论文部分内容阅读
摘 要：机械零件的加工质量包括机械加工精度和表面质量两个方面。同普通机床相比，数控机床在其加工零件质量一致性、稳定性、符合性等方面具有一定的优势。文章介绍了数控机床特有的结构、功能、性能，分析数控机床加工质量的影响因素，为更好地发挥数控机床的效能提供了支持。
关键词：数控机床加工；质量；影响因素
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0062-02
质量就是“在人的眼里是美的”。产品质量的明确需要在标准、规范、图样、技术要求和其他文件中已经作出的规定要求，即产品制造者对产品质量的要求。隐含需要是从顾客和社会的角度对产品质量提出日益不断提高的期望要求。零件的加工质量是整个产品质量的基础。零件的加工质量包括机械加工精度和表面质量两个方面。加工精度是指零件加工后的几何参数的实际值与理想值之间的符合程度。而实际值与理想值之间的偏离程度（即差异）则为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。表面质量是指零件加工后的表面层状态，它包含表面粗糙度和波度以及表面层的物理机械性能两方面的内容。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。包括数控车床、数控铣床、加工中心、数控电火花、线切割、数控冲床等加工设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体。数控机床加工零件时，先将零件的几何数据、工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，再将加工程序输入到数控系统，数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床主运动的变速、起停、进给的方向、速度和位移量，以及其他如刀具选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作。数控机床的运行处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，以保证刀具和工件之间相对位置的准确性，从而加工出符合要求的零件。数控机床的机械结构具有优良的特性，包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等，保证了数控机床精度高、稳定性好、效率高、自动化程度高的品质。
由于受到系统性因素和偶然性因素的影响，机床加工的零件质量会出现波动，造成产品缺陷和不合格。数控机床因其自身比较优越的特点，可完成普通机床不易完成的大型、精密、复杂零件的加工，并取得了显著的经济效益和社会效益。研究、分析数控机床加工质量影响因素，更好地发挥提供数控机床加工优势，满足产品不断提高的高精度、高品质、高效率和经济性的要求。
1 数控机床加工质量影响因素
研究、分析机械加工质量的方法有因素分析法和统计分析法。采用因素分析法分析得出：数控机床加工质量影响因素主要表现在以下六个方面。
1.1 机床本身因素
数控机床的精度、内置的CNC软件系统精度等决定了加工件的加工精度和表面质量。其加工精度、定位精度、重复定位精度的差异造成了零件加工质量的不同。数控机床的可控轴数与联动轴数、数控机床的运动性能指标等也对加工质量产生影响。液压、气动、电气等也对加工质量有着重要的影响。根据加工零件的技术要求和工艺文件，选择相应种类、规格、精度等级、自动换刀装置、数控系统的数控加工机床进行零件的加工。
1.2 原始误差因素
机床、夹具、工件和刀具构成一个完整的系统，称为工艺系统。由于工艺系统本身的结构和状态、操作过程以及加工过程中的物理力学现象而产生刀具和工件之间的相对位置关系发生偏移的各种因素称为原始误差。它可以照样、放大或缩小地反映给工件，使工件产生加工误差而影响零件加工精度。一部分原始误差与工艺系统本身的初始状态有关：与工艺系统本身初始状态有关的原始误差有原理误差（加工方法原理上存在的误差）和工艺系统几何误差。包括工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，如刀具和夹具制造误差、调整误差以及安装误差；工件和刀具的相对位置在运动状态下存在的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的导向误差，传动链的传动误差等。一部分原始误差与切削过程有关：工艺系统力效应引起的变形，如工艺系统受力变形、工件内应力的产生和消失而引起的变形等造成的误差。工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀具、工件的热变形等造成的误差。
1.3 加工方法因素
加工方法因素主要表现在设计、工艺、检验方法、编程等方面。设计方面，设计应体现符合质量要求、便于制造、节约成本等的水准。工艺方面，在编程前要依据三维数据和工艺文件对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，包括确定工装、夹具，选择刀具和切削用量，确定加工顺序和加工路线。工装、夹具是否合适都对加工质量产生影响。任何刀具在切削过程中，都不可避免要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地采用冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。随着制造技术的提高，有许多性能出色、形状复杂、体积超常的刀具出现，为数控加工的顺利进行提供了保证。在精加工时，特别要注意切削用量的选择，可以有效地提高加工质量。质量检验和实验的方法是保证产品质量的重要手段，采用合理的检测工具、仪器、技术，得出准确、可靠的数值，保证数控机床加工的质量。
编程分手工编程和计算机自动编程两种。数控编程首先要正确定义加工坐标系，选择好对刀点。选择的编程原点应方便编程、便于测量检查、便于操作，同时考虑引起的加工误差较小。按照数控工艺方案在计算机上编制刀具轨迹。然后通过计算机仿真模拟或试切削样件来验证程序的正确性、可行性。最后优化程序，其中直线代替圆弧的拟合逼近、插补点数影响到了加工件的精度。按照已有的模型设置合理的参数是重要的环节。对于公差的处理存在着一定的技巧。后置处理、程序修定等都起着关键的作用。 1.4 现场管理因素
质量管理是企业经营管理的永恒主题。数控加工的质量控制作为现场管理的一部分，按照ISO9000质量保证体系的要求，对各种影响制造质量的因素实施控制， 以确保生产出符合设计意图和规范质量并满足用户或消费者要求的产品。实型过程质量控制，严格贯彻设计意图和执行技术标准， 使产品达到质量标准； 实施制造过程中各个环节的质量保证， 以确保工序质量保证， 以确保工序质量水平； 建立能够稳定地生产符合质量水平要求的产品的生产制造系统。现场管理包括重要工序的质控点的建立。特别对大型工件、成组加工更要重点全程监控，密切掌握整个过程的所有环节。数控加工质量受环境、加工场所的条件、温度、材料等环节因素的影响。质量检验是数控机床加工中保证质量必不可少的重要环节，特别是首件检验有其重要性。
1.5 操作者素质因素
与普通机床加工依靠操作者的经验、能力相比，作为按照既定程序自动进行加工的数控机床对操作者素质的要求不尽相同。数控加工程式化、自动加工的特点不是忽略了操作者的素质，而是对操作者的要求更高。操作者不应仅仅懂编程、会操作，具备机械制图、公差、加工工艺、刀具等必不可少的知识，还要求具备利用软件建模、生成数控代码和仿真加工等技术，这样能更好地解决比较复杂的零件的加工。要有一丝不苟、精益求精、注重合作的精神，来保证数控机床加工的质量。
1.6 效益因素
为保证数控机床正常运行、保质保量地完成生产任务、创造更多的工业附加值，从购入数控加工设备、数控应用软件、设备配套的工装、夹具、刀具到操作人员培训、、设备维修、维护等方面都需耗费大量经费，这就需要进行成本分析、核算，实现利益的最大化。比如对于高速数控加工机床的使用，其设备价格高、生产效率高、加工时间短、加工成本低、零件加工质量高。可见，质量和效益之间的关系是紧密联系在一起的。
2 结 语
从以上分析看出，数控机床加工质量影响因素来自多个方面，数控机床加工相关人员应对以上因素密切关注，对影响产品加工质量的因素采用合理的措施，将其不利的影响降低到最小。通过技术、工艺创新等手段全面提高数控机床的加工质量，获取更大的效益。实现数控机床加工的艺术美，追求一种人机和谐、高效实用、品质优良的现代加工环境是我们努力的方向。
参考文献：
[1] 葛付存.模具数控加工质量的因素分析[J].人工智能与识别技术，2010，（1）：42-43.
[2] 王春秀.机械产品质量控制与管理[J].技术经济与管理研究，2003，（6）：106.
作者简介：陈勇（1970-），男，山东德州人，大学本科，工程师，研究方向：模具、加工技术。
关键词：数控机床加工；质量；影响因素
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）06-0062-02
质量就是“在人的眼里是美的”。产品质量的明确需要在标准、规范、图样、技术要求和其他文件中已经作出的规定要求，即产品制造者对产品质量的要求。隐含需要是从顾客和社会的角度对产品质量提出日益不断提高的期望要求。零件的加工质量是整个产品质量的基础。零件的加工质量包括机械加工精度和表面质量两个方面。加工精度是指零件加工后的几何参数的实际值与理想值之间的符合程度。而实际值与理想值之间的偏离程度（即差异）则为加工误差。加工误差的大小反映了加工精度的高低。表面质量是指零件加工后的表面层状态，它包含表面粗糙度和波度以及表面层的物理机械性能两方面的内容。
数控机床是机电一体化的典型产品，是集机床、计算机、电动机及拖动、动控制、检测等技术为一体的自动化设备。包括数控车床、数控铣床、加工中心、数控电火花、线切割、数控冲床等加工设备。数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置、伺服系统、反馈装置及机床本体。数控机床加工零件时，先将零件的几何数据、工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，再将加工程序输入到数控系统，数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床主运动的变速、起停、进给的方向、速度和位移量，以及其他如刀具选择交换、工件的夹紧松开、冷却润滑的开关等动作，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作。数控机床的运行处于不断地计算、输出、反馈等控制过程中，以保证刀具和工件之间相对位置的准确性，从而加工出符合要求的零件。数控机床的机械结构具有优良的特性，包括结构的静刚度、抗振性、热稳定性、低速运动的平稳性及运动时的摩擦特性、几何精度、传动精度等，保证了数控机床精度高、稳定性好、效率高、自动化程度高的品质。
由于受到系统性因素和偶然性因素的影响，机床加工的零件质量会出现波动，造成产品缺陷和不合格。数控机床因其自身比较优越的特点，可完成普通机床不易完成的大型、精密、复杂零件的加工，并取得了显著的经济效益和社会效益。研究、分析数控机床加工质量影响因素，更好地发挥提供数控机床加工优势，满足产品不断提高的高精度、高品质、高效率和经济性的要求。
1 数控机床加工质量影响因素
研究、分析机械加工质量的方法有因素分析法和统计分析法。采用因素分析法分析得出：数控机床加工质量影响因素主要表现在以下六个方面。
1.1 机床本身因素
数控机床的精度、内置的CNC软件系统精度等决定了加工件的加工精度和表面质量。其加工精度、定位精度、重复定位精度的差异造成了零件加工质量的不同。数控机床的可控轴数与联动轴数、数控机床的运动性能指标等也对加工质量产生影响。液压、气动、电气等也对加工质量有着重要的影响。根据加工零件的技术要求和工艺文件，选择相应种类、规格、精度等级、自动换刀装置、数控系统的数控加工机床进行零件的加工。
1.2 原始误差因素
机床、夹具、工件和刀具构成一个完整的系统，称为工艺系统。由于工艺系统本身的结构和状态、操作过程以及加工过程中的物理力学现象而产生刀具和工件之间的相对位置关系发生偏移的各种因素称为原始误差。它可以照样、放大或缩小地反映给工件，使工件产生加工误差而影响零件加工精度。一部分原始误差与工艺系统本身的初始状态有关：与工艺系统本身初始状态有关的原始误差有原理误差（加工方法原理上存在的误差）和工艺系统几何误差。包括工件与刀具的相对位置在静态下已存在的误差，如刀具和夹具制造误差、调整误差以及安装误差；工件和刀具的相对位置在运动状态下存在的误差，如机床的主轴回转运动误差，导轨的导向误差，传动链的传动误差等。一部分原始误差与切削过程有关：工艺系统力效应引起的变形，如工艺系统受力变形、工件内应力的产生和消失而引起的变形等造成的误差。工艺系统热效应引起的变形，如机床、刀具、工件的热变形等造成的误差。
1.3 加工方法因素
加工方法因素主要表现在设计、工艺、检验方法、编程等方面。设计方面，设计应体现符合质量要求、便于制造、节约成本等的水准。工艺方面，在编程前要依据三维数据和工艺文件对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，包括确定工装、夹具，选择刀具和切削用量，确定加工顺序和加工路线。工装、夹具是否合适都对加工质量产生影响。任何刀具在切削过程中，都不可避免要产生磨损，并由此引起工件尺寸和形状地改变。正确地选用刀具材料和选用新型耐磨的刀具材料，合理地选用刀具几何参数和切削用量，正确地采用冷却液等，均能最大限度地减少刀具的尺寸磨损。必要时还可采用补偿装置对刀具尺寸磨损进行自动补偿。随着制造技术的提高，有许多性能出色、形状复杂、体积超常的刀具出现，为数控加工的顺利进行提供了保证。在精加工时，特别要注意切削用量的选择，可以有效地提高加工质量。质量检验和实验的方法是保证产品质量的重要手段，采用合理的检测工具、仪器、技术，得出准确、可靠的数值，保证数控机床加工的质量。
编程分手工编程和计算机自动编程两种。数控编程首先要正确定义加工坐标系，选择好对刀点。选择的编程原点应方便编程、便于测量检查、便于操作，同时考虑引起的加工误差较小。按照数控工艺方案在计算机上编制刀具轨迹。然后通过计算机仿真模拟或试切削样件来验证程序的正确性、可行性。最后优化程序，其中直线代替圆弧的拟合逼近、插补点数影响到了加工件的精度。按照已有的模型设置合理的参数是重要的环节。对于公差的处理存在着一定的技巧。后置处理、程序修定等都起着关键的作用。 1.4 现场管理因素
质量管理是企业经营管理的永恒主题。数控加工的质量控制作为现场管理的一部分，按照ISO9000质量保证体系的要求，对各种影响制造质量的因素实施控制， 以确保生产出符合设计意图和规范质量并满足用户或消费者要求的产品。实型过程质量控制，严格贯彻设计意图和执行技术标准， 使产品达到质量标准； 实施制造过程中各个环节的质量保证， 以确保工序质量保证， 以确保工序质量水平； 建立能够稳定地生产符合质量水平要求的产品的生产制造系统。现场管理包括重要工序的质控点的建立。特别对大型工件、成组加工更要重点全程监控，密切掌握整个过程的所有环节。数控加工质量受环境、加工场所的条件、温度、材料等环节因素的影响。质量检验是数控机床加工中保证质量必不可少的重要环节，特别是首件检验有其重要性。
1.5 操作者素质因素
与普通机床加工依靠操作者的经验、能力相比，作为按照既定程序自动进行加工的数控机床对操作者素质的要求不尽相同。数控加工程式化、自动加工的特点不是忽略了操作者的素质，而是对操作者的要求更高。操作者不应仅仅懂编程、会操作，具备机械制图、公差、加工工艺、刀具等必不可少的知识，还要求具备利用软件建模、生成数控代码和仿真加工等技术，这样能更好地解决比较复杂的零件的加工。要有一丝不苟、精益求精、注重合作的精神，来保证数控机床加工的质量。
1.6 效益因素
为保证数控机床正常运行、保质保量地完成生产任务、创造更多的工业附加值，从购入数控加工设备、数控应用软件、设备配套的工装、夹具、刀具到操作人员培训、、设备维修、维护等方面都需耗费大量经费，这就需要进行成本分析、核算，实现利益的最大化。比如对于高速数控加工机床的使用，其设备价格高、生产效率高、加工时间短、加工成本低、零件加工质量高。可见，质量和效益之间的关系是紧密联系在一起的。
2 结 语
从以上分析看出，数控机床加工质量影响因素来自多个方面，数控机床加工相关人员应对以上因素密切关注，对影响产品加工质量的因素采用合理的措施，将其不利的影响降低到最小。通过技术、工艺创新等手段全面提高数控机床的加工质量，获取更大的效益。实现数控机床加工的艺术美，追求一种人机和谐、高效实用、品质优良的现代加工环境是我们努力的方向。
参考文献：
[1] 葛付存.模具数控加工质量的因素分析[J].人工智能与识别技术，2010，（1）：42-43.
[2] 王春秀.机械产品质量控制与管理[J].技术经济与管理研究，2003，（6）：106.
作者简介：陈勇（1970-），男，山东德州人，大学本科，工程师，研究方向：模具、加工技术。