數(shù)控車床加工精度的影響因素及改進(jìn)方法

陸九州

【摘 要】數(shù)控車床的加工精度與生產(chǎn)出來的零件質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，在現(xiàn)實(shí)加工過程中，數(shù)控車床的加工精度會受到很多不同因素的影響。本文針對影響數(shù)控車床加工精度的因素進(jìn)行簡要分析，并提出了有效提高數(shù)控車床加工精度的改進(jìn)方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車床 加工精度 影響因素 改進(jìn)方法

當(dāng)前我國使用的車床大部分都是數(shù)控車床，它在我國機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用以經(jīng)非常廣泛，因?yàn)閿?shù)控車床與其他普通車床相比，具有加工速度快、精度高等明顯優(yōu)勢。數(shù)控車床的加工精度控制是影響車床工作效率的關(guān)鍵，這里的車床加工精度通常都是由車床自身的精度、數(shù)控編程的精度、伺服系統(tǒng)的精度插補(bǔ)環(huán)節(jié)的精度共同決定的。

1、影響數(shù)控車床加工精度的因素分析

數(shù)控系統(tǒng)的控制精度與車床的機(jī)械精度共同作用影響著車床的加工精度，細(xì)分之下，能夠影響車床加工精度的因素可以概括為這樣幾大類：車床熱變形引起的誤差、車床幾何誤差、刀具磨損帶來的誤差、車刀幾何參數(shù)引起的誤差、伺服系統(tǒng)驅(qū)動誤差等。在所有導(dǎo)致數(shù)控車床精度出現(xiàn)誤差的因素中，伺服系統(tǒng)驅(qū)動誤差與車刀幾何參數(shù)引起的誤差是最為常見的，下面對這兩種主要因素進(jìn)行分析。

1.1 伺服系統(tǒng)驅(qū)動因素

伺服系統(tǒng)的功能是通過驅(qū)動車床部件實(shí)現(xiàn)對零件的加工，伺服系統(tǒng)具體作用在定位車床的滾珠絲杠上，通過控制滾珠絲杠的傳動誤差對車床的定位精度造成影響。當(dāng)前我國使用的數(shù)控機(jī)床基本都采用半閉環(huán)控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制，當(dāng)機(jī)床開始工作之后，伺服電機(jī)會對絲杠進(jìn)行控制，讓其沿著反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，在絲杠的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)空隙的空運(yùn)轉(zhuǎn)情況，從而導(dǎo)致反向間隙誤差的出現(xiàn)。與此同時，車床的運(yùn)動機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)會受到外力作用而出現(xiàn)變形，這時的加工位置和車床的其他位置所受到的外力也是不相同的，出現(xiàn)的變形程度也不相同，變形導(dǎo)致的間隙也會影響到車床的加工精度。

1.2 車刀幾何參數(shù)因素

數(shù)控車床在加工過程中，車刀會根據(jù)數(shù)控編程的指令對所加工的零件進(jìn)行切削，直到零件的形狀滿足程序的設(shè)定。切削零件所用的車刀有主偏角與刀尖圓弧半徑，當(dāng)用車刀切削棒料類零件時，它的軸線尺寸會有一些誤差。這個誤差和主偏角之間形成反比，當(dāng)主偏角變大時誤差會減小，而誤差與刀尖的圓弧半徑是成正比的，圓弧半徑越大形成的誤差也會越大。因此，在對車床的車刀加工軌跡進(jìn)行數(shù)控編程時，需要根據(jù)不同的加工零件來調(diào)整車刀的軸線位移長度，同時，車刀的圓弧半徑、主偏角和車刀與加工零件之間的高度偏差等等都會對數(shù)控車床的精度產(chǎn)生影響，在編程的時候都需要考慮在內(nèi)。

2、有效提升數(shù)控車床加工精度的改進(jìn)方法

一直以來，怎樣才能有效提高數(shù)控車床的加工精度，讓數(shù)控車床生產(chǎn)出來的零件更精密是很多學(xué)者思考與研究的重要內(nèi)容。下面就以影響數(shù)控車床加工精度各種因素作為改進(jìn)方法，提出幾點(diǎn)具體的改進(jìn)方法。

2.1 誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法的原理是有效借助數(shù)控系統(tǒng)中的補(bǔ)償功能來補(bǔ)償車床坐標(biāo)軸上已經(jīng)出現(xiàn)的誤差，進(jìn)而提升車床在加工過程中的精度。這種補(bǔ)償方法有較高的實(shí)用價(jià)值，能夠在一些精度不是很高的數(shù)控車床上生產(chǎn)出精度高的零件。誤差補(bǔ)償法的具體使用可以由硬件實(shí)施，也可以通過軟件來實(shí)施。

由硬件來實(shí)施誤差補(bǔ)償法時對數(shù)控車床是有一定要求的，只有具備補(bǔ)償功能的數(shù)控車床才能使用。上面分析到了采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床在加工過程中出現(xiàn)反向偏差而影響到數(shù)控車床的加工精度，對于這一類的車床就可以采用硬件誤差補(bǔ)償法來提高加工精度。而對于沒有補(bǔ)償功能的數(shù)控車床，就只能采用軟件編程的方法來使用誤差補(bǔ)償法。

2.2 誤差防止法

誤差防止法與誤差補(bǔ)償法是互補(bǔ)的，這種方式是在加工之間預(yù)防誤差的出現(xiàn)。誤差防止法主要是在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)階段與制造階段就提升機(jī)床加工零件的精度，以此來預(yù)防加工過程中可能出現(xiàn)的誤差。比如，可以通過對車床制造環(huán)境的嚴(yán)格控制來加大機(jī)床自身的剛度，提升機(jī)床加工精度。這種方法雖然能夠從根本上解決加工過程出現(xiàn)誤差的可能，大大提升數(shù)控車床的加工精度，但是這種方法也存在著非常明顯的缺點(diǎn)。它的使用成本是比較高的，即車床的性能改進(jìn)是與車床的造價(jià)之間成幾何級關(guān)系的，而且想要提升現(xiàn)有的數(shù)控車床加工精度是非常困難的。

2.3 提高機(jī)床導(dǎo)軌的幾何精度

機(jī)床導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗振性能與剛度都能對數(shù)控機(jī)床的加工精度產(chǎn)生影響，所以提高機(jī)床導(dǎo)軌的幾何精度對數(shù)控機(jī)床加工精度的提升也是非常有必要的。根據(jù)不同的加工要求，可以選用不同的機(jī)床導(dǎo)軌。比如，對于功能比較全的數(shù)控機(jī)床來講，應(yīng)該采用的是斜床身，床身采用封閉式筒形結(jié)構(gòu)。這樣能夠減輕床身的重量，而且筒形可以提升床身的抗彎曲能力，讓數(shù)控機(jī)床在比較復(fù)雜的切削環(huán)境下依然能夠保證較高的精度。同時，為了讓數(shù)控機(jī)床可以在任何切削環(huán)境中都保持較好的剛性，可以在機(jī)床設(shè)計(jì)時使用鑲鋼滑動導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)。

3、總結(jié)

綜上所述，隨著我國加工制造行業(yè)的不斷發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的加工精度和效率都有了更高的要求。為了能夠加工出更精密的零件，數(shù)控機(jī)床的研究者們一定要更深入的分析提升數(shù)控機(jī)床加工精度的有效方法。

參考文獻(xiàn)

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