高精度、高效率数控加工技术的研究
摘 要：随着我国经济和工业的快速发展，为满足机械生产加工的高性能和高可靠性等多方面的需求，材料加工与制造已经向着大型化、复杂化以及材料多元化的方向发展。在这种情况下，高精度、高效率的数控加工技术已经成为了数控技术的主要发展方向。尤其是在航空、航天等科技含量较高的行业中，高精度、高效率的数控加工技术的研究已经成为了这些行业学者研究的重点。基于这种认识，本文对高精度、高效率的数控加工技术进行了研究，从而为关注这一话题的人们提供一些参考。
关键词：高精度；高效率；数控加工技术
0 引言
数控加工技术被广泛的应用在各行各业的加工制造中，对于航空、汽车、和医疗等多种行业的发展起着至关重要的影响。由于效率和质量是制造技术的研究重点，所以，高精度、高效率的数控加工技术也成为了数控加工行业发展的方向。目前，在精度方面，超精密数控机场的精度可达约0.05um。在效率方面，一些数控加工机场的空运行速度已达100m/min左右。然而，由于数控加工技术需求的不同，目前已衍生出了各式各样的数控加工技术。因此，本文就实现高精度和高效率的数控加工关键技术进行了研究。
1 高精度数控加工的关键技术研究
1.1 数控机床的误差补偿技术
数控加工机床产生误差的阶段有两个，一是在机床的设计制造阶段，二是在机床的加工运行阶段。在设计和制造阶段，只能采用误差预防的技术进行数控机床的误差补偿。然而受到技术和经济的影响，该阶段的误差产生几乎难以避免。所以，人们主要采用误差补偿技术来进行数控加工机床的误差补偿，从而实现数控机床的高精度运行。误差补偿技术的运用，是在不改变设备制造精度的情况下，进行设备运行的误差补偿的。采用该种方法进行误差的补偿，既可以使设备实现较高的精度，又可以降低误差修正的成本。因此，就现阶段来看，误差补偿技术是被广泛应用的实现数控加工高精度运行的关键技术[1]。
1.2 误差补偿技术的实现
误差补偿技术的实现，需要通过对设备加工过程中的误差来源进行分析，并且要做好误差量的监测，从而进行误差的补偿。一方面，影响设备加工精度的误差源有很多，技术人员必须全面的进行误差源的分析。比如机床的机构几何误差、热误差等引起的刀具与工件之间的位置偏差。另外，刀具磨损变形、夹具变形和系统检测误差等多种形式的误差，都会对设备的运行产生一定的影响。另一方面，误差量的测量是误差补偿技术实现的关键。为了保证设备的高精度运行，必须对所有误差因素在各种情况下的误差量进行测量。就目前而言，误差的测量主要依靠于误差测量仪器，该仪器不仅能实现单个误差因素的测量，还能实现综合误差因素的测量。相比较而言，单项误差测量较为容易实现，而综合误差因素的测量则较为困难。就目前而言，出于技术条件限制，机床各项误差指标的测量比较困难，但是机床位置精度和重复位置的精度监测比较容易实现。最后，误差补偿是提高设备精度的主要途径。现阶段，实现误差补偿的途径有两种，一种是直接提高机床的装配精度，二是利用编程技术提高设备运行的精度。相比较来看，第一种方法的成本较高，且容易受到精度等级的制约。而第二种技术较为容易实现，且成本较低。所以，软件补偿技术是实现数控加工误差补偿技术的主要途径[2]。
2 高效数控加工的关键技术研究
就现阶段而言，五轴联动数控加工技术和CAM技术是实现高效率数控加工的关键性技术。但是相较而言，五轴联动数控加工技术受价格和结构复杂等多种因素的影响，没有得到类似CAM技术一样的广泛应用。
2.1 五轴联动数控加工技术
应用五轴联动数控加工技术的设备需要至少五个坐标轴，并且需要在计算机的控制下进行材料的加工。五轴联动数控加工技术之所以具有高效性的特点，是因为它具有以下几种优势。首先，一般的数控加工技术很难一次性完成的某一复杂材料的加工，都可以利用该技术一次性完成。在这种情况下，材料加工的效率得到了极大的提升。其次，该技术的使用可以有效提升曲面加工的效率。采用一般的数控加工技术时，由于设备的刀具在加工过程中不能再次调整，很难实现效率较高的曲面切削。在切削效果难以保证的情况下，只能人工进行曲面的修补，从而导致曲面加工效果较低。而采用五轴联动数控加工技术，可以随时进行刀具的调整，从而实现曲面的高效切削。再者，该技术可以一次性完成工件的夹装。传统数控机床在进行工件加工时，需要采用多台设备，并经过多次定位安装才能完成该工件的加工。但是五轴联动数控加工技术可以实现工件一次性加工，从而使设备的加工效率得以大大的提升。
2.2 CAM技术
CAM技术是计算机辅助制造技术的简称，其基本理念是在计算机的辅助下，进行产品的设计和制造。早于上世纪60年代，该技术就已经产生。直到现在，该技术已经被广泛的应用于电子和机械行业的制造生产领域，并大大提高了制造行业的生产效率。CAM技术在数控加工中的应用，使得数控加工技术向着高自动化的方向发展着，从而使数控加工的效率得以进一步的提高。使用该技术进行数控加工，可以使设备的软硬件得以更好的结合。因为，采用该技术进行数控编程时，可以将夹具和刀具等多种因素考虑进去，并且可以完成数控加工过程的模拟和仿真。而技术人员则可以根据仿真的效果，来进行加工坐标的调整，从而实现数控设备的高效加工。
3 结论
数控加工技术的高精度和高效率加工效果的实现，还需要经过人们不断的开发和研究。目前，导致数控机床产生误差的因素仍然有很多，只有找出导致误差存在的因素，并对该因素进行有效的补偿，才能实现数控加工的高精度加工效果。而受到数控编程复杂性和刀具运行路径选择的影响，数控加工技术的效率被限制在一定的范围内。也只有对这些工艺参数进行更加深入的研究，才能够实现数控加工设备的高效率运行。
参考文献：
[1]彭健钧.基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究[D].中国科学院研究生院，2012.
[2]朱志坤.航空复杂回转件高效数控加工工艺研究[D].南昌航空大学，2013.
作者简介：阎竞实（1959—），男，吉林长春人，副教授，高级工程师，研究方向：数控技术应用及教学。