數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析

薛命全

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)控車床這一先進(jìn)的機(jī)械加工制造設(shè)備最大程度地滿足了裝備制造業(yè)在加工生產(chǎn)中的設(shè)備需求。就當(dāng)前而言，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r較好，但是加工精度問題一直是工件加工制作過程中的“大難題”。本文正是圍繞數(shù)控車床加工精度的影響因素進(jìn)行闡述，并針對(duì)性地提出了一些改進(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

中圖分類號(hào)：TG51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2017）07-0139-02

Abstract：with the development of China's economy， CNC lathe this advanced machining equipment， to the greatest extent to meet the equipment manufacturing industry in processing and production equipment needs. As far as the current situation is concerned， the development of CNC technology in our country is better， but the machining accuracy has been a major problem in the process of workpiece processing". This paper expounds the influencing factors of machining accuracy of CNC lathe， and puts forward some improvement methods.

Key Words：numerical control lathe； machining accuracy； influence factor； improvement method

數(shù)控技術(shù)在很大的程度上體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的現(xiàn)代化水平和發(fā)展的先進(jìn)性。因此，改善我國(guó)制造技術(shù)和提高工件加工精度、效率等是當(dāng)前最為重要的問題之一。

1數(shù)控車床加工原理

數(shù)控車床是機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)一種較為常見的高精準(zhǔn)度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備。數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)主要為多工位刀塔技術(shù)結(jié)構(gòu)或者動(dòng)刀刀塔技術(shù)機(jī)構(gòu)，這便使得它具有優(yōu)良的機(jī)械加工性能，能夠加工不同類型的零件或者零件組合體；數(shù)控車床還具備一些補(bǔ)償功能，如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等，這大大提高了零件、零件組合體的加工效率和精準(zhǔn)度，同時(shí)也改善了圓弧、螺紋、蝸桿等復(fù)雜零件和零件組合體的質(zhì)量?？傊瑪?shù)控車床極佳的加工性能、補(bǔ)償功能、技術(shù)控制水平等都保障了加工制造企業(yè)進(jìn)行低成本、高效率的生產(chǎn)。

數(shù)控車床是現(xiàn)代化制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)的結(jié)晶，它是高自動(dòng)化、高效率、高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備，它主要包括動(dòng)力源、電子控制單元、傳感器等，它的基本工作原理為：第一步，將零件圖紙的內(nèi)容編制到加工程序；第二步，加工程序?qū)⒓庸ず蟮膬?nèi)容送入CNC裝置；第三步，CNC裝置向伺服系統(tǒng)發(fā)出指令，伺服系統(tǒng)再驅(qū)動(dòng)車床部件；最后，由車床部件加工、制成零件。簡(jiǎn)圖如下：

2數(shù)控機(jī)床的組成及特點(diǎn)

數(shù)控車床主要由主機(jī)、數(shù)控裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、輔助裝置四大部分組成，具體如下：

1）主機(jī)：主機(jī)主要由床身、主軸、立柱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)（滑動(dòng)絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)、滾動(dòng)絲杠、靜壓絲杠等）等機(jī)械部件構(gòu)成，它是數(shù)控車床的主體，它主要用于完成切削加工工作。

2）數(shù)控裝置：數(shù)控裝置主要包括輸入裝置、存儲(chǔ)器、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置等，它是數(shù)控車床的中樞。數(shù)控裝置接收輸入介質(zhì)的數(shù)據(jù)信息，并將其代碼加以識(shí)別、儲(chǔ)存、運(yùn)算等，然后輸出相應(yīng)的指令，以驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)，從而控制車床動(dòng)作，它具備各種控制功能。

3）驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置主要包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、主軸電機(jī)、進(jìn)給單元、進(jìn)給電機(jī)等，它是數(shù)控車床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件，它可以在數(shù)控裝置的控制下，利用伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。它可以實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)進(jìn)給，準(zhǔn)確定位工件，精準(zhǔn)加工直線、平面曲線、空間曲線等。

4）輔助裝置：數(shù)控車床的輔助裝置包括液壓和氣動(dòng)裝置、排削裝置、交換裝置、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、刀具檢測(cè)裝置等，它是除主軸以外用M代碼來控制的裝置，是數(shù)控車床運(yùn)行過程中必不可少的配套設(shè)施。數(shù)控車床的輔助裝置發(fā)揮著輔助作用，如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明等，它自身包含冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)換刀系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、交換系統(tǒng)和自動(dòng)送料系統(tǒng)等。

數(shù)控車床具有普通車床不可比擬的優(yōu)點(diǎn)：第一，數(shù)控車床的加工精密度、準(zhǔn)確度高，加工過程穩(wěn)定，生產(chǎn)質(zhì)量和效率高，與此同時(shí)，它需要高素質(zhì)的操作人員和維修人員；第二，數(shù)控車床可以利用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)毫無阻力地加工復(fù)雜工件；第三， 數(shù)控車床受限少，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整數(shù)控程序和相應(yīng)參數(shù)便能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同零件的加工；第四，數(shù)控車床的高自動(dòng)化決定了它的低勞動(dòng)強(qiáng)度和高生產(chǎn)效率。

3數(shù)控車床加工精度的影響因素

3.1伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)又被叫做隨動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)和反饋控制系統(tǒng)，它能夠精準(zhǔn)地跟隨或復(fù)現(xiàn)某一個(gè)過程。在了解了數(shù)控車床的基本工作原理后，不難得出伺服系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控車床的中樞系統(tǒng)，相當(dāng)于數(shù)控車床的“心臟”。伺服系統(tǒng)可以通過驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件來轉(zhuǎn)化為零件加工活動(dòng)；伺服系統(tǒng)的控制精度是由其自身具備的電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠的傳動(dòng)精度決定的。在實(shí)際的機(jī)械零件、零件組合體加工過程中，數(shù)控車床一般采用的是閉環(huán)控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)在對(duì)絲杠傳遞信號(hào)后，絲杠會(huì)發(fā)生反向運(yùn)轉(zhuǎn)，這會(huì)導(dǎo)致短時(shí)間的空轉(zhuǎn)狀況；這一狀況的產(chǎn)生會(huì)造成反向間隙誤差，從而直接影響到工件加工的精密度、準(zhǔn)確度。

3.2刀具參數(shù)

數(shù)控車床完成產(chǎn)品加工的過程是通過受程序控制的刀具進(jìn)行產(chǎn)品切削的過程。在切削棒料零件的實(shí)際過程中，車刀軸線會(huì)產(chǎn)生一定的變化，刀尖圓弧半徑越大，它產(chǎn)生的偏差便越大；車床刀的主偏角越小，軸線尺寸的變化就會(huì)越大。如果無法及時(shí)、有效地控制偏差，那么偏差便會(huì)越來越大。在設(shè)定數(shù)控車床中刀具的參數(shù)時(shí)，一定要從客觀實(shí)際出發(fā)，遵循軸向尺寸變化規(guī)律，合理設(shè)置軸向位移長(zhǎng)度，全面分析車刀的各項(xiàng)參數(shù)，如刀尖圓弧半徑、主偏角、刀尖距等。在考慮產(chǎn)品特點(diǎn)的前提下進(jìn)行程序編程，以科學(xué)分析、修正、減小刀具軸線偏差，從而完成預(yù)期理想的加工過程。

3.3切削用量的選擇

切削用量指的是切削速度（v c）、進(jìn)給量（f）和切削深度（a p），這三者也被稱為切削三要素，這三個(gè)變量是工件加工精度和表面粗糙度的直接影響因素。在數(shù)控車床的粗車階段，為了提高生產(chǎn)效率，一般會(huì)選擇較大的背吃刀量，背吃刀量越大，切削力就越大，這很容易損壞刀具和工件，嚴(yán)重影響加工精度。進(jìn)給量是在確認(rèn)切削深度的基礎(chǔ)上選擇的，并根據(jù)公式計(jì)算出切削速度或者根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)選取切削速度。在數(shù)控車床的精車階段，對(duì)工件的精度要求大大提高，因此，精車階段需要盡量選擇較小的進(jìn)給量和較快的切削速度；一定要留出適當(dāng)?shù)木扔嗔浚鶕?jù)精車余量選取背吃刀量。

4數(shù)控車床加工精度的改進(jìn)策略

4.1誤差的改進(jìn)方法

在數(shù)控車床的加工過程中，要想提高產(chǎn)品精度，就一定要善用誤差補(bǔ)償法；誤差補(bǔ)償法指的是將軟件和硬件有機(jī)結(jié)合，充分利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能，以補(bǔ)償已經(jīng)存在的坐標(biāo)軸，從而提高產(chǎn)品精度。針對(duì)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床應(yīng)用過程中出現(xiàn)的反向偏差問題，最好的解決辦法是使用反向偏差補(bǔ)償法來消除潛在誤差和提高定位精度。反向偏差補(bǔ)償法指的是在設(shè)計(jì)、制造數(shù)控車床的過程中，盡量提高機(jī)械零部件的精度和消除潛在誤差，以實(shí)現(xiàn)對(duì)整體誤差的控制。當(dāng)然，這一方法存在的局限性是成本太高，因此，一定要不斷地研究，嘗試新方法，以實(shí)現(xiàn)低成本、低誤差、高精度的加工過程。

4.2伺服系統(tǒng)的誤差及抑制

綜上所述，伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床的加工過程中具有重要的應(yīng)用價(jià)值，它會(huì)直接影響到機(jī)械工件的加工精確度，因此，一定要充分重視伺服系統(tǒng)加工過程中產(chǎn)生的誤差問題。首先，要從車床設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)抓起，采用動(dòng)態(tài)性能好的驅(qū)動(dòng)裝置，提高伺服裝置的抗壓水平和抗載能力，從而有效地減少伺服系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差；其次，在確定數(shù)控車床的伺服裝置之后，一定要進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。

4.3床身導(dǎo)軌的幾何精度

隨著現(xiàn)代化技術(shù)水平的提高，數(shù)控車床的加工精度、加工效率也得到了很大的提高；與此同時(shí)，數(shù)控車床自身的性能、結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行及時(shí)更新，這便對(duì)數(shù)控車床底座鑄件的重量、承載能力、導(dǎo)軌精度、抗壓能力等提出了更高的技術(shù)要求。一方面，全功能的數(shù)控車床需要靈活利用斜床造型，而非傳統(tǒng)的復(fù)雜的鑄件整體結(jié)構(gòu)，以最大限度地減輕設(shè)備自身重量。另一方面，相關(guān)的加工制造企業(yè)要致力于提高數(shù)控車床的抗彎水平、抗扭水平，采用封閉式筒形結(jié)構(gòu)，以確保數(shù)控車床運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5結(jié)語

機(jī)械加工制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量與數(shù)控車床的加工精度是直接掛鉤的，因此，數(shù)控車床的制造者和使用者都應(yīng)該在數(shù)控車床的加工精度方面多下功夫，以進(jìn)一步改善數(shù)控車床的加工水平，促進(jìn)我國(guó)機(jī)械加工工業(yè)的發(fā)展。

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