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試述數控機床切削控（kòng）製能力對機械加工精確度的影響

2021-1-20 來源：天津工業職業學院作者：李焱

摘要（yào）：機械加工精確度是數控機床自動化研（yán）究領域的（de）熱點議題之一（yī），探究如何提升（shēng）零件（jiàn）加工穩定性等問題（tí），成為提升加工效率的關（guān）鍵點。基於（yú）此，通過進一步研究數控機床切削控製能力對機（jī）械加工精確度（dù）的影（yǐng）響，對解決普（pǔ）通零件無法完成的深加工（gōng）問題，降低成本（běn）支出、減少工人勞動強（qiáng）度、提高機械生產效率和（hé）經濟效益，具有重要（yào）的影響。本文基於數控機床切削控（kòng）製能力對（duì）機械加工精確度的影響中，通過對機械加工質量、機械加（jiā）工經濟效益、工（gōng）藝係統（tǒng）受力變形等內容（róng）進行分析；探尋了提高數控（kòng）機床切削控（kòng）製能（néng）力的措施，即振動控製、速（sù）度控製、加強機床維護與管理等具體舉措（cuò），以此為數控機械（xiè）加工精確（què）度影響（xiǎng）提供有效的借鑒。

關鍵詞：數控機床（chuáng）；切削控製能力；機械加工；精確度；影響

數（shù）控機床的自動化加工中，對零件具（jù）有較好的穩定性，且能完成（chéng）普通機床無法（fǎ）完成的複雜零件；機械加工精確度的影響，對數控機床成本控製、勞動強度降低、工作效率提升等具有重（chóng）要（yào）的意義（yì）。對於機械加工企業而言，數（shù）控係統中切削控製能力作為數控機床的核心構件，其可靠性以及工作性能是直接影響數控機床的工作效率的主因。現（xiàn）就（jiù）數控機床切削控製能力對機械加工精確度的影響進行分析，並就數控機床切削控製能力的措施論述如下。

1 、數控機床切削控製能力對機械（xiè）加工精確度的影（yǐng）響

有機整合數控機床的硬件係統與軟件係統，是進一步提升數控機（jī）床機（jī）械加工（gōng）工作最行之有效的方法之一。常規來（lái）講，數控（kòng）機（jī）床切（qiē）削控製能力直（zhí）接決定了機械加工的質量、機械加工經濟效益、工藝係統受力（lì）變形（xíng）改善等內容（róng）。從細致化環（huán）節出發，產品機械加工精度（dù）對社會的發展（zhǎn）產生了積極（jí）的影響，但（dàn）同時，也使得產品質量評價中，相關機床（chuáng）控製能力中機床（chuáng）切削控製能力對產品形成了決（jué）定性效應。

1.1 對機械加工質量的影（yǐng）響

數控（kòng）機床切削控製對機械加工精度的影響表現在直接決定機械加工的質量上。在當前市場經濟充分發展的時（shí）代，產品質量實際上就是企業的生命線。以機（jī）械加工為例，通過開展對數控機床切削控製，在滿足市場需求前提下，將機械加工產品形態、性能、階段性改觀作為（wéi）必要控製方案長久堅持。為進一步提升機械（xiè）加工精度，在機械加工質量控製中消除機械產品生產負麵效應。因此，在一定程度上機械（xiè）加工技（jì）術的精確程度 , 就要依（yī）靠（kào）數控（kòng）機床的切削控製（zhì）能力來實現。

機械切削控製在加工環節，本身（shēn）對其製作工藝質量的要求極（jí）高，影響力也較（jiào）為明顯；其加工精度對零件機械加工的效率、毛坯（pī）工藝質量（liàng）有著直接的影響。以 CNC 零部件加工為（wéi）例，從試製到批量試生產，以修改采用的 ASTM B 179-06《用於各種鑄造工藝鑄件的（de）鋁合金錠及熔融態鋁合金標（biāo）準規範》標準，極（jí）大地（dì）提升了工藝生產效率，提高了機械加工經濟效益。

1.2 對機械加工經濟效益的影響

隨（suí）著現代社會的進步，消（xiāo）費（fèi）者本身主導了市場體製和運行模式。機械切削控製對（duì）機械加工經濟效益產生（shēng）了（le）極大的影響。常（cháng）規來講，數控機（jī）床切削控製，以多（duō）元控製方法和手段，配合機械加（jiā）工精度的確認，在極大程度上提升了機械產（chǎn）品的性能，並在機械產品主客觀需求的前提下，以細節處理和高標準（zhǔn）要求，消除機械產品常見不足及隱患。

1.3 工（gōng）藝（yì）係統受力變形影響

機械加工操作的（de）中，工藝係統（tǒng）受力變形影響和數控機床（chuáng）的實施關聯度甚廣。數控（kòng）機床執行長期的操作後，受自身刀具使用（yòng）時間延長，機床本身受到的不良影（yǐng）響隨之遞增。基（jī）於（yú）此，受（shòu）力（lì）荷（hé）載表現（xiàn）為持續增大、最終對機械加工（gōng）精確度產生了很大的威脅（xié）。因（yīn）此，在數控機床切削控製中，為解決工藝係（xì）統受力（lì）變形的問題，采取多元化的措施避免對數（shù）控機床進行重新采購（gòu）。

具體解決對策：滿足數控機床、刀具等（děng）設（shè）備自身剛度要求，有效（xiào）界定（dìng）變形量，避免過多幹預；除此之外，在數控機床及刀具操作中，在剛度表現小而導致（zhì）的（de）工件變形、夾具用力方向錯誤（wù）、施力（lì）點偏差等對工件本身造成（chéng）的不利作（zuò）用。在規範性操作（zuò）中（zhōng），需通（tōng）過合理運用切削控製更好地保證數控機床（chuáng）操作的科學性。

2、數控（kòng）機床（chuáng）切削加工過程的模型參考（kǎo）自適應控製

基於（yú）數控機床切削加工過程的模型參考自（zì）適（shì）應控製（zhì）用以提升機械加工精確度，並在機床切削加工過程中實（shí）際建模，且（qiě）更好地滿（mǎn）足了機床變化切削條件，及時修正（zhèng）了切削用量，進一步提升了（le）切（qiē）削性能。究其原（yuán）因，受切削加工動態變化影響，各係統組件如機床、刀具、工件組成在係統上的表現不一，為確保切削過程處於最佳狀態，需綜（zōng）合考量毛坯加工餘量、材料硬度、刀具磨損度、刀刃積屑瘤及其腐蝕性（xìng），機（jī）床生產中的受力變形、切（qiē）削振動和熱（rè）變形等諸多問題（tí），進而隨之依據（jù）相關變化對（duì）切削進行合理控（kòng）製。具體，循（xún）證（zhèng）自適應控（kòng）製（MRAC，構築數控機床切削加工過程 MRAC 模型，並進行動（dòng）力學過程仿真。結果表明，MRAC 的機床切削加工（gōng）性能指標最好。

2.1 係統組（zǔ）成及其工作原理

數控機床（chuáng） MRAC 係統包（bāo）括以其伺服係統、編入裝置、程序編製、輔助控製裝置、反饋係（xì）統及其機床主體等幾部（bù）分內容。即在切削（xuē）過程（chéng）控製中，以機床、刀具、工件係統所完成的切削過程來進行有序調（diào）節。

其主要（yào）工作原（yuán）理：具（jù）備一（yī）般數控機床（chuáng）的位置和（hé）速度控製回路、增設 MRAC 反饋回路。運行環節受各（gè）種幹擾隨機因素影（yǐng）響，導（dǎo）致切削過程狀態參數發生極大的變化；MRAC 控製單元通過自適應控（kòng）製效能，在給定評價（jià）結果、評價指標或約（yuē）束條件（jiàn）判別比較（jiào）中，對 CNC 輸出和輸入（rù）參（cān）數進行控製和修正，通過切削（xuē）控製實現最佳控製狀態。

修正方案中，針對機床、刀具、工件組成的（de）係統上進行切削加（jiā）工，作為一個動態過程，受工件毛坯裕量不勻、材料硬度（dù）不一、刀具磨損、刀刃積（jī）屑瘤、受力變形、切削振動和熱變形等（děng）諸多因素和參數影響（xiǎng），對切削過（guò）程狀態、切削過程（chéng）生產效率、加工質量（liàng）、經濟效益、切削過（guò）程正常進行與否等（děng）相關。基於此，基於係統工作（zuò）原理的控製措施（shī）和方法，對解決上（shàng）述問題，符合切削（xuē）加（jiā）工過程中（zhōng）采用該方法能根據隨時變化的實際切削條件及時修正（zhèng）切（qiē）削用量的效果。依據模型參考自適（shì）應控製（MRAC）思想，建立數控（kòng）機床切削加工過程 MRAC模型，然（rán）後，對模型實施動（dòng）力學過程仿真、加工過程反饋閉環控製、開環控製仿真，結果表明，MRAC 的機床切削加工性能指（zhǐ）標最好（hǎo）。

2.2 建立機床切削（xuē）加工 MRAC 模型

機床切削（xuē）加（jiā）工由輸入指令開始，位置速度反饋包括主機（jī）CNC、驅動電動機、數控機床、切幾部分，自適應最終完成切削全過程動態等環節控製（zhì）。其中，主程序設計（jì）內含初始（shǐ）化程（chéng）序和循環（huán）等待 2 部分。係統上電或複位後主程序自動運行，將係統初始化以便各模塊正常工作，電流 PI 調節、轉速（sù）自適應控製調節參數初始化、其他程序全局變量初（chū）始化，開中斷並等待。設計（jì） PWM 中斷處理程序，根據相應載荷變（biàn）化調製晶體管柵極或基極偏置，實現開關穩壓電源（yuán）輸出晶體管或晶體管導通時間改變（biàn）；采用定時（shí）器周期中斷標誌啟動 A/D 轉換，當 T1 下溢時啟動 A/D 轉換（huàn），所（suǒ）檢（jiǎn）測的電流經處理（lǐ）後接模 /數轉換器的 ADCIN00 引腳，當轉換完成後，中斷標誌（zhì）位都（dōu）被設置為 1, 則在 A/D 中斷服務程序（xù）中將轉換結果讀出，完成 1次（cì） A/D 采樣。轉換結束後申請（qǐng） PWM 中斷，PWM 中斷完成主要的（de）控製功能。設計速度自適應程序，以離散自適應算法為基礎，直接用於（yú）程序設計。該模型（xíng）參考自適應分為（wéi）參（cān）考模型和被控對象兩部分，實現了模型控製效果。

2.3 切削加工精度相關算法

應用多目標切削數據生成算法及切（qiē）割參（cān）數優化方法，數據庫的核心（xīn）算法包括切削力、動態（tài）切削振動等切削加（jiā）工狀態的計算，以（yǐ）及（jí）切削功率、主軸扭矩（jǔ）等負（fù）載（zǎi）狀況，加工精度、表麵粗（cū）糙度（dù）等加工質量，加（jiā）工（gōng）時間、材料（liào）去除率等加（jiā）工效率信息，刀具磨（mó）損、生（shēng）產成本等效益評估的計算。根據計算結果優化切削參數，以便提高機床的利（lì）用率和零件加工效（xiào）率。並將針對數控（kòng）車（chē）床（chuáng）和數控車削中心開（kāi）發的切削數據庫算法集成在國產 I5 智能數控係統平台上，方便機床用戶根據具體加工需要調用和選擇切削參數，並可（kě）在進行實（shí）際切（qiē）削前預判（pàn）設（shè）定參數可能產生的切削效果。相關算法的應用，通過延（yán）長加工係統及加工設備使用壽（shòu）命。車刀刀尖設計成圓弧狀，圓弧半徑控製（zhì）在 0.4 ～ 1.6mm，使得車刀質量更牢固。刀具角度控製上，對其（qí）切力大小、切削深度、刃口寬度進行精確切（qiē）割。

加工係統（tǒng）上，強化加工（gōng）係（xì）統剛性，合理設（shè）計機（jī）床截麵形狀、零件結構、工件尺寸，擴大機床表麵的相關接觸麵積，增載機（jī）床負荷以及（jí）表麵粗糙程度改善，確保切削工件精度符合加工要（yào）求。

2.4 預期效果（guǒ）及其可（kě）行性結果

本次為試述數控機床切削控（kòng）製能（néng）力（lì）對機械加工精確度的影響，探究了基於機床切削加工 MRAC 模型自適應控製係統，係統（tǒng）以（yǐ）其切（qiē）削力控製器、控製模型設計、切削狀態參數調整控製、分段控製等效能。在噪音控製、工件表麵質量均（jun1）勻性、切削係統共振等非線性係統幹擾問題解決上；作為自（zì）適應迭代算法模型切（qiē）削控製參數的優化升級版。通常采用三自由度（dù）直角坐標機（jī）器（qì）人（rén）切削實驗平台和六自由度關節機器人切削實（shí）驗（yàn）平台，自如驗證了本次控製方法的正確性，加工模型效果證實該切（qiē）削方案技術應用控製實（shí）驗成（chéng）效突出。

3、結語

當前，機械加工行業的基（jī）本追求實際上就是數控機床切（qiē）削控製（zhì）力的科學實現，尤其是在數字化技術控製和相關的技術軟件的支持下，機械加工的精確度也越來越高 , 對技術技能人員的專業技能與素質也就越來越高。綜上所述，數控機床切削（xuē）控製對機械加工精度中機械加工質量（liàng）、機械加工經濟效益、工藝係統受力變形等相關內容的影響（xiǎng），並為進一步提升機械加工精度，結合數控機床切削加工過程的模型參考自適應（yīng）控製係統的建立，為提升數控機床切削控（kòng）製和機械加工精度提供了可行性借鑒，值得在日常的加工生產中采用（yòng）。

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