數(shù)控車床加工精度的影響因素研究

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)在制造行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用變得更加廣泛，同時(shí)數(shù)控技術(shù)的成熟度也在提高。通過將數(shù)控技術(shù)恰當(dāng)應(yīng)用到數(shù)控車床加工的過程中，能夠有效提高零件的精度，確保零件加工的質(zhì)量，為我國機(jī)械制造行業(yè)的發(fā)展和制造能力的提高創(chuàng)造良好的條件。需要注意的是，數(shù)控車床加工精度會(huì)受到多種因素的影響，所以在實(shí)際的加工處理當(dāng)中，必須考慮這些因素，積極提出提升加工精度的方法措施，讓數(shù)控技術(shù)可以更好地服務(wù)于制造業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工精度

中圖分類號：TG519.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2096-4706（2018）08-0185-03

Abstract：With the continuous development and progress of modern science and technology，the application of numerical control technology in the manufacturing industry has become more extensive，at the same time，the maturity of numerical control technology is also improving. By applying the numerical control technology properly to the machining process of CNC lathe，the precision of the parts can be improved effectively and the quality of the parts processing can be ensured，which creates good conditions for the development of our machinery manufacturing industry and the improvement of the manufacturing capacity. It is important to note that the machining accuracy of CNC lathes will be affected by many factors，so in the actual processing，these factors must be taken into consideration，and the methods and measures to improve the machining precision are put forward，so that the numerical control technology can better serve the development of the manufacturing industry.

Keywords：CNC lathe；machining accuracy

0 引 言

數(shù)控車床是一種現(xiàn)代化，同時(shí)具有先進(jìn)性的加工設(shè)備，在機(jī)械制造領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中也創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，有效滿足了制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的需要。在具體的數(shù)控車床加工環(huán)節(jié)，提高加工精度是提升產(chǎn)品品質(zhì)的重中之重。在機(jī)械制造業(yè)的未來發(fā)展過程中，將會(huì)進(jìn)一步提高對數(shù)控車床加工精度的要求，這就需要加工企業(yè)能夠準(zhǔn)確了解和把握影響加工精度的諸多因素，最大程度地減少加工誤差，讓數(shù)控車床加工技術(shù)更加成熟，繼續(xù)為我國制造業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供動(dòng)力。

1 數(shù)控車床工作原理及特征

1.1 數(shù)控車床工作原理

數(shù)控車床是一種自動(dòng)化水平極高的機(jī)床，配備大量的工位或動(dòng)力刀塔，可以有效滿足多種加工工藝的要求，加工大量不同圖形和不同性能的復(fù)雜零件。另外，數(shù)控車床具備直線、圓弧插補(bǔ)等多元化的補(bǔ)償功能，能夠讓復(fù)雜的零件在實(shí)際生產(chǎn)過程中突破技術(shù)障礙，實(shí)現(xiàn)大批量的生產(chǎn)，使加工制造企業(yè)在生產(chǎn)制造過程中更加便利，進(jìn)而顯著提高經(jīng)濟(jì)效益水平。數(shù)控車床設(shè)備的效率和精度都處于較高水平，同時(shí)集合應(yīng)用了現(xiàn)代化的制造、計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)，可以滿足自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，生產(chǎn)效率也處于較高水平。數(shù)控車床主要包括動(dòng)力源、傳感器和電子控制單元這幾個(gè)重要部分，能夠在輸入相關(guān)指令以及設(shè)置好相關(guān)參數(shù)之后進(jìn)行自動(dòng)化的生產(chǎn)。數(shù)控車床在實(shí)際運(yùn)行過程中不必依靠操作人員改變工具、機(jī)件等的運(yùn)動(dòng)軌道，也不必大量應(yīng)用刀具對精密零件進(jìn)行反復(fù)的加工和處理。數(shù)控機(jī)床在具體的工作當(dāng)中，其原理主要是依照一定順序?qū)π枰庸さ牧慵M(jìn)行處理，借助數(shù)控語言編制加工程序，輸入CNC裝置當(dāng)中，完善加工程序，然后為系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令，讓整個(gè)系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)車床刀具產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，完成零件加工。

1.2 數(shù)控車床的特征

數(shù)控車床是一種現(xiàn)代化的機(jī)器制造設(shè)備，該設(shè)備最為突出的特點(diǎn)是具備很高的現(xiàn)代化、智能化以及自動(dòng)化水平，能夠滿足大量精密零件制造的要求，為制造行業(yè)的發(fā)展提供先進(jìn)的技術(shù)支持，與此同時(shí)，還能夠提高零件加工的精度，有效提高我國制造業(yè)的發(fā)展水平。分析數(shù)控車床的特征，實(shí)際上就是分析數(shù)控車床和普通車床相比存在的優(yōu)勢，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，能夠有效提高加工精度，保證生產(chǎn)加工出來的零件質(zhì)量穩(wěn)定，且質(zhì)量水平較普通車床加工出來的零件質(zhì)量水平高很多等級；第二，能夠有效滿足復(fù)雜工件的加工需要，這是因?yàn)閿?shù)控車床能夠?qū)崿F(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，這樣即使是生產(chǎn)的零件非常復(fù)雜，也可以通過多種技術(shù)的共同作用，順利地完成生產(chǎn)；第三，生產(chǎn)效率處于較高水平，在生產(chǎn)不同零件的過程當(dāng)中不必像普通車床一樣要進(jìn)行極大范圍內(nèi)的調(diào)整，只需小幅度地調(diào)整數(shù)控程序和參數(shù)就能夠讓零件地生產(chǎn)質(zhì)量和效率大幅提高，節(jié)省了大量的人力和資源，同時(shí)生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間也大幅減少。如果從生產(chǎn)效率上進(jìn)行對比分析，數(shù)控車床的生產(chǎn)效率是普通車床的3～5倍；第四，自動(dòng)化程度很高，不必過多依靠操作人員的人力操控，所以可以有效節(jié)省人力，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，確保各項(xiàng)資源的優(yōu)化配置；第五，數(shù)控車床加工精度要求較高，這就提高了對相關(guān)操作與維修人員的能力要求，需要他們掌握完善的操作與維修技術(shù)，以便適應(yīng)數(shù)控車床加工工作的工作需要。

2 數(shù)控車床加工精度的影響因素

要控制數(shù)控車床的加工精度，首先需要了解加工精度的組成部分。數(shù)控系統(tǒng)控制精度和車床機(jī)械精度共同構(gòu)成了數(shù)控車床的加工精度，所以，不管是其中哪一個(gè)要素出現(xiàn)變化，都會(huì)最終導(dǎo)致加工精度受到影響，進(jìn)而影響零件生產(chǎn)的質(zhì)量。只有掌握影響加工精度的因素，才能夠有針對性地進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)整，在零件制造和機(jī)械加工的過程中提高科學(xué)化水平。通過對大量的數(shù)控車床加工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析，可以發(fā)現(xiàn)影響數(shù)控車床加工精度的因素主要包括車床熱變形、車床幾何誤差、刀具磨損、車刀幾何參數(shù)、伺服進(jìn)給系統(tǒng)誤差等。除此以外，雖然數(shù)控車床的操作具備自動(dòng)化特征，可以有效解放人力，減少對人的依賴，但是具體操作當(dāng)中還是需要相關(guān)操作人員的參與，如果他們的操作不恰當(dāng)，無法運(yùn)用好加工工藝，即使把控好操作環(huán)節(jié)，也會(huì)出現(xiàn)誤差，進(jìn)而影響加工精度。這就要求對提升數(shù)控車床加工精度的方法進(jìn)行積極探究，有效減少各個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的誤差因素，保證實(shí)際生產(chǎn)的質(zhì)量。

3 提高數(shù)控車床加工精度的策略

3.1 優(yōu)化數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)

數(shù)控車床的加工水平實(shí)際上體現(xiàn)出的是我國在機(jī)械制造方面獲得的成就以及達(dá)到的水準(zhǔn)，要從根本上提高數(shù)控車床的加工精度，應(yīng)該從設(shè)計(jì)數(shù)控車床著手，在車床研究及制造上加大研究力度，保證數(shù)控車床制造質(zhì)量，進(jìn)而從源頭入手，提高加工精度水平。目前，絕大多數(shù)的數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)為選用自主研發(fā)設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)行主機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中的重要部件則會(huì)從國外引進(jìn)，其根本目的就是要提升數(shù)控車床的質(zhì)量，同時(shí)控制制造車床的成本，保證經(jīng)濟(jì)效益。在車床的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須要嚴(yán)格遵照等剛度原則，確保機(jī)床變形均勻，以免讓車床的局部結(jié)構(gòu)承受過大的壓力，否則會(huì)讓一些薄弱部件出現(xiàn)變形等誤差，影響車床加工精度。與此同時(shí)，必須要意識(shí)到車床結(jié)構(gòu)重心會(huì)影響車床的有效運(yùn)行，所以除了要確保剛度均勻之外，還要盡可能地減少上部結(jié)構(gòu)材料使用量，降低重心。另外，要在車床設(shè)計(jì)過程中關(guān)注主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性，在設(shè)計(jì)階段就防范之后可能會(huì)出現(xiàn)的熱誤差不足，避免由熱變形導(dǎo)致加工精度受到影響。

3.2 提升床身導(dǎo)軌幾何精度

目前，數(shù)控車床正朝著高精度和高速度的方向改進(jìn)和發(fā)展，對數(shù)控車床高負(fù)荷能力的要求在不斷提高，需要在數(shù)控車床床身導(dǎo)軌方面的設(shè)計(jì)上進(jìn)行有效改進(jìn)與優(yōu)化，提高整體的抗震性能和剛度性能，在床身設(shè)計(jì)的過程中為誤差控制和加工精度的提高奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。就全功能數(shù)控車床來說，一般情況下可以應(yīng)用斜床身，利用這樣的方法能夠讓鑄造工藝變得簡單，與此同時(shí)，還能夠讓鑄件重量大大減輕。如果站在力學(xué)層面上進(jìn)行研究，筒形結(jié)構(gòu)可以讓床身的抗扭與抗彎剛度得到保障，從而提高精度水平。從整體上看，如果站在移動(dòng)速度層面上分析，數(shù)控車床導(dǎo)軌應(yīng)該盡可能選用具有極大承載力的圓柱滾子直線導(dǎo)軌。除此以外，要想確保數(shù)控車床在高負(fù)荷的環(huán)境之下滿足精度以及剛性的實(shí)際要求，可以選用滑動(dòng)導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置方法，確保其幾何精度，為數(shù)控車床的平穩(wěn)安全運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 有效運(yùn)用誤差補(bǔ)償方法

誤差補(bǔ)償法在數(shù)控車床加工精度提升方面占有重要地位，該方法強(qiáng)調(diào)借助數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償功能來補(bǔ)償車床坐標(biāo)軸的誤差，利用誤差的方法來保證加工的精度。在誤差補(bǔ)償法的支持和應(yīng)用之下，能夠讓原本精度水平低的數(shù)控車床生產(chǎn)制造出精度水平極高的復(fù)雜工件。當(dāng)然，在應(yīng)用此方法時(shí)，可以選用硬件或軟件來實(shí)現(xiàn)。第一，針對利用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的車床，車床在定位與重復(fù)定位方面的誤差會(huì)受到反向偏差制約，面對這樣的情況，可以應(yīng)用誤差補(bǔ)償法，補(bǔ)償反向偏差，使零件在實(shí)際加工過程當(dāng)中能夠最大程度地控制誤差，提升精度；第二，利用編程法也能夠讓誤差補(bǔ)償法發(fā)揮最大化的作用，有效完成插補(bǔ)加工操作，使零件公差要求得到滿足，也讓車床生產(chǎn)過程中的精度得到保證。

3.4 合理使用誤差防止方法

誤差防止法同樣是提升數(shù)控車床加工精度的重要措施，而這一方法與上面提及的方法有著一定的差異，因?yàn)檫@一方法并不是治理誤差，而是要做好事先的誤差預(yù)防，早在數(shù)控車床的設(shè)計(jì)以及制造環(huán)節(jié)就注意消除誤差源，防止誤差產(chǎn)生。這一方法在數(shù)控車床加工精度提升領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，而且這樣的事先防范方法能夠最大化地消除安全隱患，確保數(shù)控車床在穩(wěn)定安全的環(huán)境之下有效運(yùn)轉(zhuǎn)。誤差防止法在實(shí)際應(yīng)用中可以從多個(gè)方面著手，比如可以提高車床零部件的裝配精度，使車床結(jié)構(gòu)得到有效完善，讓車床的剛度得以提高；把控機(jī)械加工環(huán)境，提升加工精度。但是在應(yīng)用這一方法時(shí)，必須要考慮企業(yè)車床制造的成本會(huì)對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的獲得帶來一定的影響，所以需要綜合應(yīng)用多種提高車床加工精度的策略，以免陷入精度提升瓶頸。

4 結(jié) 論

數(shù)控技術(shù)應(yīng)用效果以及在數(shù)控設(shè)備制作等方面的能力與水平代表的是國家制造業(yè)的發(fā)展水平，同時(shí)也提示要想推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展，就必須將數(shù)控技術(shù)落到實(shí)處，并對相關(guān)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，最大程度地滿足制造業(yè)發(fā)展的需要。在經(jīng)濟(jì)進(jìn)步和科技日新月異的大環(huán)境下，我國在數(shù)控技術(shù)發(fā)展方面已經(jīng)取得了較為突出的成績，注重加強(qiáng)對數(shù)控車床的自主研發(fā)，并在制造業(yè)的投入使用過程中得到了肯定，也讓我國市場化發(fā)展需要得到了充分滿足。數(shù)控車床加工技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步廣泛應(yīng)用到各種精密儀器制造當(dāng)中，為提高加工精度作出貢獻(xiàn)。

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作者簡介：黃南海（1982-），男，廣東樂昌人，助理工程師。主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)、粉未冶金結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)研究