鄧釗

摘 要：為進(jìn)一步贏得市場競爭力，制造業(yè)一直致力于機(jī)械加工技術(shù)的研發(fā)與改進(jìn)，從而有效降低成本，提高效率，加大效益。為此，機(jī)械制造業(yè)出現(xiàn)了由多種工具進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)，并取得了良好的效果。本文主要對(duì)多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：多種工具；聯(lián)動(dòng)控制；機(jī)械加工

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

數(shù)控機(jī)床自從應(yīng)用之后一直受到企業(yè)的青睞，而在經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢下，傳統(tǒng)的單一工位單一工具單一機(jī)床加工方式，已經(jīng)跟不上企業(yè)對(duì)生產(chǎn)效率的要求，為此，一方面是利用優(yōu)化刀具路徑、優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工藝、高速切削等方式提高加工效率，另一方面是依據(jù)工件的加工需求，組合多臺(tái)機(jī)床和多個(gè)生產(chǎn)線，組建多個(gè)工位、多種工具、多個(gè)工序同步進(jìn)行加工的加工模式。

1.機(jī)械加工技術(shù)的特點(diǎn)

機(jī)械加工技術(shù)的特點(diǎn)主要是工程性、綜合性和統(tǒng)一性。工程性表現(xiàn)在現(xiàn)代化的機(jī)械加工有效融合了多種技術(shù)，并且發(fā)揮技術(shù)特點(diǎn)更好地加工?，F(xiàn)代化機(jī)械加工綜合的技術(shù)有自動(dòng)化、管理技術(shù)、通信、計(jì)算機(jī)等，這幾項(xiàng)技術(shù)相互配合，提高了現(xiàn)代機(jī)械加工效率。綜合性的體現(xiàn)是：現(xiàn)代化機(jī)械加工是各個(gè)行業(yè)的競爭要點(diǎn)，制造過程對(duì)于企業(yè)發(fā)展的作用比較重要?，F(xiàn)代化機(jī)械加工對(duì)整個(gè)社會(huì)有綜合性，不僅帶動(dòng)多個(gè)行業(yè)發(fā)展，也促進(jìn)了社會(huì)進(jìn)步。對(duì)于現(xiàn)代化機(jī)械加工的技術(shù)發(fā)展而言，綜合性體現(xiàn)在了整個(gè)領(lǐng)域發(fā)展中，保障了人們生活的質(zhì)量和逐漸融進(jìn)企業(yè)和社會(huì)中。統(tǒng)一性的體現(xiàn)是：傳統(tǒng)加工技術(shù)在向現(xiàn)代化機(jī)械加工發(fā)展的過程中，吸取了多方面的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)代化機(jī)械加工業(yè)反映出多方面的問題，在加工技術(shù)發(fā)展中統(tǒng)一性越來越強(qiáng)，加工成本和時(shí)間明顯降低，加工質(zhì)量明顯提升，使加工行業(yè)整體上得到發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工技術(shù)的自動(dòng)化、科技化和現(xiàn)代化，推動(dòng)了加工行業(yè)的繁榮發(fā)展。

2.多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)介紹

2.1多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)內(nèi)涵

單一工位多種工具的聯(lián)動(dòng)控制加工技術(shù)指的是在單一工位上利用多種道具在同一時(shí)間加工工件的加工技術(shù)，對(duì)所加工的工件必須是回轉(zhuǎn)特征，同時(shí)其曲面應(yīng)該具有徑向?qū)ΨQ的分布特征。比如單一工位多種磨具進(jìn)行拋光加工技術(shù)，在工件曲面找出中心軸，利用3個(gè)不同的拋光磨輪沿著工件曲面中心軸分布在徑向?qū)ΨQ上。在進(jìn)行拋光加工時(shí)，每一個(gè)磨輪的位置和姿態(tài)都要沿著工件曲面中心軸呈現(xiàn)徑向?qū)ΨQ，同時(shí)要保證這3個(gè)拋光磨輪是在同一步調(diào)上，方便能夠在同一個(gè)工位上進(jìn)行拋光加工。

多個(gè)工位多種工具的聯(lián)動(dòng)控制加工技術(shù)指的是在一個(gè)工作臺(tái)上有多個(gè)工位分布，每一工位上利用一個(gè)工具加工工件，這些工具和工位的加工都是同步進(jìn)行。比如多個(gè)工位多種工具聯(lián)動(dòng)的拋光加工，在圓周鏡像的對(duì)稱位置上分布了3個(gè)工位、3個(gè)在上面工作的拋光輪。在正式進(jìn)行拋光加工時(shí)，3個(gè)工件之間的姿態(tài)會(huì)調(diào)整成統(tǒng)一狀態(tài)，拋光輪對(duì)工件在同一時(shí)間里進(jìn)行拋光加工。

2.2多種工具聯(lián)動(dòng)控制加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

單一工位多種工具聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)械拋光主要特點(diǎn)：生產(chǎn)比較靈活、道具容易規(guī)劃、效率得到大幅度提高等。單一工種多種工具的聯(lián)動(dòng)控制加工技術(shù)主要優(yōu)勢是：

（1）在加工曲面特征為徑向?qū)ΨQ，同時(shí)具有回轉(zhuǎn)特征的曲面工件上效率相對(duì)單一工位單一工具要高很多，使用多種工具進(jìn)行拋光，理論上是增加工具數(shù)量就能增加加工效率。

（2）由于工件和各個(gè)磨具特性一般是徑向?qū)ΨQ，所以在進(jìn)行拋光加工對(duì)刀具軌跡進(jìn)行規(guī)劃時(shí)需要依照單一的刀具模式。

（3）很容易組成一個(gè)生產(chǎn)線，在加工生產(chǎn)上比較靈活。

（4）依據(jù)工件需要拋光的表面形狀特征分片，工件一個(gè)分片拋光加工區(qū)域采用的是一種磨具。

多個(gè)工位多種工具聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)械拋光主要特點(diǎn)是：能夠大規(guī)模生產(chǎn)，比較容易控制，效率比較高。這種加工方式的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）一次就能加工出多個(gè)工件，大大提高加工效率。多個(gè)工位在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行拋光，增加了工位就能夠提高加工效率。

（2）加工過程比較容易控制，加工中使用的磨具和工件一般分布都比較對(duì)稱，將單個(gè)磨具刀具軌跡規(guī)劃好就能夠保證同步進(jìn)行多個(gè)工位和多種磨具的加工。

（3）一臺(tái)機(jī)床能夠在同一時(shí)間內(nèi)對(duì)多個(gè)工件進(jìn)行加工，操作相對(duì)而言簡單化，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

3.多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)應(yīng)用

3.1多種工具聯(lián)動(dòng)控制加工的關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1設(shè)計(jì)多工具、同步拋光的機(jī)床加工結(jié)構(gòu)

通常情況下，數(shù)控機(jī)床都是一次加工一個(gè)工件，如果增加了工位或工具，就會(huì)提高數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與控制的復(fù)雜性，為此需要合理設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求一方面要能保證工位和工具適當(dāng)增加以提高生產(chǎn)效率，另一方面要能降低制造成本，提高加工精確度。因?yàn)槎喾N工具聯(lián)動(dòng)控制加工需要在一個(gè)工位上有多種磨具同時(shí)工作，要有較高的對(duì)稱性，磨具工作的空間限制了對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要著重注意選擇機(jī)床結(jié)構(gòu)，布置各軸的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)。

3.1.2設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)多種工具達(dá)到同一姿態(tài)的補(bǔ)償器

加工質(zhì)量得到保證的一個(gè)關(guān)鍵因素就是多種工具在使用時(shí)的同步協(xié)調(diào)特性，要求各個(gè)工具在運(yùn)行時(shí)要同步。然而仍然會(huì)存在誤差，比如機(jī)床制造上的誤差、工件尺寸上出現(xiàn)誤差等。導(dǎo)致各個(gè)磨具達(dá)不到理論要求的同步狀態(tài)。因此，需要有相應(yīng)的補(bǔ)償器對(duì)其姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，確保各個(gè)磨具磨輪和工件之間有效接觸。

3.1.3設(shè)計(jì)對(duì)多個(gè)工位進(jìn)行同步調(diào)整的裝置

在加工曲面工件的過程中，曲面工件不會(huì)一直固定靜止在工位上，有時(shí)為了滿足加工需要，工件需要變化姿態(tài)，比如擺動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等。對(duì)工位姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整主要是調(diào)整工件高度與角度。在圓形的工作臺(tái)上要實(shí)現(xiàn)各個(gè)工位的同步加工，需要工件保持高對(duì)稱性、同步性與等高性，因此需要設(shè)計(jì)出能夠靈活精確調(diào)整工位的裝置。

3.2單一工位多種工具的鋁輪轂曲面拋光機(jī)床

在加工鋁合金式汽車輪轂中，拋光是一個(gè)比較重要的步驟，需要進(jìn)行拋光的表面材料要沒有出現(xiàn)過拋?zhàn)冃?、去除比較均勻、達(dá)到一定的表面粗糙度。因?yàn)楹芏嗥囕嗇炐枰庸さ谋砻娑加羞^大的粗糙度、復(fù)雜多樣的形狀，同時(shí)又有加工效率要求，所以拋光輪轂與電水壺時(shí)一般都采用人工。endprint

面對(duì)鋁合金式汽車輪轂的這種表面特性，利用單一工位多種工具聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)械拋光加工技術(shù)能夠使生產(chǎn)效率得到大幅度提高。多種工具拋光機(jī)床采用的立式結(jié)構(gòu)，有上下兩個(gè)部分。上半部分是多種工具的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，加工所使用的3組磨具圍繞著中心軸徑向分布，各個(gè)磨具可采用同一步態(tài)沿著徑向移動(dòng)，建立各個(gè)道具的三維坐標(biāo)，將坐標(biāo)固定到各個(gè)磨具架上面，各個(gè)磨具可按照同一姿態(tài)圍繞設(shè)定的橫坐標(biāo)擺動(dòng)和垂直坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而適應(yīng)變化的工件曲面。下半部分是單一工位的工作臺(tái)運(yùn)行架構(gòu)，在工作臺(tái)裝夾工件，機(jī)床的三維坐標(biāo)系中，工作臺(tái)可以沿著垂直坐標(biāo)上下，或圍繞垂直坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)。

單一工位多種工具機(jī)械拋光機(jī)床包含的結(jié)構(gòu)有：磨具徑向移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、磨具擺角步進(jìn)電機(jī)、中心升降盤、導(dǎo)桿、磨具架、三組拋光磨具、工件、工作臺(tái)和夾具、轉(zhuǎn)動(dòng)減速器、工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、工作臺(tái)升降步進(jìn)電機(jī)、升降減速器。這種拋光機(jī)床利用三組磨具進(jìn)行輪轂的拋光，在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，使用了拋光機(jī)的拋光效率高于手工拋光至少3倍。要注意在進(jìn)行拋光操作時(shí)，需要做好密封處理，以免被粉塵污染。

3.3多種工位多種工具的不銹鋼電水壺拋光機(jī)床

對(duì)不銹鋼電水壺進(jìn)行表面拋光是制作電水壺的最后程序，也是最為重要的一個(gè)工序，主要目的就是保證電水壺有精美的外觀。然而在對(duì)電水壺進(jìn)行拋光的過程中，有一些材料比較難以拋光，這些材料的形狀復(fù)雜化、多樣化，在拋光質(zhì)量與拋光效率的高要求下，如今市場中的很多拋光機(jī)床對(duì)電水壺的拋光都沒有達(dá)到企業(yè)要求。傳統(tǒng)的電水壺拋光都是利用手工方式，存在的問題無法保證拋光質(zhì)量，加工效率也比較低，對(duì)提高電水壺的質(zhì)量造成一定影響。企業(yè)要想大規(guī)模生產(chǎn)電水壺，就需要盡快采用自動(dòng)化、環(huán)保、高效的機(jī)械拋光技術(shù)。

多個(gè)工位多種工具電水壺的機(jī)械拋光技術(shù)機(jī)床是雙層的立式機(jī)構(gòu)，主要采用的加工技術(shù)就是多個(gè)工位多種工具聯(lián)動(dòng)控制的機(jī)械拋光方法，能夠在分布對(duì)稱的3個(gè)工位同步對(duì)電水壺進(jìn)行拋光操作。多個(gè)工位多種工具電水壺拋光機(jī)是四軸結(jié)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)對(duì)每一軸進(jìn)行分別驅(qū)動(dòng)。拋光機(jī)床的上半部分是磨具的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，各個(gè)磨具都同步在徑向上移動(dòng)。在加工和裝配的過程中，各個(gè)磨具在徑向移動(dòng)上的位移會(huì)出現(xiàn)誤差，為了補(bǔ)償這種誤差，在拋光機(jī)中設(shè)置了對(duì)磨具徑向位移進(jìn)行微調(diào)的結(jié)構(gòu)。拋光機(jī)的下半部分是工作臺(tái)，3個(gè)工位分布在工作臺(tái)上的呈現(xiàn)方式是圓周鏡像對(duì)稱，從而實(shí)現(xiàn)3個(gè)工位同步擺動(dòng)、自轉(zhuǎn)和升降。

多個(gè)工位多種工具的機(jī)械拋光機(jī)床包含的機(jī)構(gòu)有：驅(qū)動(dòng)磨具徑向移動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)磨具轉(zhuǎn)動(dòng)異步電機(jī)、磨具徑向位置微調(diào)裝置、磨具、工件、工件擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、工作臺(tái)、驅(qū)動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)工件擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)升降步進(jìn)電機(jī)。這種拋光機(jī)床的3個(gè)工位在同一時(shí)間進(jìn)行拋光加工，相比傳統(tǒng)的手工拋光提高了2～3倍的加工效率，同時(shí)也使工人制作電水壺的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，生產(chǎn)產(chǎn)品的成本也大幅度降低。3個(gè)工位和磨具都在徑向上呈現(xiàn)對(duì)稱分布，所以在進(jìn)行拋光時(shí)工作人員只需要對(duì)單個(gè)道具運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃即可，比較容易控制。設(shè)計(jì)的工作臺(tái)高度方便操作，裝夾工件的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是仿形設(shè)計(jì)，從而方便裝卸工件，操作也比較便捷。另外，為了在機(jī)械加工中對(duì)粉塵污染做好防治工作，機(jī)床上安裝了吸塵裝置，使工人工作環(huán)境得到有效改善。

結(jié)語

在機(jī)械制造業(yè)不斷發(fā)展的趨勢下，多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)開始得到普遍應(yīng)用，從而有效提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，在機(jī)械加工中應(yīng)用多種工具聯(lián)動(dòng)控制的加工技術(shù)也能有效降低生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染程度，減小對(duì)熟練工的依賴，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)用性和可行性較強(qiáng)。

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