试论数控机床切削能力对机械加工质量的影响

黄伟

【摘  要】数控加工是机械制造业中的先进加工技术，在企业生产中，数控机床的使用已经越来越广泛。有效利用先进的数控加工技术，既能确保零件的加工质量，还能提高加工效率。论文通过概述机械加工质量的基本概念和具体分类，重点分析提高数控机床切削能力对机械加工质量的影响和具体控制措施。

【关键词】数控机床切削能力;机械加工;加工精度;表面质量;振动控制

【Abstract】CNC machining is an advanced machining technology in the mechanical manufacturing industry. In enterprise production process， the use of CNC machine tools has become more and more extensive. The effective use of advanced CNC machining technology can not only ensure the processing quality of parts， but also can improve the processing efficiency. In this paper， the basic concept and specific classification of machining quality are summarized， and the influence of improving the cutting ability of CNC machine tools on machining quality and the concrete control measures are analyzed.

【Keywords】cutting ability of CNC machine tool; machining; machining precision; surface quality; vibration control

1 引言

零件的加工质量直接影响产品的整体质量，而随着生产技术的不断发展，数控机床和计算机技术等多种技术的广泛运用使零件加工质量不断提高，生产效率大大提升。与此同时，机械加工质量的不断提高，对数控机床加工稳定性的要求也越来越高[1]，必须采取合理的控制措施来提升数控机床切削能力，确保产品的加工质量，从而提高产品的工作性能，延长其使用寿命。

2 机械加工质量的基本概念及分类

零件的机械加工质量是由加工精度和表面质量两方面组成的。机械加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）与图纸设计的理想几何参数的符合程度，包括尺寸精度、形状精度和位置精度[2]，三者之间，既有密切联系，也有显著区别，通常来说形状精度需要限制于位置精度之内，位置精度则需要限制于尺寸精度之中。表面质量主要包括表面几何形状精度和表面物理力学性能。加工误差则是指零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的偏离程度。加工精度可以通过误差来衡量，误差越小，则精度越高;反之，误差越大，精度越低[3]。

3 提高数控机床切削能力对机械加工质量的影响

3.1 提高机械加工精度

机械加工精度往往直接反映出产品加工质量，从而最终影响产品的整体性能。当前较为常见的数控机床，不管是FANUC系统，还是SIEMENS系统，都是通过计算机編程来实现高速精准的切削加工，从而提高机械加工精度。例如，钻井泵曲柄连杆机构中的连杆，对大、小孔的加工精度要求高，尺寸和形状精度要保证与轴承的过盈装配;位置精度要保证大、小孔的轴线平行，才能保证安装运转过程中连杆受力均匀。在利用普通镗床加工连杆时，找正误差、工装夹具误差以及刀具转速等因素直接影响连杆的加工精度。而利用龙门式数控加工中心进行加工，机床自身精度高，刀具转速高，切削能力强，通过计算机编程实现精准定位和进给，可以更好地控制连杆的各项精度都在设计要求的数值范围之内，从而保证装配要求。

3.2 提高机械加工表面质量

随着生产技术的进步，数控机床的种类越来越多，如数控车床、数控齿轮加工机床以及各类型的加工中心等。数控机床的高速切削能力，可使零件获得较高的表面质量，表面波度小，粗糙度值低。例如，钻井泵动力系统中的齿轮副，在利用普通机床进行常规滚齿或者插齿加工时，机床主轴转速慢，切削能力低，故加工至成品前无法通过表面处理工艺提高齿面硬度，加工后的齿面光洁度较低，啮合效果不理想，也增大了点蚀几率。在此情况下，可利用数控铣齿机的高速切削能力，选择合适的球头铣刀，对硬化后的齿面进行精加工，利用计算机编程控制进给参数，精准铣削，在保证尺寸合格的同时又提高了齿面光洁度和齿面硬度。

4 提高数控机床切削能力的基本措施

在数控技术被广泛运用的前提下，机械加工质量的提高，主要依靠数控机床切削能力的不断提高来实现。计算机软件技术日趋成熟，加强对数控机床机械性的控制是提高数控机床切削能力的有效途径。

4.1 注重振动控制

当前来说，数控机床技术是支撑制造业发展的基础[4]。在机械加工过程中，振动是加工误差产生的原因之一。因此，要提高数控机床切削能力，需要进行合理的振动控制，通过调整手段尽量抑制振动的产生，对于机械加工质量有着较为直接的影响[5]。第一，机床安装振动控制，包括机床零部件之间的振动控制，还有机床与地面、厂房之间的振动控制。数控机床多种部件在实际安装过程中，应该对机床各个部件实际产生的振动和振动幅度加以计算并预测，借助于具体的技术手段将机床安装振动降至尽量小的范围之内，使数控机床的安装误差最小化。第二，机床工作振动控制，包括机床振动频度设计、数控软件振动性预测等。数控机床在具体应用过程中体现出较为明显的特点，就是借助于计算机技术和其他专业技术进行有效的建模，可以分析出数控机床具体的运行过程，实现合理化的高精度控制。第三，在实际使用中的其他辅助性振动控制，如导轨等零部件的间隙加大导致的振动，机床工作中受自身以外的外力造成的压迫性振动等，这些振动可通过适时调整机床零部件间隙、加强机床的功能检查和隐患排查等方式加以控制，让数控机床始终处于良好的运转状态。

4.2 合理的速度控制

高速化工作是现代数控机床的显著特点，大大提高了机械加工的生产效率。而合理的速度控制对提高数控机床切削能力是极为重要的措施。对于不同的数控机床，速度控制的重点不尽相同。第一，数控加工中心重点需要控制主轴转速，控制主轴转速就是控制刀具的转速，不同的刀具转速在很大程度上影响零件加工质量，如表面粗糙度和尺寸精度等，必须根据零件材料及硬度、刀具参数等实际加工工况，选择合理的主轴转速，从而提高零件加工质量。第二，对于数控车床等工作台旋转类数控设备来说，重点需要控制的是工作台卡盘的转速，选择合理的卡盘转速，可以降低工件和机床在切削过程中的振动，减少变形，使刀具的切削效果更理想，从而提高零件的加工精度。第三，进给速度的控制。在实际切削过程中，合理的进给量和走刀速度往往能得到更好的加工质量，尤其在精细加工中，为了得到良好的表面粗糙度和尺寸精度，必须根据实际工况选择适合的进给速度。由此可见，在机械加工过程中，借助于现代化的技术手段，采取相关措施对数控机床进行科学合理的速度控制，保证机床速度始终处于最理想的范围，既是确保产品加工质量的有效途径，还可以让机械加工生产效率稳步提升，这也是机械制造行业积极运用数控机床高速化生产的主要目标。

4.3 严格落实数控机床的维护保养和管理工作

数控机床的维护保养工作意义重大，会直接影响到数控机床的精度和使用寿命，从而最终影响机械加工质量，因此必须要采取严格的措施来落实数控机床的的维护保养工作。除了严格执行机械加工行业惯有的“日清洁、周维护、月保养”的设备保养制度外，要特别加强对数控机床的维护管理工作。例如，数控机床相对普通机床来说，需要更为理想的润滑养护。在数控机床的显著位置，都有机床用油的详细铭牌，明确标注齿轮箱、增压缸、丝杠导轨以及平衡系统等机床零部件的用油牌号以及加油量，因此，在日常维护保养中，要根据数控机床的详细说明，选择标号对应的高品质润滑油。同时，如需要专业人员清洗加油时，要及时联系设备制造商进行专业的保养工作。通过对数控机床进行严格的维护保养管理，才能保持数控机床的正常性能和精度，并最终确保零件的机械加工质量。

5 结语

数控机床的切削能力可以对机械加工的整体质量产生直接影响，同时关系到企业的长远发展，因此对数控机床的切削能力应给予高度关注。通过本文的概述，明确了提高数控机床切削能力的具体措施，除了对机械加工的振动和速度进行有效控制外，还需要贯彻落实日常的维护保养工作，发现数控机床实际加工过程中存在的问题，采取有效的措施予以改进，确保数控机床的切削能力稳步提升，为机械加工质量保驾护航。

【参考文献】

【1】贾伟.概率矩阵分解在数控机床振动预测中的应用[J].机械设计与制造，2015（12）：157-159.

【2】王平嶂，戚晓霞，张玉英，等.机械制造工艺与刀具[M].北京：清华大学出版社，2005（3）：95-96

【3】余阿东，蒲生，李翔龙.精密箱体类零件加工用高精度数控坐标镗床关键技术研究[J].制造技术与机床，2018（03）：80-84.

【4】冯毅雄，张舜禹，高一聪，等.基于特征语義分析的数控机床设计知识精确智能推送方法[J].计算机集成制造系统，2016，22（01）：189-201.

【5】宁龙举.试论数控机床切削控制能力对机械加强精确度的影响[J].科技视界，2016（06）：131.