件之間的干涉碰撞等問題。特別對(duì)于高速加工，這些問題常常是致命的。因此，在加工前對(duì)加工程序進(jìn)行仿真驗(yàn)證是十分必要的。數(shù)控加工 仿真通過軟件模擬加工環(huán)境，刀具軌跡與材料切除過程來檢驗(yàn)程序，具有成本低、效率高且安全可靠等特點(diǎn)，是提高數(shù)控編程質(zhì)量及加工質(zhì)量的重要手段。
(6)后置處理：后置處理是數(shù)控加工編程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其技術(shù)內(nèi)容包括：機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與求解、機(jī)床坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)變換、非線性運(yùn)動(dòng)誤差校驗(yàn)、機(jī)床結(jié)構(gòu)誤差補(bǔ)償及數(shù)控代碼轉(zhuǎn)換等。因此，采用正確的后置處理對(duì)于保證加工質(zhì)量、效率與機(jī)床可靠運(yùn)行具有重要作用。
五、機(jī)床操作者環(huán)節(jié)
機(jī)床操作者是數(shù)控加工的執(zhí)行人，他們對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量的控制也是很明顯的。他們?cè)趫?zhí)行加工任務(wù)的過程中對(duì)機(jī)床、刀柄、刀具、加工工藝和切削參數(shù)的實(shí)時(shí)狀態(tài)了解，他們的各項(xiàng)操作對(duì)數(shù)控加工影響直接，所以機(jī)床操作者的技能和責(zé)任心也是提高數(shù)控加工質(zhì)量的重要因素。
我們知道，雖然機(jī)床等硬件設(shè)備是很關(guān)鍵的，但人才是影響數(shù)控加工質(zhì)量的決定性因素，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)員和機(jī)床操作者的職業(yè)道德、技能水平以及崗位責(zé)任心決定了各種先進(jìn)設(shè)備能否發(fā)揮出多大的效能。所以我們一定要重視人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，為數(shù)控加工質(zhì)量的持續(xù)提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
通過對(duì)數(shù)控加工中影響加工質(zhì)量因素的分析, 為合理有效地提高數(shù)控機(jī)床的利用率提供了可行的依據(jù)。其應(yīng)用可有效保證數(shù)控機(jī)床的加工精度及良好的加工效果。
