數(shù)控車床加工精度的影響因素及措施

鐘新元

摘 要：加工產(chǎn)品的質(zhì)量和精度由數(shù)控車床機(jī)械部件加工過程決定。因此從這個(gè)方面看，數(shù)控車床是機(jī)械部件生產(chǎn)加工的核心。本文基于數(shù)控車床的工作原理、組成和特點(diǎn)，分析了加工精度的影響因素，提出了控制和提高加工精度的有效方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 加工精度 影響因素

中圖分類號(hào)：TG519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（a）-0085-02

數(shù)控車床是很先進(jìn)的加工設(shè)備，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益都非常好。車床加工水平、產(chǎn)品生產(chǎn)控制水平的準(zhǔn)確性具有非常重要的影響，隨著生產(chǎn)水平的提高，相應(yīng)的數(shù)控車床加工有更高的要求，車床生產(chǎn)的加工精度，取決于車床精度及編程精度。還有很多方面的影響，整體精度的好壞可能由于加工中的每一步對(duì)錯(cuò)導(dǎo)致。零件的加工精度的好壞有很多原因，怎么提升數(shù)控車床精度，不僅要思考很多因素，并且需要討論一些技巧來解決問題，加工精度才能更好的提升。

1 數(shù)控機(jī)床設(shè)備的組成及特點(diǎn)

1.1 數(shù)控機(jī)床設(shè)備的組成

（1）主機(jī)：主機(jī)是數(shù)控車床的主體，包括床、主軸、立柱、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，還可用于完成各種切削機(jī)械零件。

（2）數(shù)控裝置：數(shù)控車床的核心為數(shù)控裝置，包括軟件和硬件設(shè)備（印刷電路板等），數(shù)字部件加工程序的輸入和存儲(chǔ)就依靠它，為實(shí)現(xiàn)各種控制功能可以處理和更改數(shù)據(jù)。

（3）驅(qū)動(dòng)裝置：驅(qū)動(dòng)裝置是數(shù)控車床執(zhí)行器的驅(qū)動(dòng)部分，有主軸驅(qū)動(dòng)單元、主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、進(jìn)給單元等，可以使用電動(dòng)液壓伺服系統(tǒng)。在數(shù)控裝置的控制下，實(shí)現(xiàn)主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。同時(shí)將幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)，可以促成工件的定位和各種直曲線等空間曲線的加工。

（4）加工輔助裝置：輔助設(shè)備數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行中的一些必要設(shè)施，確保數(shù)控機(jī)床正常運(yùn)行，其功能包括冷卻，除屑、潤(rùn)滑等，包括液壓裝置、切屑清除裝置、數(shù)控轉(zhuǎn)盤及監(jiān)控裝置。

1.2 數(shù)控機(jī)床設(shè)備的主要特點(diǎn)

（1）在加工工藝中，數(shù)控車床的機(jī)械零件加工精度及質(zhì)量更理想。

（2）數(shù)控車床加入多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行更復(fù)雜的機(jī)械零件加工，提高加工工藝水平。

（3）在更多類型加工機(jī)械設(shè)備的情況下，數(shù)控車床只需要控制可以相應(yīng)改變的程序，而不需要整個(gè)生產(chǎn)線重裝，提升了機(jī)械設(shè)備的加工效率，也擴(kuò)大了數(shù)控車床的應(yīng)用范圍。

（4）整體來看，數(shù)控車床生產(chǎn)效率較高。

（5）從機(jī)床設(shè)備的具體運(yùn)行情況來看，數(shù)控車床自動(dòng)化水平較高，可有效降低勞動(dòng)力需求，降低員工工作壓力。

（6）從機(jī)械工件加工技術(shù)來看，數(shù)控車床加工工藝運(yùn)用具有較高的精度。

2 數(shù)控機(jī)床的工作原理

數(shù)控車床有很高的精度控制水平和很好的效率，是目前機(jī)械加工行業(yè)中非常普遍的一種設(shè)備，是多種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合。在數(shù)控車床中，結(jié)構(gòu)一般有多工位轉(zhuǎn)塔技術(shù)結(jié)構(gòu)或動(dòng)力轉(zhuǎn)塔技術(shù)結(jié)構(gòu)。數(shù)控車床具有良好的機(jī)械加工性就是因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)的作用，可以加工如螺紋工件、槽工件和蝸輪工件等多種工件。另外，數(shù)控車床還可以進(jìn)行線性插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)等技術(shù)活動(dòng)，提升復(fù)雜工件加工質(zhì)量、加工效率和精度，整個(gè)機(jī)械零件加工制造業(yè)因此獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和水平。

3 數(shù)控車床加工精度的影響因素分析

數(shù)控系統(tǒng)控制精度和車床機(jī)械精度組合加工精度。數(shù)控系統(tǒng)的精度，伺服控制方式的控制直接受數(shù)控車床的加工精度的影響，機(jī)床精度也將控制數(shù)控機(jī)床車床的加工精度?？梢哉f數(shù)控車床加工精度不準(zhǔn)確原因如下。

（1）車床熱變形誤差。

（2）車床幾何誤差。

（3）車刀幾何參數(shù)引發(fā)的誤差。

（4）刀具磨損誤差。

（5）伺服進(jìn)給系統(tǒng)誤差等。

這里面車刀幾何參數(shù)造成誤差和伺服進(jìn)給系統(tǒng)誤差是很常見的。下面主要詳細(xì)介紹這兩種。

3.1 車刀參數(shù)變化因素

數(shù)控車床車刀對(duì)零件的切削依據(jù)編程，以實(shí)現(xiàn)工件的所需形狀。車刀有主偏角及刀尖圓弧，棒料加工的軸線尺寸有偏差，該偏差角和主偏角成反比，主偏角減小，其增大，正比于刀尖圓弧半徑。因此，對(duì)于數(shù)控車床的編程，可以依據(jù)零件的特征來加工，需要考慮偏差，調(diào)節(jié)相關(guān)位移。數(shù)控車床的編程控制加工，需要考慮車刀的主偏角及刀尖圓弧半徑等偏差，因?yàn)闀?huì)對(duì)精度造成不良影響。

3.2 伺服系統(tǒng)

通過了解數(shù)控車床的基本原理，數(shù)控車床中樞神經(jīng)系統(tǒng)是伺服系統(tǒng)，是數(shù)控車床的重要組成部分。伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件，然后轉(zhuǎn)換成零件，這樣加工就開始了。此外，伺服系統(tǒng)的功能可以依據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)，伺服系統(tǒng)的控制精度就是絲杠的傳動(dòng)精度。典型的，數(shù)控車床運(yùn)用閉環(huán)控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)。在一個(gè)特定的機(jī)械工件加工活動(dòng)里，伺服系統(tǒng)第一對(duì)絲杠信號(hào)傳輸，絲杠隨后反向運(yùn)轉(zhuǎn)，在這種情況下，螺釘具有暫時(shí)的空轉(zhuǎn)，使反向間隙誤差，其影響工件的精度。

4 數(shù)控機(jī)床加工精度的改良方法

4.1 提高床身導(dǎo)軌的幾何精度

現(xiàn)在數(shù)控車床向著高負(fù)荷、高精確度發(fā)展，設(shè)計(jì)人員要重視床身基軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和振動(dòng)性、剛性等。對(duì)于全功能數(shù)控車床，它通常是在傾斜床的形式中，該床通常是封閉管結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化鑄造過程，而且還可以減少鑄件本身的重量。從力學(xué)角度看，圓柱形結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)傾斜床的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度，并且確保該數(shù)控車床能保持良好的精度，有復(fù)雜的切割負(fù)載條件。通常，從移動(dòng)速度思考方面來想，車床應(yīng)為導(dǎo)軌，最好是負(fù)荷較大的圓柱滾子直線導(dǎo)軌。另外，為了確保在高負(fù)載切削條件下，數(shù)控車床應(yīng)具有良好的精度和高剛性，具有鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌子結(jié)構(gòu)。鋼滑軌磨削硬化，螺釘安裝在軌道磨床磨削安裝面上。為了消除底座導(dǎo)軌和導(dǎo)軌之間的間隙，可以利用注塑材料。在軌道磨床整體磨削后，其有最佳的幾何精度。

4.2 伺服系統(tǒng)的誤差及抑制

伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床加工活動(dòng)中具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值，直接影響機(jī)床加工精度。因此，一定要重視伺服系統(tǒng)產(chǎn)生處理誤差的問題。伺服系統(tǒng)的誤差需要更好的控制，有必要從機(jī)器的設(shè)計(jì)開始，包括使用動(dòng)態(tài)性能更好的驅(qū)動(dòng)裝置來提高伺服裝置的抗負(fù)載能力。對(duì)數(shù)控車床的特定伺服裝置把握好后，更進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng)的參數(shù)，如開環(huán)增益應(yīng)選擇最高點(diǎn)等。

4.3 誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法是基于數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償功能，對(duì)現(xiàn)有的坐標(biāo)軸偏差實(shí)施補(bǔ)償法，通過誤差補(bǔ)償方法可以提高車床的精度，由此加工的產(chǎn)品具有很好的精度。硬件或軟件都能被利用。如利用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床，其定位精度誤差，是因反向偏差的影響，為減少誤差使用反向偏差補(bǔ)償方法。

4.4 誤差防止法

誤差防止法不是處理錯(cuò)誤，而是提前防止，機(jī)床的合理設(shè)計(jì)和制造是重點(diǎn)，提前消除可能的錯(cuò)誤來源，避免產(chǎn)生誤差。比如可以通過提高車床零件的加工精度和組裝精度來提高車床的整體剛度，并且合理地控制加工環(huán)境，從而提高加工精度。而誤差預(yù)防法也有一些缺點(diǎn)，若盲目提升車床的性能和精度，就有可能導(dǎo)致車床制造成本上漲，對(duì)企業(yè)的效益有影響。若只是使用誤差防止法來提高數(shù)控車床的加工精度，如果精度到達(dá)了一定的要求，很難再進(jìn)一步提升。

5 結(jié)語

數(shù)控加工精度的水平對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響，有加工零件的形狀精度和尺寸精度和相對(duì)位置精度，數(shù)控機(jī)床的精度被機(jī)床制造商和用戶關(guān)心。本文討論了數(shù)控車床設(shè)備的基本工作原理和特點(diǎn)，加工精度的影響因素和提升數(shù)控車床加工精度的幾個(gè)方法，對(duì)數(shù)控車床精度的提升有很大的意義。

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