基于數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及應對策略探究

顧宏

（1.淮北工業(yè)與藝術學校，安徽 淮北 235026；2.安徽淮北技師學院，安徽 淮北 235026）

0　引言

數(shù)控車床作為一種先進的加工設備，在實際應用中可以帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。數(shù)控車床加工中，對于產(chǎn)品質(zhì)量的精度控制十分關鍵，尤其是自動化技術的應用，較之傳統(tǒng)的加工技術而言優(yōu)勢較為突出，對新時期的數(shù)控車床加工精度提出了新的要求。在數(shù)控車床加工中，編程精度、伺服精度和插補精度直接關乎加工精準度。此外，數(shù)控車床在生產(chǎn)加工中，還會受到環(huán)境、制造和材料等多種因素的影響，車床施工偏差如果不能得到有效的控制，將直接影響到零件加工質(zhì)量和精度，還有待進一步完善。

1　數(shù)控車床的工作原理

數(shù)控車床作為一種機電一體化產(chǎn)品，在實際應用中集合了眾多的現(xiàn)代化技術，有助于提升加工生產(chǎn)效率和精準度。普通車床在零件加工中，操作者需要結(jié)合施工圖紙來改變工件運動軌跡，新時期對工件的加工提出了更高的要求。在數(shù)控車床加工零件中，需要充分把握工藝參數(shù)和加工流程，通過數(shù)控語言編制加工流程，向伺服系統(tǒng)發(fā)布指令，實現(xiàn)零部件的自動化加工和制造[1]。

2　數(shù)控車床加工精度的影響因素

數(shù)控車床加工過程中，影響因素較為多樣，而伺服控制方法和精度高低，將在很大程度上影響數(shù)控車床加工精度，為后續(xù)的零件加工埋下安全隱患。就數(shù)控車床加工精度來看，影響因素主要包括以下幾個方面：① 車床幾何誤差；② 車刀幾何參數(shù)誤差；③ 車床熱變形誤差；④ 伺服進給系統(tǒng)誤差； ⑤刀具磨損誤差[2]。

就這些車床加工精度影響因素來看，伺服進給系統(tǒng)誤差和車刀幾何參數(shù)誤差是常見的因素，在一定程度上影響著部件的加工質(zhì)量。當前我國的數(shù)控車床加工中，主要是通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠來控制加工位置，而滾珠絲杠的傳動誤差，則是影響數(shù)控車床定位精度的主要因素之一?？v觀當前我國的數(shù)控車床現(xiàn)狀，主要是以閉環(huán)控制系統(tǒng)為主。在實際作業(yè)中，如果伺服電機絲杠反方向運動，不僅會影響到零件加工精度，還會由于空隙的出現(xiàn)導致數(shù)控車床空轉(zhuǎn)，而這種誤差很難避免[3]。受到外部作用力的影響，運動部件可能出現(xiàn)彈性變形現(xiàn)象，加劇數(shù)控車床誤差問題的嚴重程度，無法有效控制數(shù)控車床加工精準度。

數(shù)控車床在零件加工中，車刀在預設的運動軌跡來切割零件。由于車刀的偏角和圓弧半徑，在加工零件時會出現(xiàn)一定的尺寸偏差，而軸向尺寸變化量隨著圓弧半徑的增加而增加。所以，在零件加工中，軸向位移長度的變化取決于軸向尺寸的調(diào)整。在數(shù)控車床的零件加工中，需要綜合分析軸向尺寸和位移長度，優(yōu)化編制加工流程[4]。需要注意的是，刀尖距、圓弧半徑和零件中心高等參數(shù)，將直接影響到零件加工精準度，而數(shù)控車床的使用壽命同樣取決于對這些參數(shù)的把握，其重要性不言而喻。

3　提升數(shù)控車床加工精度的有效措施

（1）優(yōu)化數(shù)控車床的總體設計

在數(shù)控車床總體設計中，應該根據(jù)實際情況選擇合理的生產(chǎn)策略，提升數(shù)控車床制造效率和精準度。從當前我國數(shù)控車床制造企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，主要是通過自行設計主機結(jié)構(gòu)，外購關鍵的功能部件，這樣不僅可以提升加工質(zhì)量，還可以有效減少加工成本[5]。與此同時，數(shù)控車床總體設計中需要保證變形應力均勻分配到每個部件上，這樣可以避免出現(xiàn)剛度薄弱部件，改善車床變形問題。

對于數(shù)控車床結(jié)構(gòu)重心的調(diào)整，可以根據(jù)實際要求適當?shù)慕档椭匦母叨龋诓挥绊懙綌?shù)控車床制造質(zhì)量的同時，還可以增加擺動模態(tài)頻率。在保證結(jié)構(gòu)剛度基礎上，盡可能減小結(jié)構(gòu)材料用量，有效控制機床重心。為了可以有效提升數(shù)控車床加工精度，通過對主軸系統(tǒng)熱態(tài)特性優(yōu)化設計，有助于改善傳統(tǒng)工藝中的缺陷和不足，提升主軸系統(tǒng)設計合理性，盡可能改善主軸漂移現(xiàn)象，將誤差控制在合理范圍內(nèi)[6-9]。

（2）提升車床導軌幾何精度

數(shù)控機床在制造中，應該對床身導軌幾何精度進一步優(yōu)化，明確高精度發(fā)展目標，優(yōu)化車床身底座和導軌結(jié)構(gòu)設計。對于全功能數(shù)控車床，可以選擇斜床身形式進行設計，通過封閉式筒形結(jié)構(gòu)，這樣可以減輕自重，優(yōu)化制造工藝。通過筒形結(jié)構(gòu)，促使數(shù)控機床在切削負荷下，提升床身抗彎強度和剛度，獲得可觀的幾何精準度[10]。通常情況下，需要綜合考慮移動速度，盡可能選擇負載能力較強的導軌，優(yōu)化數(shù)控車床加工工藝。此外，在高負荷切削條件下，提升數(shù)控車床精度，可以根據(jù)實際情況來選擇鑲鋼滑動導軌副結(jié)構(gòu)。將注塑材料用螺栓安裝在鋼導軌上，有助于改善鋼導軌和底座導軌的間隙，優(yōu)化工藝中的缺陷和不足，提升導軌加工精度，為后續(xù)加工質(zhì)量提供堅實保障[11]。

（3）誤差補償法

誤差補償法作為一種有效的系統(tǒng)補償手段，可以將數(shù)控車床零件加工誤差控制在合理范圍內(nèi)，通過誤差補償來提升加工精度。通過現(xiàn)代化技術，在降低數(shù)控車床加工偏差的同時，還可以獲得高質(zhì)量和高精度的零件。采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控車床，受到反向偏差影響，車床重復定位精度誤差難以得到有效控制，影響到加工零件的精度和質(zhì)量[12]?；诖?，通過誤差補償法，可以將零件加工誤差控制在合理范圍內(nèi)，實現(xiàn)對零件加工誤差的有效補償。就當前數(shù)控車床定位誤差來看，大多數(shù)保持在0.02 mm左右，不具備補償功能，借助對應硬件和軟件，實現(xiàn)工具的準確定位，盡可能消除其中存在的間隙[13]。

在不影響數(shù)控車床低速單向定位的同時，有效對數(shù)控車床插補加工。而在這個過程中，對于反向問題，可以在確定間隙值的基礎上插補處理，以此來滿足零件加工需要。對于其他的數(shù)控車床，可以通過內(nèi)置多個地址，用于數(shù)據(jù)的存儲，實現(xiàn)軸反向間隙存儲和補償。改變車床軸運動方向，可以獲取反向間隙值，有效補償坐標位移，將偏差控制在合理范圍內(nèi)，提升工件加工精度，為后續(xù)的加工活動打下堅實基礎。

（4）誤差防止法

誤差防止法是一種有效的預防方法，并非是對誤差的治理，而是通過預防來避免誤差的出現(xiàn)，或是將其控制在合理范圍內(nèi)。通過對機床的優(yōu)化設計，綜合分析可能出現(xiàn)的誤差問題，盡可能將誤差控制在合理范圍內(nèi)。諸如，根據(jù)加工需要來提升車床零部件的加工精度，對現(xiàn)有車床結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化，為后續(xù)的零件加工精度和剛度提供支持[14-15]。此外，還可以對加工環(huán)境有效控制，優(yōu)化加工工藝。但是需要注意的是，誤差防止法同樣存在一定的缺陷和不足，過分的提升數(shù)控車床精度，不僅會影響到產(chǎn)品質(zhì)量，還會增加加工成本，不利于企業(yè)的長遠生存和發(fā)展。

4　結(jié)論

綜上所述，數(shù)控車床在生產(chǎn)加工中，還會受到環(huán)境、制造和材料等多種因素影響，如果未能有效控制車床施工偏差，將影響零件加工質(zhì)量。因此，需要選擇合理范圍，對現(xiàn)有工藝進一步優(yōu)化，改善其中存在的缺陷和不足，提升數(shù)控車床加工精度。

[1] 路苗苗, 鄢萍, 胡林橋. 面向數(shù)控機床維修維護服務的任務分配模型[J].新型工業(yè)化,2013,3(7):68-77.LU Miao-miao, YAN Ping, HU Lin-qiao. Task Allocation Model for CNC Machine Tool Repairation and Maintenance Service, [J]. The Journal of New Industrialization, 2013,3 (7): 68-77.

[2] 曹化. 數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及對策探討[J].科學與信息化,2017,23(34):78-80.CAO Hua. Influencing Factors Analysis and Countermeasures Discussion of NC Lathe Machining Precision [J]. Science and Information,2017,23 (34): 78-80.

[3] 賀紅曉. 數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及對策[J].科技創(chuàng)新與應用,2016,31(19):113.HE Xiao-hong. Influencing Factors Analysis and Countermeasures of NC Lathe Machining Precision [J]. Science and Technology Innovation and Application, 2016,31 (19): 113.

[4] 胡勝來, 鄭勝華, 蔣輝東, 等. 數(shù)控鉆攻中心換刀齒盤定位機構(gòu)設計[J]. 新型工業(yè)化,2017,7(2):15-18.HU Sheng-lai, ZHENG Sheng-hua, JIANG Hui-dong, et al. Design of Positioning Mechanism of Cutter Tooth Disc of NC Drilling Center [J].The Journal of New Industrialization, 2017,7 (2): 15-18.

[5] FELIX C. Precision Lathe Operations on a CNC Mill[J]. Production Machining,2011,2(8):26-27.

[6] 周志恒,張超勇,謝陽,等. 數(shù)控車床切削參數(shù)的能量效率優(yōu)化[J].計算機集成制造系統(tǒng),2015,21(9):2410-2418.ZHOU Zhi-heng, ZHANG Chao-yong, XIE Yang, et al. Energy Efficiency Optimization of Cutting Parameters of NC Lathe [J]. Computer Integrated Manufacturing System, 2015,21 (9): 2410-2418.

[7] 趙忠原. 基于灰色聚類的數(shù)控車床組件故障風險評估[D].吉林：吉林大學,2017.ZHAO Zhong-yuan. Fault Risk Assessment of NC Lathe Modules Based on Grey Clustering [D]. Jilin：Jilin University, 2017.

[8] 溫知新. 影響數(shù)控加工精度的主要因素及提升策略[J].科技與企業(yè),2016,41(6):209.WEN Zhi-xin. Main Influencing Factors and Improvement Strategies of NC Lathe Machining Precision [J]. Science and Technology and Enterprise, 2016,41 (6): 209.

[9] 薛命全. 數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析[J].工業(yè)設計,2017,14(7):139-140.XUE Ming-quan. Influencing Factors and Improvement Measures Analysis of NC Lathe Machining Precision [J]. Industrial Design, 2017,14(7): 139-140.

[10] 于志遠. 數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析[J].科學與財富,2014,22(8):240-240.YU Zhi-yuan. Influencing Factors and Improvement Methods Analysis of NC Lathe Machining Precision [J]. Science and Wealth, 2014,22 (8): 240.

[11] NAGATA F, MIZOBUCHI T, WATANABE K. Controller design of desktop-size NC machine tool with multi-application function[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2016,(9-12):1029-1041.

[12] 張涵. 關于數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及提高方法探討[J].山東工業(yè)技術,2017,23(8):59.ZHANG Han. Influencing Factors Analysis and Improvement Measures Discussion of NC Lathe Machining Precision [J]. Shandong Industrial Technology, 2017,23 (8): 59.

[13] 劉艷輝. 探究數(shù)控車床加工精度的工藝處理及優(yōu)化[J].山東工業(yè)技術,2016,28(7):7.LIU Yan-hui. Research on Processing and Optimization of NC Lathe Machining Precision [J]. Shandong Industrial Technology, 2016,28 (7): 7.

[14] 賈東庭. 數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高措施[J].機械工程師,2015,6(9):194-195.JIA Dong-ting. Influencing Factors and Improvement Measures of NC Lathe Machining Precision [J]. Mechanical Engineer, 2015,6 (9):194-195.

[15] TIRNOVEAN M S. Researches Regarding The Circular Interpolation Algorithms At CNC Laser Cutting Machines[J]. Acta Universitatis Cibiniensis, 2015, 67(1):127-132.

[16] 董耀祖. 影響數(shù)控車床加工螺紋精度的因素與改進措施[J].大科技,2017,2(29):248.Dong Yao-zu. Influencing Factors and Improvement Measures of NC Lathe Machining Thread Precision [J]. Big Science and Technology,2017,2 (29): 248.