車床加工精度控制的方法研究

楊麗娟

（貴州黔桂發(fā)電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

車床加工精度控制的方法研究

楊麗娟

（貴州黔桂發(fā)電有限責任公司 貴州盤縣 553531）

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，機械制造行業(yè)再不是傳統(tǒng)的鉗工、車工等又臟又累的工作，它也跟著時代的變遷而進入了數(shù)字化信息的時代，數(shù)控車床已經(jīng)成為機械加工業(yè)重要的設備，而數(shù)控車床在開展機械工件生產(chǎn)加工活動過程中的技術精度控制，是影響我國機械工件生產(chǎn)加工活動綜合質(zhì)量水平的重要因素，本文即針對車床加工精度控制的方法開展了具體分析。

車床加工；數(shù)控機床；影響因素；精度控制

1 引言

隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工已逐漸成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要趨勢，在應用數(shù)控車床設備開展機械設備及其工件生產(chǎn)加工活動過程中，數(shù)控車床設備自身具備的加工技術精度水平，對機械設備工件的實際技術質(zhì)量和性能表現(xiàn)狀態(tài)具有深刻影響，因而做好數(shù)控車床設備在機械工件身材高加工活動過程中的精度控制，對于提升我國工件生產(chǎn)加工活動的質(zhì)量水平具有重要意義。

2 車床加工技術的發(fā)展歷程

傳統(tǒng)加工工藝主要是由人們不斷積累加工的經(jīng)驗、技術，通過持續(xù)的創(chuàng)新、改革，實現(xiàn)代代相傳，而最終形成的一種加工工藝。傳統(tǒng)加工工藝主要材料大多來源于可獲取的自然資源，經(jīng)過工程技術加工、機械測量和最終固定模式的套用形成的加工技術。由于傳統(tǒng)加工工藝對經(jīng)驗的要求較高，加工人員的經(jīng)驗和方式有所不同，因此傳統(tǒng)加工技術具有隨意性和不確定性的特點。

數(shù)控加工技術是在傳統(tǒng)加工工藝基礎上發(fā)展起來的，主要應用的是設備是數(shù)控加工機床，其既包括傳統(tǒng)加工工藝的技術，又包括先進的計算機數(shù)控技術、計算機輔助制造技術等，并結(jié)合編程和控制系統(tǒng)等程序的應用，其對操作零件的質(zhì)量和精度都有較為嚴格要求，因此其生產(chǎn)的產(chǎn)品都具有較高的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，可生產(chǎn)出結(jié)構復雜、精確度較高的高質(zhì)量產(chǎn)品。

數(shù)控車床設備是在現(xiàn)代加工制造技術以及一系列先進科學技術形態(tài)融合發(fā)展背景下產(chǎn)生的全新設備。數(shù)控車床設備在部件結(jié)構體系配備層次，本身同時安裝應用了多工位刀塔技術結(jié)構，或者是動力刀塔技術結(jié)構，因而這種車床生產(chǎn)設備，客觀上具備了極其廣泛的機械工件加工性能，能夠具體加工生產(chǎn)直線圓柱工件、斜線圓柱工件、圓弧工件以及形態(tài)各異的螺紋工件、槽工件、蝸桿工件等具備復雜結(jié)構特征和多元性使用功能要求的機械工件。數(shù)控車床已經(jīng)成為機械加工業(yè)重要的設備，而衡量數(shù)控車床的標準就是其加工的精密程度，只有減小誤差和，提高加工的精確度，才能制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

3 數(shù)控車床加工精度的影響因素

從技術實現(xiàn)路徑角度分析，數(shù)控車床設備的加工技術精度主要由數(shù)控部件系統(tǒng)的技術控制精度，以及車床加工技術系統(tǒng)本身具備的機械精度共同構成，而且上述因素客觀上都會對數(shù)控車床在開展機械工件加工活動過程中的綜合性精度水平造成嚴重影響。

結(jié)合我國機械工件生產(chǎn)加工技術活動的以往實踐經(jīng)驗，在實際針對數(shù)控車床設備加工精度影響因素展開分析過程中，應當重點關注如下幾個方面：①因數(shù)控車床加工運行過程中的熱變形現(xiàn)象而引致的技術誤差。②車床加工系統(tǒng)自身具備的幾何技術誤差。③因車床加工系統(tǒng)刀具部件磨損現(xiàn)象而引致的誤差。④因車刀部件幾何參數(shù)隨機改變引致的誤差。⑤伺服進給系統(tǒng)的運行誤差。

4 車床加工精度控制的方法分析

4.1 合理利用車床的補償功能

一般的數(shù)控車床所采用的伺服系統(tǒng)其精度會受到反向偏差的影響，這時在工件加工時就可以利用數(shù)控車床所具有的補償功能，對其采取相對應的補償措施來降低這種反向偏差所帶來的影響，使其精度在一定程度上得到及時的補償和修正。常見的數(shù)控機床誤差補償方法主要有以下幾種：

4.1.1 NC代碼修正補償法

在數(shù)控機床誤差的影響下，如果按照理想的NC代碼對零件進行加工則存在加工誤差，為了消除數(shù)控機床誤差對加工過程的影響，可以對NC代碼進行修正，用修正后的數(shù)控加工程序?qū)ぜM行加工，從而實現(xiàn)數(shù)控機床誤差的補償。補償流程圖如圖1所示，將NC代碼輸入到誤差補償軟件中，然后生成理想刀具路徑，并根據(jù)誤差補償預測模型對理想刀具路徑進行修正，得到實際的刀具路徑軌跡，最后生成修正后的NC代碼。該方法對數(shù)控機床幾何誤差的補償具有良好的效果。

圖1 數(shù)控加工指令修正補償示意圖

4.1.2 接口式NC型誤差補償法

接口式NC型誤差補償方法是將由誤差預測模型計算得到的誤差值，疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補過程?；竟ぷ髟砣缦拢和ㄟ^特定的誤差補償接口，NC系統(tǒng)將當前機床的各項參數(shù)（機床位置參數(shù)和刀具信息等）傳遞給誤差預測模型，經(jīng)過誤差預測模型計算出相應的誤差值反饋給NC系統(tǒng)，NC系統(tǒng)對誤差值進行處理，生成新的數(shù)控程序，實現(xiàn)誤差的補償，如圖2所示。

圖2 接口式NC型誤差補償示意圖

4.2 加強事前預防，消除誤差源

事前預防第一要做的就是要消除誤差源，對車床的生產(chǎn)加工及裝配精度嚴格要求，增加車床的鋼度以及生產(chǎn)環(huán)境溫度的適宜度，防止熱變形，這些措施都是一些硬性的條件，當車床的質(zhì)量達到一定的要求后，就很難再提高，但是因為經(jīng)濟性的問題，這個方法在使用過程中受到了一定的限制。

4.3 合理選擇和控制刀具

數(shù)控車床加工過程中，零件的質(zhì)量會受到多種因素的影響，例如車刀刀具刀尖圓弧半徑、主偏角等幾何參數(shù)，刀具使用過程中幾何參數(shù)將會出現(xiàn)變化，影響零件的加工質(zhì)量、尺寸精度和形狀精度，加快刀具的磨損程度。因此，刀具的選擇與控制是提高機床加工精度的關鍵所在，具體要遵循以下幾點原則：

（1）刀具要耐磨、耐高溫、強度系數(shù)高。

（2）要求刀具必須要能承受沖擊力、壓力、震動等。

（3）刀具必須與所加工的工件相匹配，例如加工圖3中的環(huán)形槽，因為環(huán)形槽直徑及深度尺寸較小，用普通車刀很難加工，可能在加工過程中會出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，所以需要選擇專用刀具方可完成，圖4根據(jù)環(huán)形槽的結(jié)構及尺寸大小，設計專用環(huán)形槽刀進行切削加工，可保證圖紙要求尺寸及結(jié)構。

（4）嚴格控制好刀具在生產(chǎn)加工工件時的幾何角度，在軟件編程過程中，可以對刀具刀尖的軌跡進行調(diào)整，保證刀尖的實際加工軌跡和理想軌跡相符合，借助幾何計算的方法將刀尖軌跡轉(zhuǎn)換為理想刀尖軌跡，編程過程中嚴格遵守草圖繪制、軌跡模擬、編程的步驟。另外在實際加工過程中需要及時檢查所應用刀具的圓弧半徑r，對刀過程中充分考慮刀具刀尖圓弧半徑的影響，可以借助數(shù)控車床系統(tǒng)刀具補償功能進行尺寸優(yōu)化。例如：在加工圓柱類零件的過程中，車刀刀具刀尖圓弧半徑和車刀的主偏角將會對被加工零件的軸向尺寸產(chǎn)生較大的影響，在刀尖圓弧半徑不斷增大的過程中，軸向尺寸的變化量也會越大，反之亦然。因此在編制零件加工程序的同時，必須注重軸向位移尺寸的改變。

圖3 加工產(chǎn)品示意圖

圖4 環(huán)槽刀

4.4 重視設備檢修，減少加工誤差

車床在應用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)一定的機械問題，影響車床的正常使用，并且對于車床加工的精度控制產(chǎn)生阻礙。因此在今后的工作過程中，有關企業(yè)管理人員應做到重視設備檢修，加強設備維護設備維護，組織專業(yè)人員進行車床的維護與檢修工作，并且制定出符合工作實際的維護與檢修計劃。通過周期性的維護，及時發(fā)現(xiàn)問題，保證車床加工精確度。

5 結(jié)語

從現(xiàn)有的階段性發(fā)展特征角度分析，我國數(shù)控車床機械生產(chǎn)應用設備，在未來短暫的一段時期之內(nèi)，將會朝著高速度、高負荷、以及高精度的技術演進方向深入發(fā)展，這就要求相關操作人員的專業(yè)素質(zhì)及操作技能也必須要進一步的提高，只有這樣才能更好的解決數(shù)控車床加工過程中所出現(xiàn)的一系列影響精度的問題，并能找出原因，掌握規(guī)律，采取措施，防止誤差的產(chǎn)生，加工出高精度、高質(zhì)量的工件，使數(shù)控車床更好的服務于我國的機械加工制造業(yè)。

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TG519.1

A

1004-7344（2016）21-0343-02

2016-7-9

楊麗娟（1973-），女，白族，貴州盤縣人，助理工程師，中專，主要從事工作和研究方向為火電廠汽輪機檢修，車床機加工方面。