数控铣床加工中线性尺寸的控制方法探讨
2023-3-31 来源：- 作者：-
摘要：数控铣床是指一类具备强大机械加工功能的数控机床。目前，中国高速发展的加工中心和柔性加工单元，就是在传统数控铣床和数控镗床的基础上，发展出来的。但因为数控铣削加工过程最复杂，必须克服的技术问题也最多，所以，当人们在研制和发展数控系统软件和自动编程语言时，总是将重心放到了铣削工艺上。基于此，本文介绍了数控铣床的发展现状与特点，通过分析数控铣床加工中线性尺寸的影响因素，提出了提高数控铣床加工中零件精度的方法。
关键词：数控铣床加工 线性尺寸 控制方法探讨
1、引言
目前，社会经济水平的提升和科学技术的发展推动了机械工程的进步，现阶段的传统机械工程的不仅应用机械设备的生产过程，同时也是工业发展进程中重要的“生产力”，特别是自动化的应用和发展，促使生产的效率和整体质量有了极大的提升，对国民经济
的发展产生了重要的影响作用。但是在实际的运行中发现，受到多方面因素的影响，致使自动化创新效率得不到提升，形成生产效率始终得不到有效提升的困境，限制了机械水平的快速提升。为改善这一现状，相关人员和企业必须要注重这一工作内容的深化，促进机械工程以及自动化水平创新效率的快速提升，从而促进我国长远发展“更上一层楼”。
2、数控铣床的发展与加工
数控铣床是现阶段工业发展进程中的重要方式和措施，对各式各样的机械设备的设计和制造有着非常重要的作用。随着自动化化技术的不断发展，机械工程作业控制技术的优势将得到充分发挥。我国工业化的大力扶持，工厂、火电厂等工业建设成为了目前急需完成的任务。而机械工程，远远离不开高水平自动化技术，有助于管理控制好机械工程的自动化的控制。简单来说，机械自动化能够促进整个社会更好的发展，对我国农业、工业的发展有着非常积极的促进作用，自动化的实现使得整个机械工程的工作效率快速提升，同时也更符合现阶段社会快速发展的趋势变化的要求。但是伴随着社会的持续进步和发展，现阶段的机械工程已经无法满足工业建设的需要，即机械工程以及自动化的创新来自于社会经济的进步的压迫，在越来越先进并且充满各项未知挑战的社会发展趋势中，现阶段的机械工程以及自动化与理想目标存在着较大的差距，因此创新是该工程进步的必然举措，进行这一工程的创新能够使得机械自动化的效率更好的提升，真正意义上发挥出此工程以及先进生产技术的优势，提升国民经济的同时提高自动化水平，继而奠定我国经济强国的国际地位。
作为机械工程最基础的生产内容，零件加工对于提升零件装配质量，改善机械设备应用效果具有深刻影响。现代工业生产中，机械设备的零件生产多是通过铣床完成的，传统生产模式下，铣床需要进行人工操作控制，这不仅影响了机械构件的生产效率，而且对零件产品的生产质量和精度造成了较大影响。新时期，机械自动化技术在零件生产中得到了广泛应用，就自动化技术本身而言，其能在计算机系统的作用下，对机械生产过程、机械零件参数要求等数据进行分析，然后系统设计控制程序，实现机械零件自动化、精准化生产。结合生产实际可知，在机械自动化技术的支撑下，机械零件的生产模式得到了极大优化，在一定程度上，其实现了机械零件的集成化、精细化生产。铣床的加工表面造型，通常由直线或其他曲线所构成。该机械适应性强，加工精度高，机械加工品质稳定，制造效率较高。它综合利用了计算机、自动控制、伺服驱动器、精确计量，以及新型的机械构件等科学技术成就。这也是未来数控车床的主要发展方向。
譬如，通过铣床进行零件生产时，可深层次进行机械自动化技术的深入和融合应用，该技术下，生产人员先需要分析各种构件的规格、结构、类型，然后在考虑构件缺口的基础上，对构件的集合元素进行系统分析，最后结合零件应用实际情况进行各单元构连接，可实现铣床的微连接生产，获得预期的加工零件。新时期，机械自动化技术在机械加工行业零件生产中的应用日益深入，且其与数字控制、智能化、现代传感等技术的交融愈发深入。在实际生产中，为进一步提升机械自动化技术在零件生产中的应用效果，还应注重机械自动化与机电一体化的结合，同时应注重机械功能多元化、零件结构设计标准化、模块化的控制，并规范使用智能控制技术，提升机械零件制造加工的效率和精度。在车辆零部件机械加工程序中，当数控车床上用来加工汽车零件的打孔时，在数控车床上通常有一个打孔设备。在钢板上打孔时，必须多次打开。每次开机后，都需要调节底板的定位。尽管精确度很高，但工作效率却很低下。于是，发明了一个专用于汽零件加工的数控机床。为实现上述开孔高效率的目的，本实用新型提出了以下技术方法：
一台进行了汽车零件机械加工的数控车床，分为底板，在底板顶部的上下二端固定安装有竖板，在二竖板的上部与顶板紧固相连，在顶板底面与垂直底板中间固定安装有驱动推杆，在驱动推杆的输出端固定安置有支承板，在驱动推杆前后二端的支承板上方固定安装了有限位杆，限位杆一头活动穿过并伸入至顶板上部，在支承板底部的上下二端活动固定安置有接受槽，接收槽的内侧活动安置有一头伸入至支承板下部的对接杆，在二个对接杆底部均与支承板紧固相连，在对接杆的对侧装有限位槽，在支承板的上下二端活动安置有螺纹操纵杆，在螺纹控制棒上的一头伸入支承板内，在螺丝扣操纵杆的另一侧固定安装有限位杆，限位杆的另一头则伸入限位装置凹槽中，在支承板的底面固定安装有连杆机构，连杆的底面固定安装有驱动装置，驱动装置的输出端面固定安装有钻杆。
3、数控铣床的特点
（1）数控铣床已具备了很大的生产能力，因此通常不要求使用专用装夹等特种加工工艺装置。在更换工件时，仅需要调出在数控系统设备中保存的工艺程序、装夹刀具和调整刀具的数量，生产周期也大大缩短；
（2）高度的生产自动化可以降低操作人员的劳动强度，有利于生产管理的自动化；
（3）加工精度高，加工品质稳定且安全。数控设备的最大脉冲当量一般为零点零零一毫米，而精密的数控机床则可达 0.08μm，而且，数控加工设备还减少了操作者的操作失误；
（4）一次性装夹定位后，可加工需要更多工序加工的零部件。
4、数控铣床加工中线性尺寸的影响因素
集成化、模块化机械工程自动化发展的重要趋势。在数控铣床加工中，机械设备与信息控制、传感、现代监控、智能操作等多个模块结合在了一起，这种单元模块集成的方式有效地缩小了机械设备的体积规模和精细化程度，对于给工业生产具有积极作用。
如在数控铣床加工中生产中，生产人员可在统筹分析加工数据的基础上，深化机械自动化技术在实际生产中的应用，这样才能实现机械自动化与企业生产现状的融合，助力企业的自动化、信息化发展。柔性自动化是基于计算机技术发展而来的一种全新技术，其对于机械自动化技术优化和企业持续发展具有积极作用。在机械工程中，相比于集成自动化，柔性自动化技术本身更加科学，智能化程度更高。将机械工程与集成自动化、柔性自动化等技术结合在一起后，不仅能实现企业生产资源的优化配置，而且能提升企业的核心竞争能力，此外其能促进技术水平向经济水平的转变，助力企业的全面发展。值得注意的是，在数控铣床加工中，其技术的应用的信息化程度也在不断提升；这是因为在现代工业生产模式下，人们对于规范化、标准化、精细化生产的要求不断提升，为实现生产过程的有效控制，人们在机械自动化技术应用中，愈发重视对设备参数、生态状态数据的控制，这实现机械自动化技术柔性控制与信息化控制的集合，有助于提升机械自动化技术的整体应用水平，保证工业生产的整体效益。经过对有关资料的检索，作者列举了在数控铣床加工中零部件精度的一些影响因素，主要可包括在如下几个层面：
（1）制造误差和工具磨损。刀具误差对加工精度的影响因刀具类型而异；
（2）加工误差和夹具磨损。夹具偏差，主要是指定位部件、导刀部件、分度机构、工装夹具等的加工偏差 ; 夹具安装后，与上述部分工作面间的相应长度偏差 ; 使用期间，夹具工作表面的磨损；
（3）加工现场的环境影响。加工现场通常有很多的小金属碎片。如果这些小金属屑在零部件的定位表面或定位孔上，会影响零部件的加工精确度。而为了高精度加工，那些看不见的小金属片也会影响加工精确度；
（4）零件内部残余应力；
（5）机床误差，是指机床的生产偏差、装配偏差和损坏。主要涉及机械导轨的导向误差、机械发展轴线的回转偏差，以及机械传动链的传动偏差。
5、提高线性尺寸精度的方法
加工精确度，是指在加工后零件的实际几何参数（尺寸、形状和位置）达到设计图样中规定的理想几何参数的程度。符合度越高，代表机械加工精确度就越高。可以从以下三个方面提高线性尺寸精度：提高零件尺寸精度、提高零件形状精度、提高零件位置精度。
5.1 提高零件尺寸精度
5.1.1 试切法
通过试切方式所达到的精确度可以相当高。它并不要求复杂的仪器，但是由于这种方式比较费时，因此工作效率低下。所以只能用于生产单件产品和小批量投产。作为一个试切削加工工具 - 匹配，它是在已加工零部件的基础上加工与另一种匹配的工件，并结合另外两种（或多个）工件进行加工的方式。在匹配中的最后加工尺寸要求以与已加工零部件的配合要求为准。
5.1.2 调整法
提前用试样或标准件调节机械、夹具、刀具与工件之间的精确相对位，以保证加工工件的尺寸准确度。因为尺寸预先调节完毕，所以在整个机械加工程序中没有重复切削。而尺寸则是通过手动获得的，在一个零件的整个机械加工程序中都维持恒定。这就是调节方式。也因此，在采用铣床夹具时，刀具的定位由刀块大小决定。同样，它一般适用于批量投产和小批量生产。
5.1.3 定尺寸法
采用一定规格的刀具来确定工件加工部分长度的方法，叫做定径方法。采用一定标准规格的刀具进行机械加工，加工表面的长度根据工件规格确定。也就是说，可以采用具备相应规格精度的刀具（如铰刀、铰刀、钻头等）来确保工件加工零件（如孔）的精度。定尺寸法作业简单，产量高，而且工艺精度稳定。这基本上就和机械工人的技术没关系了。它产量高，广泛应用于不同产品型式。例如，钻孔和铰缝等。
5.1.4 主动测量法
在机械加工程序中，在机械加工程序中测定加工长度，或把测定结果和设计规定的长度加以对比。目前，在主动检测中的值可用数表示。
5.1.5 自动控制法
自动控制法共分为两种：①自动检测是指机械上的一种手动测定工件大小的设备。当工件超过所需大时，检测设备会发出命令，使机械自行缩回或终止运行；②数字控制是由机械上的伺服电机、滚动丝杆来螺母副和一个数字控制装置，用以控制刀柄或操作台的准确运动。
最初的自动控制方式，是通过使用主动测量和机械或液压控制来实现的。该自动控制方法的产品质量稳定，产量高，且工艺灵活性较好，可满足多个品种产量。它是现代机械工业的重要发展方向，是计算机辅助制造技术（CAM）的重要基石。
5.2 提高零件形状精度
5.2.1 轨迹法
这种加工方式使用刀尖的轨迹形成工件表面的图形。一般的车削、铣削、刨削和打磨都属于刀尖轨迹法。该方法所得到的图形准确度，主要依靠于成形运动的准确度。
5.2.2 模型法
成形刀具的几何造型可以用来代替传统机械的一些成形运动，以达到机械加工表面的造型。如成形车削、铣削、打磨等。成形方法获得的图形精度，主要决定于刀刃的外形。
5.3 提高零件位置精度
5.3.1 直接找正装夹
该方法是一种装夹手段，通过千分表、划线盘或目视检查直接找到工件在机床上的位置。
5.3.2 划线找正装夹
这种夹紧方法产量较少，而且精确度低，对工人的技术要求较高。通常用来单件或小批量生产中的较复杂、重型零部件的加工，或毛坯材料尺寸公差很大，工人无法直接用夹具装装夹。
5.3.3 用夹具装装夹
夹具是针对加工工艺中的特点而专门设计的。夹具上的定位元件，能使工件迅速地取得相应于机床和刀具的准确定位，应用于批量加工和批量生产。
6、数控铣床加工注意事项
规范使用数控铣床加工技术，能实现机械工程生产模式得以优化，对于提升企业生产效益具有积极作用。新时期，深化机械自动化技术应用已经成为企业高效生产的内在要求。在机械工程自动化技术应用中，首先应认识到科学技术是数控铣床加工技术应用的基础，应不断的进行技术创新，深化现代信息技术在机械工程及自动化技术中的应用。其次在机械工程生产中，还应注重机械自动化技术发展趋势的把控，实现技术应用趋势与生产现状的有效结合。最后为进一步提升机械工程自动化技术的应用水平，在实际生产中，还应注重其应用体制、机制的优化，一方面，应加大在机械工程自动化技术应用的层面的资源投入，不断引入新技术、新设备，为机械自动化技术应用奠定良好基础。另一方面，现代企业应强化机械自动化技术应用的组织管理，如提升生产人员专业技术水平等，这样才能提升机械自动化技术应用水平，谋得更大的发展效益。
7、结语
总而言之，数控机床技术的应用对于机械工程发展具有深刻影响，其直接关系着机械生产的效率和质量。在实际生产中，人们只有充分认识到机械自动化生产的优势特征，深化其在具体行业领域中的应用，完善数控铣床加工中线性尺寸的控制方法，才能发挥
数控铣床的价值。
作者：王雪 翟梽锦 杨世航 董乐乐
来源：黄河交通学院 焦作市数控铣床设备工程技术研究中心
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