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試述數控機床切削控製能力對（duì）機械加工精確度的影響（xiǎng）

2021-1-20 來源：天津工業職業學院作者：李焱

摘要：機械加工精確度是數控機床自動化研究領域的熱（rè）點議題之一，探究如何提升零件加工穩定性等問題，成為提升加（jiā）工效率的關（guān）鍵點。基於此，通過進一步研（yán）究數控機床切削（xuē）控製能力對機械加工精確度的影響，對解決普通零（líng）件無法（fǎ）完成的深加工問題，降低成本支出、減少工人勞動強度、提（tí）高機械生產效率和經濟效益，具有重要的影響（xiǎng）。本文基（jī）於數控機（jī）床切削控製能力對機械加工精確度的影響中，通過對機械加工質量（liàng）、機械加（jiā）工經濟（jì）效益、工藝係統受力變形等內容進行分析；探尋了提高數（shù）控機床切（qiē）削控製能力的措施，即振動控製、速度控製、加強機床維護與管理等具體舉措，以此為數控機械加（jiā）工精確度影響提供有效的借鑒。

關鍵詞：數控機床；切削控製能力；機械加工；精確度；影響

數控機床的自動化加工中，對（duì）零件具有（yǒu）較好的穩定性，且（qiě）能（néng）完成普通機（jī）床無（wú）法完成的複（fù）雜零件；機械加工（gōng）精確度的影響，對數控（kòng）機床成本（běn）控製、勞動強度降低、工作效率提升（shēng）等具有重要的意義。對於機械加工企（qǐ）業而言，數控係統中切削（xuē）控（kòng）製能力作為數（shù）控機床的（de）核（hé）心構件，其可（kě）靠性以及（jí）工作（zuò）性能是直接影響數控機床的工作效率的主因。現就數控機床切削控製能力對機械加工精確度的影響進行分（fèn）析，並就數控機床切削控製能（néng）力的措施（shī）論述如下。

1 、數控機床切削控製能力對機械加工精確度的（de）影響

有機整合數控機床的硬件（jiàn）係統與（yǔ）軟件係統（tǒng），是進（jìn）一步提升數控機床機械加工工作最行之有效的方法之一。常規來講，數控機床切（qiē）削控製能力直接決定了機械加（jiā）工的質量、機械加工經濟效益、工藝係統受力變形（xíng）改善等（děng）內容。從細（xì）致化環節出發，產品機械加工精（jīng）度對社會的發展產生了積極的影響，但（dàn）同時，也使得產品質量（liàng）評價中，相關機床控製能力中機床切削控製能力對產品形成了決定（dìng）性效應。

1.1 對機械加（jiā）工（gōng）質量的影響

數控機床切削控製對機械加工精（jīng）度（dù）的影響表現在直接決定機械加（jiā）工（gōng）的質量上。在當前市場經濟充分發（fā）展的時代（dài），產品質量實際上就是企業的生命線。以機械加工為例，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（xiè）加工產品形態、性能、階段性改觀作為必要控製方案長久堅持。為進（jìn）一（yī）步提升機械加工精度，在機械加工質量控製中消除機械產（chǎn）品生產負（fù）麵效應。因此，在一定程度上機械（xiè）加工技術的精確程度 , 就要依靠（kào）數控機床的切削控製能力來實現。

機械切削控製（zhì）在加工環節，本身對其製作工（gōng）藝質量的要求極高，影響力也較為明顯；其加工精度對零件機械加工（gōng）的效率、毛（máo）坯（pī）工藝質量（liàng）有著直接（jiē）的影響。以 CNC 零（líng）部件加工（gōng）為例（lì），從試製到批量試生（shēng）產，以修改采用的 ASTM B 179-06《用於各種鑄造工藝鑄件的鋁合金錠及熔融態鋁合金標準規範》標（biāo）準，極大地提升了工藝（yì）生產效率，提高（gāo）了機械（xiè）加工經濟效益。

1.2 對機械加工經濟效（xiào）益的（de）影響

隨著（zhe）現代社會的（de）進步，消費者本身主導了市場體製和運行模式（shì）。機械切（qiē）削控製對機械加（jiā）工經濟效（xiào）益產生了極大的影響。常規來講，數控機床切削控製，以多元控製（zhì）方法（fǎ）和手段，配合機械加工精度的（de）確（què）認，在極大程度上提升了（le）機械產品的性能，並（bìng）在機械產品主客觀（guān）需求的前提下，以細節處理和（hé）高標準要求，消除機械產品常（cháng）見不足及（jí）隱患。

1.3 工（gōng）藝係統（tǒng）受力變形影響

機械加工操作的中，工藝係統受力變（biàn）形影響和數控機床的實施關聯度甚廣。數控機床執行長期的操作後，受自身刀具使（shǐ）用時間延長（zhǎng），機床本身（shēn）受到的（de）不良影響隨（suí）之遞增。基於此，受力荷載表現為（wéi）持續增大、最終對機械加工精確度產生了很大的（de）威脅。因此，在數控機床切削控製中，為解（jiě）決工藝係統受力變形的問題，采取多元化的措施避免對數控（kòng）機床（chuáng）進行重新采購。

具體解決對策：滿足數（shù）控機（jī）床、刀具等設備自身剛度要求，有（yǒu）效界定變形量，避免過多幹預；除此（cǐ）之（zhī）外，在數控機床及刀具（jù）操作中，在剛度（dù）表現小而導致的工件變（biàn）形、夾具用力方向錯誤、施力點偏（piān）差等對工件本身造成的不利作用。在規範性操作中，需通過合理運用切削（xuē）控製更好地保（bǎo）證數控機床操作的科學（xué）性。

2、數控機床切削加工過程的（de）模型參考自適（shì）應控製

基於數控機床切削加工過程的模型參考自適應控製用以提升（shēng）機械加工精（jīng）確度，並在機床切削加工過程中實際建（jiàn）模，且更好地滿足了機床變化切削條件，及（jí）時修正（zhèng）了切削用量，進一（yī）步提升了切削（xuē）性能。究其原因，受切削加工動態變（biàn）化影響，各係統組（zǔ）件如機床、刀具、工件組成（chéng）在係統上的表現不一，為確保切（qiē）削過（guò）程（chéng）處於最佳狀態，需綜合考（kǎo）量毛坯加工餘量、材料（liào）硬度（dù）、刀具（jù）磨損度、刀刃積屑瘤及其腐蝕性，機床生產中的受力變形（xíng）、切削振動和熱變（biàn）形等諸多問題，進而隨之依據相關變化對切削進行合理控製。具體，循證自（zì）適應控製（MRAC，構築數控機床切削（xuē）加工（gōng）過程 MRAC 模型，並進行動力學過程仿真。結果（guǒ）表明，MRAC 的（de）機床切削加工性能指標最好。

2.1 係統組成及其工作原理

數控機床 MRAC 係統（tǒng）包（bāo）括以其伺服係統、編入裝置、程序編製、輔助控製裝置（zhì）、反饋係統及其機床主體等幾部分內容。即（jí）在切（qiē）削過程控製中（zhōng），以機床、刀具、工件係統所完成的切削（xuē）過程來進行有序（xù）調（diào）節。

其主要工作原理（lǐ）：具（jù）備一般數控機床的位置和速度控製（zhì）回路、增設 MRAC 反饋回路（lù）。運行環節受各種幹（gàn）擾隨（suí）機因素影響，導致（zhì）切削過程狀態參數發生極大的變化；MRAC 控製單元（yuán）通過自適應控（kòng）製效（xiào）能，在給定評價結果、評價指（zhǐ）標或約束條件判別（bié）比（bǐ）較中，對 CNC 輸出和輸入參（cān）數進行控製和修正，通過切削控製實現（xiàn）最佳控製狀態。

修正方案中，針對機床、刀具、工件（jiàn）組（zǔ）成的係統上進行切削加工，作為一個動態過程，受工件毛坯裕量（liàng）不勻、材料（liào）硬度不（bú）一、刀具磨損、刀刃（rèn）積屑瘤、受力變形、切削振動和熱變（biàn）形等諸多因素和參數影響，對切削過程狀態、切削過程生產效率、加工質量、經濟效益、切削過程正常進（jìn）行與否等相關。基於此（cǐ），基於係統工作原理的控製措施和方法，對解決上述問題，符合切削加工過程中采用該方法能（néng）根據隨時變化的實際切削條件及時修正切削用（yòng）量的效果。依據模型參考自適應控製（MRAC）思想，建立數控（kòng）機床切削（xuē）加工過程（chéng） MRAC模型，然後，對模型實施動力學過程仿（fǎng）真、加工過程反饋（kuì）閉環控製、開環（huán）控製（zhì）仿真，結果表明，MRAC 的機床（chuáng）切削加工性能指標最好。

2.2 建立機床切削加（jiā）工 MRAC 模型（xíng）

機床切削加工由輸入指令（lìng）開始，位置速度反饋包括主機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（dòng）態等環節控製。其中，主程序設計內含初始化程序和循環等待 2 部分。係（xì）統上電或複位後主程序自動運行，將係（xì）統初始化以便各（gè）模塊（kuài）正常工作，電流 PI 調節、轉速自適應控製調節參數初始化、其他程序全局變（biàn）量初始（shǐ）化，開中斷並等待。設計（jì） PWM 中斷處（chù）理程序，根據相應載荷變化調製晶體（tǐ）管柵極或（huò）基極偏置，實現開關穩壓電源輸出晶體管或晶體管導（dǎo）通時間（jiān）改變；采用（yòng）定時器周期中斷標誌啟動 A/D 轉換，當 T1 下（xià）溢（yì）時啟動 A/D 轉換（huàn），所檢測的電流經處理後接模 /數（shù）轉換器的（de） ADCIN00 引腳，當轉換完成後，中斷標（biāo）誌位都（dōu）被設置為 1, 則在 A/D 中斷服務程序中將轉換結果讀出，完成 1次 A/D 采樣。轉換結（jié）束後申請 PWM 中斷，PWM 中（zhōng）斷完成主要的控（kòng）製功能。設計速度自適應程序，以離（lí）散自適（shì）應算法為基礎，直接（jiē）用於程序設計。該模（mó）型參考自適應分為參考模型和被控對象（xiàng）兩部分，實（shí）現了模型控製（zhì）效果。

2.3 切削加工精度（dù）相關算（suàn）法

應用多目標切（qiē）削（xuē）數據生成算法及（jí）切（qiē）割參數優化方法，數據庫的核（hé）心（xīn）算法包括切削力、動態切削振動等切削加工狀態（tài）的計算，以及切削功率（lǜ）、主軸扭矩等（děng）負（fù）載狀（zhuàng）況，加工精度、表麵粗糙度等加工質量，加工時間、材料去除率等加工（gōng）效率（lǜ）信息，刀具磨損、生產成本等效益評估的計算。根據（jù）計（jì）算（suàn）結果優化切削參數，以（yǐ）便提高機床（chuáng）的利用率和零件加（jiā）工效率。並將針對數控車（chē）床和數（shù）控車削中心開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（biàn）機床用（yòng）戶根（gēn）據（jù）具體加工需要調用和選擇切削參數，並可在進行實際切削前預判設定（dìng）參數可能產生的切削效果（guǒ）。相關算法的應用，通（tōng）過延長加工係統及（jí）加工（gōng）設備使用壽（shòu）命。車刀刀（dāo）尖設計成圓弧狀，圓弧半徑控製在 0.4 ～ 1.6mm，使得車刀質量更牢固。刀具角度控製上（shàng），對其切力（lì）大（dà）小（xiǎo）、切削深度、刃（rèn）口寬度進行精確（què）切割。

加工係統上，強化加工係統剛性，合理設計機床截麵形狀（zhuàng）、零（líng）件結構、工件尺（chǐ）寸，擴大機床表麵的相關接觸麵積，增載（zǎi）機床負荷以及表麵粗糙程度改善，確保切削工件精度（dù）符合加工要求。

2.4 預期效果及其可行性結果

本次（cì）為試述數控機床切削控製能（néng）力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（tǒng），係（xì）統（tǒng）以其切削（xuē）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（néng）。在噪音控製、工件（jiàn）表麵質量均勻性、切削（xuē）係統共振等非（fēi）線性係統幹（gàn）擾問（wèn）題解決上；作為自適應迭代算法模型切（qiē）削控製參數的優化升級版。通（tōng）常采用三自由（yóu）度直角坐標機器人切削實（shí）驗平台和六自由度關節機器人切削實驗平（píng）台，自如驗證了本次控（kòng）製方法的正確性，加工模型效果證實該切削方案技術應用控製實驗成效突出。

3、結語（yǔ）

當前，機械加工行業的基本追求實際上就（jiù）是數控機床切削（xuē）控製力的科學實現，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（gāo） , 對技術技能人員的專業技能（néng）與素質也就（jiù）越來越高。綜上所述，數控機床切削控製（zhì）對機械加工精度中機械加工質量、機械（xiè）加工經濟效益、工藝係統受力變形（xíng）等相關內容的影響，並為進（jìn）一步提（tí）升機械（xiè）加工精度，結合數控機床切削（xuē）加工過程的模型參考自（zì）適應控（kòng）製係統的建立，為提升數控機床切削控（kòng）製和機械加工（gōng）精度提供了可行（háng）性借鑒，值得在日常的加工生產中采用。

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