多种工具联动控制加工技术探析

邓钊

摘 要：为进一步赢得市场竞争力，制造业一直致力于机械加工技术的研发与改进，从而有效降低成本，提高效率，加大效益。为此，机械制造业出现了由多种工具进行联动控制的加工技术，并取得了良好的效果。本文主要对多种工具联动控制的加工技术及其应用进行了探讨。

关键词：多种工具；联动控制；机械加工

中图分类号：TH16 文献标识码：A

数控机床自从应用之后一直受到企业的青睐，而在经济发展新形势下，传统的单一工位单一工具单一机床加工方式，已经跟不上企业对生产效率的要求，为此，一方面是利用优化刀具路径、优化刀具结构、优化工艺、高速切削等方式提高加工效率，另一方面是依据工件的加工需求，组合多台机床和多个生产线，组建多个工位、多种工具、多个工序同步进行加工的加工模式。

1.机械加工技术的特点

机械加工技术的特点主要是工程性、综合性和统一性。工程性表现在现代化的机械加工有效融合了多种技术，并且发挥技术特点更好地加工。现代化机械加工综合的技术有自动化、管理技术、通信、计算机等，这几项技术相互配合，提高了现代机械加工效率。综合性的体现是：现代化机械加工是各个行业的竞争要点，制造过程对于企业发展的作用比较重要。现代化机械加工对整个社会有综合性，不仅带动多个行业发展，也促进了社会进步。对于现代化机械加工的技术发展而言，综合性体现在了整个领域发展中，保障了人们生活的质量和逐渐融进企业和社会中。统一性的体现是：传统加工技术在向现代化机械加工发展的过程中，吸取了多方面的优点。现代化机械加工业反映出多方面的问题，在加工技术发展中统一性越来越强，加工成本和时间明显降低，加工质量明显提升，使加工行业整体上得到发展，实现了机械加工技术的自动化、科技化和现代化，推动了加工行业的繁荣发展。

2.多种工具联动控制的加工技术介绍

2.1多种工具联动控制的加工技术内涵

单一工位多种工具的联动控制加工技术指的是在单一工位上利用多种道具在同一时间加工工件的加工技术，对所加工的工件必须是回转特征，同时其曲面应该具有径向对称的分布特征。比如单一工位多种磨具进行抛光加工技术，在工件曲面找出中心轴，利用3个不同的抛光磨轮沿着工件曲面中心轴分布在径向对称上。在进行抛光加工时，每一个磨轮的位置和姿态都要沿着工件曲面中心轴呈现径向对称，同时要保证这3个抛光磨轮是在同一步调上，方便能够在同一个工位上进行抛光加工。

多个工位多种工具的联动控制加工技术指的是在一个工作台上有多个工位分布，每一工位上利用一个工具加工工件，这些工具和工位的加工都是同步进行。比如多个工位多种工具联动的抛光加工，在圆周镜像的对称位置上分布了3个工位、3个在上面工作的抛光轮。在正式进行抛光加工时，3个工件之间的姿态会调整成统一状态，抛光轮对工件在同一时间里进行抛光加工。

2.2多种工具联动控制加工技术的优点

单一工位多种工具联动控制的机械抛光主要特点：生产比较灵活、道具容易规划、效率得到大幅度提高等。单一工种多种工具的联动控制加工技术主要优势是：

（1）在加工曲面特征为径向对称，同时具有回转特征的曲面工件上效率相对单一工位单一工具要高很多，使用多种工具进行抛光，理论上是增加工具数量就能增加加工效率。

（2）由于工件和各个磨具特性一般是径向对称，所以在进行抛光加工对刀具轨迹进行规划时需要依照单一的刀具模式。

（3）很容易组成一个生产线，在加工生产上比较灵活。

（4）依据工件需要抛光的表面形状特征分片，工件一个分片抛光加工区域采用的是一种磨具。

多个工位多种工具联动控制的机械抛光主要特点是：能够大规模生产，比较容易控制，效率比较高。这种加工方式的优点是：

（1）一次就能加工出多个工件，大大提高加工效率。多个工位在同一时间内进行抛光，增加了工位就能够提高加工效率。

（2）加工过程比较容易控制，加工中使用的磨具和工件一般分布都比较对称，将单个磨具刀具轨迹规划好就能够保证同步进行多个工位和多种磨具的加工。

（3）一台机床能够在同一时间内对多个工件进行加工，操作相对而言简单化，适合大规模生产。

3.多种工具联动控制的加工技术应用

3.1多种工具联动控制加工的关键技术

3.1.1设计多工具、同步抛光的机床加工结构

通常情况下，数控机床都是一次加工一个工件，如果增加了工位或工具，就会提高数控机床结构与控制的复杂性，为此需要合理设计。设计要求一方面要能保证工位和工具适当增加以提高生产效率，另一方面要能降低制造成本，提高加工精确度。因为多种工具联动控制加工需要在一个工位上有多种磨具同时工作，要有较高的对称性，磨具工作的空间限制了对机床结构的设计，要着重注意选择机床结构，布置各轴的运动结构。

3.1.2设计调节多种工具达到同一姿态的补偿器

加工质量得到保证的一个关键因素就是多种工具在使用时的同步协调特性，要求各个工具在运行时要同步。然而仍然会存在误差，比如机床制造上的误差、工件尺寸上出现误差等。导致各个磨具达不到理论要求的同步状态。因此，需要有相应的补偿器对其姿态进行调整，确保各个磨具磨轮和工件之间有效接触。

3.1.3设计对多个工位进行同步调整的装置

在加工曲面工件的过程中，曲面工件不会一直固定靜止在工位上，有时为了满足加工需要，工件需要变化姿态，比如摆动、旋转等。对工位姿态进行调整主要是调整工件高度与角度。在圆形的工作台上要实现各个工位的同步加工，需要工件保持高对称性、同步性与等高性，因此需要设计出能够灵活精确调整工位的装置。

3.2单一工位多种工具的铝轮毂曲面抛光机床

在加工铝合金式汽车轮毂中，抛光是一个比较重要的步骤，需要进行抛光的表面材料要没有出现过抛变形、去除比较均匀、达到一定的表面粗糙度。因为很多汽车轮毂需要加工的表面都有过大的粗糙度、复杂多样的形状，同时又有加工效率要求，所以抛光轮毂与电水壶时一般都采用人工。endprint

面对铝合金式汽车轮毂的这种表面特性，利用单一工位多种工具联动控制的机械抛光加工技术能够使生产效率得到大幅度提高。多种工具抛光机床采用的立式结构，有上下两个部分。上半部分是多种工具的运动结构，加工所使用的3组磨具围绕着中心轴径向分布，各个磨具可采用同一步态沿着径向移动，建立各个道具的三维坐标，将坐标固定到各个磨具架上面，各个磨具可按照同一姿态围绕设定的横坐标摆动和垂直坐标转动，从而适应变化的工件曲面。下半部分是单一工位的工作台运行架构，在工作台装夹工件，机床的三维坐标系中，工作台可以沿着垂直坐标上下，或围绕垂直坐标转动。

单一工位多种工具机械抛光机床包含的结构有：磨具径向移动步进电机、磨具摆角步进电机、中心升降盘、导杆、磨具架、三组抛光磨具、工件、工作台和夹具、转动减速器、工作台的转动步进电机、工作台升降步进电机、升降减速器。这种抛光机床利用三组磨具进行轮毂的抛光，在应用中发现，使用了抛光机的抛光效率高于手工抛光至少3倍。要注意在进行抛光操作时，需要做好密封处理，以免被粉尘污染。

3.3多种工位多种工具的不锈钢电水壶抛光机床

对不锈钢电水壶进行表面抛光是制作电水壶的最后程序，也是最为重要的一个工序，主要目的就是保证电水壶有精美的外观。然而在对电水壶进行抛光的过程中，有一些材料比较难以抛光，这些材料的形状复杂化、多样化，在抛光质量与抛光效率的高要求下，如今市场中的很多抛光机床对电水壶的抛光都没有达到企业要求。传统的电水壶抛光都是利用手工方式，存在的问题无法保证抛光质量，加工效率也比较低，对提高电水壶的质量造成一定影响。企业要想大规模生产电水壶，就需要尽快采用自动化、环保、高效的机械抛光技术。

多个工位多种工具电水壶的机械抛光技术机床是双层的立式机构，主要采用的加工技术就是多个工位多种工具联动控制的机械抛光方法，能够在分布对称的3个工位同步对电水壶进行抛光操作。多个工位多种工具电水壶抛光机是四轴结构，步进电机对每一轴进行分别驱动。抛光机床的上半部分是磨具的运动机构，各个磨具都同步在径向上移动。在加工和装配的过程中，各个磨具在径向移动上的位移会出现误差，为了补偿这种误差，在抛光机中设置了对磨具径向位移进行微调的结构。抛光机的下半部分是工作台，3个工位分布在工作台上的呈现方式是圆周镜像对称，从而实现3个工位同步摆动、自转和升降。

多个工位多种工具的机械抛光机床包含的机构有：驱动磨具径向移动步进电机、驱动磨具转动异步电机、磨具径向位置微调装置、磨具、工件、工件摆动机构、工作台、驱动工件转动步进电机、驱动工件摆动步进电机、驱动工作台升降步进电机。这种抛光机床的3个工位在同一时间进行抛光加工，相比传统的手工抛光提高了2～3倍的加工效率，同时也使工人制作电水壶的劳动强度大幅度降低，生产产品的成本也大幅度降低。3个工位和磨具都在径向上呈现对称分布，所以在进行抛光时工作人员只需要对单个道具运动轨迹进行规划即可，比较容易控制。设计的工作台高度方便操作，装夹工件的机构设计是仿形设计，从而方便装卸工件，操作也比较便捷。另外，为了在机械加工中对粉尘污染做好防治工作，机床上安装了吸尘装置，使工人工作环境得到有效改善。

结语

在机械制造业不断发展的趋势下，多种工具联动控制的加工技术开始得到普遍应用，从而有效提高了生产效率。同时，在机械加工中应用多种工具联动控制的加工技术也能有效降低生产对环境的污染程度，减小对熟练工的依赖，具有较好的社会效益和经济效益，实用性和可行性较强。

参考文献

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