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       摘要：在數(shù)控車(chē)床切削加工中，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性是影響零件加工質(zhì)量的一個(gè)重要因素，也是評(píng)價(jià)數(shù)控車(chē)床性能的一個(gè)重要指標(biāo)，提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，是進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)之一。闡述了數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的概念和作用，分析了影響數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的因素，并且提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。

       關(guān)鍵詞：數(shù)控車(chē)床；切削；平穩(wěn)性

       近年來(lái)數(shù)控車(chē)床在我國(guó)得到了快速發(fā)展和普及，數(shù)控車(chē)床較普通車(chē)床在加工效率、加工精度等方面都有了很大的提高，并且保證了零件加工質(zhì)量的一致性。數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性是進(jìn)給系統(tǒng)中影響加工質(zhì)量的一個(gè)重要因素，而進(jìn)給系統(tǒng)作為數(shù)控車(chē)床中的核心組成部分，數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性也就會(huì)影響整體的零件加工質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)影響數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性因素的分析，旨在提出提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的措施。

      1 、數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性概述

      數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性主要是指數(shù)控車(chē)床在加工零件的進(jìn)給過(guò)程中所表現(xiàn)出的整體平穩(wěn)性能，如合理控制進(jìn)給量、切削均勻等等。數(shù)控車(chē)床的核心組成部分是進(jìn)給系統(tǒng)，也是有別于普通車(chē)床的重要特點(diǎn)，通過(guò)數(shù)控程序替代了操作人員控制車(chē)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而也避免了操作人員在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中對(duì)于平穩(wěn)性的影響。但是并不意味著數(shù)控車(chē)床在切削運(yùn)
動(dòng)平穩(wěn)性方面完全滿足了需求，事實(shí)上，由于螺距等影響因素，依然使得數(shù)控車(chē)床在切削運(yùn)動(dòng)中存在著一定的平穩(wěn)性問(wèn)題[1]。首先，從切削力來(lái)看，數(shù)控車(chē)床的刀架處于X 軸，X 軸的切削力影響著進(jìn)給量，同時(shí)主軸的旋轉(zhuǎn)速度和Z 軸的進(jìn)給速度也會(huì)影響著進(jìn)給量。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)主要控制的進(jìn)給量為X 軸和Z 軸，在這兩個(gè)方向上的切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性主要是由進(jìn)給系統(tǒng)本身的合理性影響的。而在主軸箱方面，數(shù)控車(chē)床同普通車(chē)床一樣，其切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性也來(lái)自于主軸箱的影響。在操作人員方面，雖然數(shù)控車(chē)床有數(shù)控程序控制的自動(dòng)化進(jìn)給系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的人工操作，在一定程度上使得進(jìn)給量更加均勻，提高了切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。但是操作人員在編程和操作方面也會(huì)對(duì)切削平穩(wěn)性產(chǎn)生一定的影響，如程序的合理性、零件的裝夾、對(duì)刀準(zhǔn)確性等等。

       2、 數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響因素

       2.1 主軸箱平穩(wěn)性
 

       在主軸箱平穩(wěn)性對(duì)于數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性影響因素方面，事實(shí)上數(shù)控車(chē)床的作用機(jī)理同普通車(chē)床并無(wú)二致。數(shù)控車(chē)床同普通車(chē)床一樣，依賴(lài)主軸的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行零件加工，主軸的轉(zhuǎn)速直接影響到進(jìn)給量，同時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性也就影響到了切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。實(shí)際加工生產(chǎn)中，切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性一般被視為進(jìn)給控制是否均勻，主軸箱運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性也就相應(yīng)的表現(xiàn)為主軸旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，這本身是數(shù)控車(chē)床的一個(gè)重要性能[2]。主軸箱平穩(wěn)性也反映出了數(shù)控車(chē)床在制造過(guò)程中的精度，例如主軸箱中的主軸和相關(guān)配件如果制造精度不佳，存在較大的配合間隙，那么就會(huì)影響到主軸箱的平穩(wěn)性。同時(shí)，電機(jī)扭矩也是影響主軸平穩(wěn)性的一個(gè)重要因素，主動(dòng)電機(jī)在帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，電機(jī)扭矩會(huì)影響到切削運(yùn)動(dòng)中的進(jìn)給量，并且也會(huì)影響到切削力。由此可見(jiàn)，主軸箱平穩(wěn)性的影響因素主要在于兩方面，分別是主軸箱的制造精度和相關(guān)零部件的質(zhì)量，另一方面則在于電機(jī)扭矩的選擇，在這一方面，我國(guó)也有著相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

       2.2 進(jìn)給系統(tǒng)

       進(jìn)給系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的重要特點(diǎn)之一，也是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心組成部分，在切削運(yùn)動(dòng)中直接控制進(jìn)給量。數(shù)控車(chē)床的進(jìn)給系統(tǒng)所控制的進(jìn)給方向?yàn)閮蓚€(gè)，分別是X 軸和Z 軸，為了保證切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，一般要求進(jìn)給系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)均勻進(jìn)給，并且在高速進(jìn)給系統(tǒng)和低速進(jìn)給系統(tǒng)方面也有著相應(yīng)的不同。進(jìn)給系統(tǒng)中對(duì)于切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的影響因素有很多，如傳動(dòng)副的摩擦力、傳統(tǒng)系統(tǒng)剛度、傳動(dòng)比、傳動(dòng)間隙等等。在進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，需要對(duì)于影響切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的這些因素進(jìn)行相應(yīng)的控制。但是其中的一些影響因素是無(wú)法完全消除的，比如傳動(dòng)副摩擦力、傳動(dòng)間隙等等。傳動(dòng)間隙是進(jìn)給系統(tǒng)中必然存在的，傳動(dòng)間隙不但影響著切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，還會(huì)影響到數(shù)控車(chē)床的使用壽命。因而傳動(dòng)間隙的控制并不是越小越好，而是應(yīng)當(dāng)控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，從提高切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的角度來(lái)說(shuō)，便是在保證數(shù)控車(chē)床進(jìn)給系統(tǒng)正常運(yùn)行和正常壽命的情況下，最大程度的降低傳動(dòng)間隙。

       2.3 編程操作

       編程操作主要是數(shù)控車(chē)床實(shí)際加工操作中，操作人員對(duì)于切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的一種影響因素。數(shù)控車(chē)床通過(guò)應(yīng)用自動(dòng)化、智能化的數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)，在進(jìn)給量控制方面已經(jīng)最大程度的消除了操作人員影響因素，車(chē)削過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性已經(jīng)不再過(guò)于依賴(lài)操作人員的技能熟練程度和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，并且也提高了車(chē)削精度。但是同樣應(yīng)當(dāng)看到，數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)的應(yīng)用并不意味著完全消除了操作人員影響因素，雖然在車(chē)削過(guò)程中降低了人員影響，但是在車(chē)削開(kāi)始前的一些環(huán)節(jié)中，操作人員仍是非常重要的一個(gè)影響因素。主要表現(xiàn)在操作人員所進(jìn)的編程操作合理性，例如所設(shè)計(jì)的程序是否合理，進(jìn)刀路徑、進(jìn)刀量、退刀路徑、換刀等等，都會(huì)影響到切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性[3]。特別是在一些較為復(fù)雜的零件加工中，編程是否合理、準(zhǔn)確，在進(jìn)給量和加工效率的平衡方面，會(huì)對(duì)切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性產(chǎn)生更為顯著的影響。在此之外，操作人員的零件裝夾、對(duì)刀等輔助性措施，同樣會(huì)對(duì)車(chē)削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性產(chǎn)生一定的影響。

      3、 提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的措施

      3.1 提高主軸箱平穩(wěn)性

      首先，在提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性方面，應(yīng)當(dāng)提高主軸箱平穩(wěn)性，我國(guó)部分?jǐn)?shù)控車(chē)床由于制造精度不高，主軸箱平穩(wěn)性較差，主軸和相關(guān)零部件的制造精度較低，配合間隙較大，嚴(yán)重影響了數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。因而提高主軸箱平穩(wěn)性，應(yīng)當(dāng)在數(shù)控車(chē)床的制造過(guò)程中，制定更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，提高主軸和相關(guān)零部件的制造精度，降低配合間隙。在材料選擇方面也應(yīng)當(dāng)更加合理，增強(qiáng)主軸箱的耐磨性，降低數(shù)控車(chē)床使用過(guò)程中所產(chǎn)生的損耗。同時(shí)，在數(shù)控車(chē)床的使用過(guò)程中，也應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)的維護(hù)保養(yǎng)工作，特別是在主軸箱方面的維護(hù)保養(yǎng)。定期對(duì)主軸箱進(jìn)行檢修，如果發(fā)現(xiàn)主軸箱存在配合間隙和旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)的情況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行維修或者更換，防止由于主軸箱不穩(wěn)定造成零件加工故障。在主動(dòng)電機(jī)選擇方面，對(duì)于扭矩的選擇應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一般而言，為了提高切削運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，應(yīng)當(dāng)對(duì)于電機(jī)扭矩進(jìn)行嚴(yán)格的控制，選擇合理扭矩范圍內(nèi)的電機(jī)，特別是電機(jī)扭矩與X 軸的配合方面。

      3.2 優(yōu)化進(jìn)給系統(tǒng)
 

      在優(yōu)化進(jìn)給系統(tǒng)中，可以主要從以下幾個(gè)方面入手。選擇摩擦力較低的傳動(dòng)副，雖然傳動(dòng)副摩擦無(wú)法完全消除，但是應(yīng)當(dāng)盡量控制傳動(dòng)副摩擦，防止在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)由傳動(dòng)副摩擦造成的加工精度影響問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度，可以縮短傳動(dòng)鏈，在車(chē)削過(guò)程中，有助于實(shí)現(xiàn)更加精確、均勻的進(jìn)給。在合理的范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡力消除傳動(dòng)間隙，傳動(dòng)間隙會(huì)對(duì)切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性產(chǎn)生較大的影響，消除傳動(dòng)間隙也需要采用更加精密的零部件。進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源于伺服電機(jī)，選擇合理的伺服電機(jī)也是優(yōu)化進(jìn)給系統(tǒng)的一個(gè)重要方面，伺服電機(jī)的功率、傳動(dòng)速度等都會(huì)對(duì)切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性產(chǎn)生一定的影響。在滾珠絲杠副的選擇方面，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高其承載能力，提高滾道硬度和耐磨性，并且要消除雜物對(duì)于滾道和絲杠副的影響。

     3.3 提高操作人員編程能力

     提高操作人員編程能力也是提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的一個(gè)重要方面，提高操作人員編程能力并不僅僅是掌握基本的編程知識(shí)和操作能力，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)對(duì)于數(shù)控車(chē)床的編程原理有著更深入的了解。數(shù)控車(chē)床的編程系統(tǒng)所控制的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為X 軸和Z 軸，另一個(gè)控制因素為轉(zhuǎn)速，這三個(gè)要素共同影響著進(jìn)給量。針對(duì)不同的零件，在編程中對(duì)于
工序的設(shè)計(jì)可能并不一致，外圓切削、內(nèi)圓切削、外面切削、倒角、打眼等各個(gè)工序環(huán)節(jié)的安排設(shè)計(jì)雖然有著一般性的規(guī)律，但是在實(shí)際編程操作中需要針對(duì)具體的零件加工情況進(jìn)行改變。因而提高操作人員的編程能力，也就應(yīng)當(dāng)注重培養(yǎng)操作人員獨(dú)立的工序設(shè)計(jì)能力，能夠針對(duì)零件的加工要求，設(shè)計(jì)合理的加工工序，并且進(jìn)行編程。在進(jìn)給量控制方面，一方面應(yīng)當(dāng)保證切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，保證零件加工質(zhì)量，另一方面也需要提高加工效率。需要編程操作人員在工序設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)、進(jìn)給量設(shè)計(jì)與加工效率方面尋找較好的平衡。
 

      4 、結(jié)束語(yǔ)

     數(shù)控車(chē)床目前在我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)控車(chē)床在加工效率、加工精度等方面都有了很大的提高。數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)中的平穩(wěn)性同普通車(chē)床相比，既有相同點(diǎn)也有不同點(diǎn)，整體而言，其切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的主要影響因素有主軸箱平穩(wěn)性、進(jìn)給系統(tǒng)，以及操作人員的編程操作。為了提高生產(chǎn)效率和零件加工精度和加工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)提高
主軸箱平穩(wěn)性，優(yōu)化進(jìn)給系統(tǒng)并且提高操作人員的編程能力，以此提高數(shù)控車(chē)床切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。