提高数控加工质量的途径与方法

陈甫

（天津机电职业技术学院，天津 300131）

1 加工精度和表面质量概念

1.1 加工精度概念

加工精度指的就是零件加工的精细度，是指零件加工后的实际尺寸与设计时标定的几何参数的吻合程度。零件加工精度主要包含了几何形状、尺寸以及相互位置这三个要素。

1.2 表面质量概念

1.2.1 表面粗糙度和波度。表面粗糙度指的是加工表面在微观下存在的几何形状的误差。

1.2.2 表面层物理机械性能。在机械加工的过程中，因刀具与零件互相接触，使工件的表面层物理机械性能发生了变化。主要的体现是发生了表面层冷作硬化和金相组织变化，具体而言，就是在切削加工之后，工件表面层的硬度和强度得到了一定程度的提高，并在高温作用下，出现了金相组织的变化。这些变化导致了工件表面层物理机械性能的弱化，从而降低了表层的硬度。

2 加工精度受到影响的主要因素

2.1 加工原理误差。加工原理误差主要指的是在加工中采用近似形状的刀具或者是成型运动从而产生的误差。加工原理误差，一般都出现在曲线的数控加工当中。因为相对于工件成型运动，刀具是相对近似的。所以，当数控机床在做曲线移动的时候，即采用圆弧插补或者直线运动的方式时，可以通过平行坐标轴的小直线段的利用，使加工更趋近于设计尺寸。这样就大大地提高了工件的加工质量和效率。

2.2 机床误差。机床误差指的是在制造机床、安装当中或者是使用当中由于磨损而产生的误差。其中，最主要的误差是主轴回转以及导轨这两个方面的误差。机床误差会对机械加工造成一定的负面影响，从而使零件的配合度和精确度降低。

2.3 夹具误差。夹具误差指的是标准夹具和实际夹具之间出现的误差。其产生的主要原因是在制造各个夹具元件时精度没有达到要求，而且装配精度不够。此外，由于使用不当使夹具表面出现了磨损也是造成夹具误差的一个重要因素。夹具误差对于工件表面位置、尺寸精度都有着直接的影响，尤其是对位置精度的影响较为严重。

2.4 刀具误差。刀具的合理选择直接影响零件的加工精度，其误差产生的主要原因是刀具制造精度和刀具实际使用当中发生了磨损。由于刀具的种类、材质等不同，也使得刀具的误差对于精度的影响存在差异。

3 提高数控加工零件表面质量的工艺措施

所谓的零件表面质量，主要指的是表面层几何微观形状误差以及表面层的物理机械性能。在实际的加工当中，要强化相应的工艺流程，采取相应的工艺手段，进一步完善加工细节，以此来保证零件表面粗糙度，从而防止零件使用性能受到表面粗糙度的影响。

3.1 采用正确的加工工艺方案

3.1.1 合理设计切入切出路线。在使用数控机床进行零件加工的时候，要合理地设计切入切出路线，优化机床的切削角度。为了尽可能的减少接刀时候出现的接刀痕迹，确保表面的质量不受到影响，就需要对于刀具切入以及切出程序进行缜密精细的设计。刀具的切入点主要是从零件的周边外延开始，从而确保光滑的轮廓表面。在切削的过程中，要保持切削的连续性和稳定性，不能出现任何停顿，否则就会发生切削力忽变的情况，这极易导致工件表面出现刀痕。在切入刀具时，要循序渐进，尽量选择较小的进给速度，以便从一个切削层缓缓进入到另一个切削层，使切削圆滑过渡，从而保证切削质量。除此而外，在切削过程中，要尽可能地保证切削参数的稳定，采用合适的切削深度、进给量以及切削的速度，从而一气呵成地完成切削工作。

3.1.2 正确选择切削加工方式。在数控铣床的具体使用中，经常使用顺铣和逆铣两种方式。从精加工效果上看，顺铣要优于逆铣。所以在零件的加工当中，应当尽可能的选择顺铣的方式来提升零件表面质量。在轴类零件的车削中，对不同轴颈的加工也需要尽可能的选择同一把车刀，从而减少由于接刀而带来的痕迹。一般来说，应当尽可能的避免在非连续表面上进行不断的车削，要本着分类分形的原则，要按照由外至内，由表及里的顺序，科学选择切削加工方式。从而避免由于刀具干涉而有可能出现的刀痕。在轴类零件的圆弧表面的加工中，应当选择较小刀尖圆角。

3.1.3 使用新型高效刀具。工欲善其事必先利其器。数控机床的效率和性能最终都要靠刀具来实现。对于精度要求较高的零件加工，除了完善先进的工艺流程外，最有效的手段就是选择和使用新型高效刀具。只有选择高性能、高效率的新型刀具，才能够将现代化数控机床的性能较好发挥出来。现在，新型刀具概念更加灵活，刀具开发商采用的新刀具和刀片设计更加自由，这些优化设计可以运用新的刀具理念，可更合理地解决机械加工的安全性、精度、表面粗糙度、高速切削，以及优化切削路径的能力等问题。

3.2 采用最佳的数控加工程序。优化程序设计，为加工者提供最佳的数控数据，是提高加工质量的重要措施。相比普通机床，数控机床在零件的加工中不仅仅需要操作者拥有较高的操作水平，也需要在编程和工艺分析上拥有较高的水平。想要编制一个优秀的程序，主要应从以下几方面着手。其一，要确保机床的加工精度，尽可能降低零件加工时间，优化精简程序。为了减少不必要的辅助工时，在编制程序时，就要尽可能地合并指令，将辅助时间减少，从而将生产效率得到最大限度的提高。

例如：可以本着优化的原则，合并启动切削液、主轴等指令，在刀具的移动时，也可以考虑到将几个轴一起进行移动。这样，就整合了不必要的指令，从而缩短了操作时间，提高了机床的工作效率。值得注意的是，应该在确保安全工作的前提下，由程序编写人员进行换刀，并尽量使用同一换刀点。这样不仅能够确保编程的安全性，也能够将机床零件加工的安全性提高。但这样的操作，也存在着一些问题，因为换刀也是一项专业性非常强的工作，所以要耗费一定的时间，这在某种程度上也会影响加工的效率。这就需要因地制宜，选择安全方便的换刀点，尽量缩短换刀的时间，从而把换刀带来的负面效应降到最小。

结语

总之，在机械制造与自动化领域中，数控机床以操作的现代化和车铣的精细化越来越成为机加领域的骄子，在中国制造走向世界的过程中发挥着重要的作用。因此，为了进一步发展中国先进的制造业，就要不断提升数控机床加工行业操作人员的专业技术水平和质量意识。力争早日实现我国机械加工水平从低端到高端、从初级产品制造到高精尖产品制造的转变，实现从制造大国到制造强国的转变。

[1]李心平，王海英.数控加工零件质量控制[J].职业，2011.

[2]蔚京生，唐平.数控机床的编程技巧[J].机床与液压，2005.