李鏡懸，邱述龍，覃事鵬

（中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412002）

在計算機技術(shù)的應(yīng)用下，機電行業(yè)的制造技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，相關(guān)企業(yè)逐漸完成新舊技術(shù)的更替，其中也包括改良數(shù)控設(shè)備。世界上多個領(lǐng)域的研究成果被綜合應(yīng)用在精密機械的設(shè)計中，從而可以自動準確地掌握各類網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高效應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的成熟發(fā)展，數(shù)控車床的加工工藝已經(jīng)完成了傳統(tǒng)向現(xiàn)代的轉(zhuǎn)換，在計算機編程的應(yīng)用下極大地提升了金屬企業(yè)的經(jīng)濟效益。在全球經(jīng)濟化的影響下，加工工藝的水平可以全面展現(xiàn)各個國家的經(jīng)濟狀況和發(fā)展狀態(tài)，其中數(shù)控編程在金屬機械加工中的廣泛應(yīng)用能夠提高車床加工精度和加工質(zhì)量，保證在滿足質(zhì)量要求下縮短零件的生產(chǎn)周期，增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。如何提高零件加工精度是現(xiàn)代企業(yè)增強競爭力的重要發(fā)展方向，在提高工作效率上具有重要意義，本文在此基礎(chǔ)上研究影響數(shù)控車床加工精度的因素，并提出相應(yīng)的解決辦法為企業(yè)的經(jīng)濟效益提升提供思路。

1 數(shù)控車床加工精度的影響因素

數(shù)控車床是在刀具和相關(guān)構(gòu)件組合完成后通過編程語言完成加工的裝置，在其工作前需要對驅(qū)動系統(tǒng)和部分裝置進行設(shè)定。其自身機械力和驅(qū)動性，可能會在一定程度上影響其加工精度，包括主軸轉(zhuǎn)速和給進量以及刀具選擇和切屑次數(shù)等[1]。主軸轉(zhuǎn)速越高產(chǎn)生的給進量越多，在重復(fù)使用的刀具中會造成表面切削的縫隙，成品工件的粗糙度范圍會在正交轉(zhuǎn)換中無法精準打磨，以上三方面因素作用下造成了數(shù)控車床加工精度的改變。

2 數(shù)控車床加工精度提高方法

2.1 設(shè)定模糊評價集合

根據(jù)影響數(shù)控車床加工精度的因素分類，以最有利于工件表面的質(zhì)量完成指標作為精度提高的準則，對以上因素按照重要程度進行排序，基于模糊法構(gòu)建多個評價集合。模糊評價法是綜合模糊數(shù)學(xué)對原有隸屬原理的定性指標變?yōu)槎恐笜说脑u價過程，對受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞鞒鲆粋€總體的評價。將每個控制因素的作用程度作清晰劃分，引入權(quán)重因子對加工參數(shù)進行模糊分析并按照組合權(quán)重依次分配，將不確定的數(shù)控元件實際信息進行存儲和傳遞，根據(jù)不同指標的評價因素和關(guān)系內(nèi)在聯(lián)系，分別確定兩者的表達方式。按照工藝歷史完成的粗糙度數(shù)值和切削參數(shù)，對相關(guān)數(shù)據(jù)繪制曲線變化統(tǒng)計圖，對轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)的權(quán)重比值分別以不同參數(shù)集合表示。

2.2 建立金屬材料切削隸屬函數(shù)

利用歸一法將評價集合中的多個參數(shù)進行排列組合，建立金屬材料切削與主軸之間的隸屬關(guān)系函數(shù)，按照每個參數(shù)子集中的數(shù)值依次對設(shè)備的性能加以標注。在設(shè)備運行過程中涉及到的評價參數(shù)以由近到遠的原則完成組合，每個參數(shù)到子集中心的距離不能超過工件表面的軸長半徑[2]。按照同時存在的均數(shù)差別，對首個轉(zhuǎn)換的參數(shù)逐個剔除，對列組合的重復(fù)分析后可以在第二階段產(chǎn)生主效應(yīng)，進一步完成對表面粗糙度不同切削函數(shù)的確定，并將其所得函數(shù)值以組合排列的方式重新歸置，反復(fù)重新十次以上直到組合完成的函數(shù)關(guān)系滿足評價集合的設(shè)定范圍。通過完成隸屬函數(shù)的范圍設(shè)定后，可以在較大值的沉積作用下，進行工件的組合加工以防止過大切削量對峰谷深度的影響。

2.3 控制峰谷切削誤差

工件的峰谷誤差會在不同直徑大小的圓柱表面形成粗糙點，并嚴重影響運行狀態(tài)下的主軸轉(zhuǎn)速和給進次數(shù)，使完成加工的工件無法達到標準精度。對需要提高主軸轉(zhuǎn)速的部位重新選取切削次數(shù)和工具，在加工工藝的設(shè)定上及時控制不同組件部位的溫度，使用不造成金屬表面磨損的刀具，綜合考慮其使用壽命，并按照主軸的轉(zhuǎn)速逐漸對推進量進行加大[3]。

3 實驗結(jié)果分析

3.1 實驗準備

為驗證本文設(shè)計的精度提高方法具有實際應(yīng)用效果，采用多輪實驗測試的方法進行驗證，實驗分為正常加工和應(yīng)用優(yōu)化方法后兩個步驟。

在選取某國產(chǎn)控制系統(tǒng)生產(chǎn)的三組數(shù)控車床后，只對外圓柱表面進行加工實驗，按照設(shè)定好的G61格式進行編程，保證進給量和切削次數(shù)不變的前提下，完成的金屬零件表面粗糙度如下圖1所示。

圖1 每組車床加工表面粗糙度

根據(jù)圖中內(nèi)容可知隨著主軸轉(zhuǎn)速的不斷增加，三組車床完成加工的粗糙度呈現(xiàn)上升趨勢，在轉(zhuǎn)速為420～600r/min之間其粗糙度滿足生產(chǎn)標準0.02mm，其余狀態(tài)下的粗糙度指標過大影響加工精度。

3.2 優(yōu)化過程

在分析車床的加工給進標準后，重新擬定金屬零件加工路線和切削用量，對零件所在的工件坐標系中保持其與刀具的垂直角度，按照擬定格式進行程序的校驗和試切：

（1）內(nèi)外直徑切削模式：在以終點的絕對編程下，增量切削的循環(huán)有限距離，使起點與終點的半徑差值可以和刀具的運動軌跡相吻合。

（2）端面切削循環(huán)模式：切削終點到起始的有向距離循環(huán)完成后，可以對頂端的接口進行平行移動，促使主軸在轉(zhuǎn)角過程內(nèi)和對接頭保持絕對距離的無縫連接。

3.3 結(jié)果分析

為進一步驗證本文方法能夠有效提高金屬零件加工精度，選擇MATLAB仿真測試平臺對選定的車床進行多輪模擬加工測試。將車床生產(chǎn)加工程序?qū)肫脚_中，設(shè)置基礎(chǔ)轉(zhuǎn)速為350r/min，每輪測試會增加40r/min轉(zhuǎn)速，在不同的主軸轉(zhuǎn)速下測定的零件表面粗糙度，具體結(jié)果如下表1所示。

表1 不同主軸轉(zhuǎn)速下的金屬零件表明粗糙度（mm）

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知在文本方法下，在主軸轉(zhuǎn)速增長的情況下，三組車床加工后的零件表面粗糙度分別為0.014mm、0.014mm和0.013mm，均不受其影響。綜合結(jié)果來看，本文方法能夠有效控制主軸轉(zhuǎn)速對車床加工零件的粗糙度的影響，從而有效提高加工零件精度。

4 結(jié)語

本文在分析對數(shù)控車床加工精度影響因素中，提出了提高加工精度的創(chuàng)新方法，在模糊集合和隸屬函數(shù)的雙重作用下，控制了刀具在切削工藝中的誤差高度，有效解決加工金屬零件表面粗糙度等問題。

實驗結(jié)果表明本文設(shè)計的方法能夠在不同的主軸轉(zhuǎn)速下，控制加工零件表面的粗糙度，三組零件表面的測試結(jié)果均符合0.02mm標準。但本文在研究過程中針對影響精度的因素只選擇了一個方面進行優(yōu)化，得到的實際精度會存在一定偏差。后續(xù)設(shè)計過程中會全面總結(jié)所有的影響因素，對主軸轉(zhuǎn)速和刀具選擇以及切削角度方面綜合考慮，設(shè)計出更加科學(xué)的精度控制方法。