數(shù)控車床精度分析及提高精度保持性措施

1　導(dǎo)言

數(shù)控車床是集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)于一體的高效率、高精度、高柔性和高自動(dòng)化的現(xiàn)代機(jī)械加工設(shè)備。它同其它機(jī)電一體化產(chǎn)品一樣，也是由機(jī)械本體、動(dòng)力源、電子控制單元、檢測傳感部分和執(zhí)行機(jī)器（伺服系統(tǒng)）組成。在普通車床上加工零件，是由操作者根據(jù)零件圖紙的要求，不斷改變刀具與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，由刀具對(duì)工件進(jìn)行切削而加工出要求的零件。而在數(shù)控車床上加工零件時(shí)，則是將被加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和車床運(yùn)動(dòng)要求用數(shù)控語言編制出加工程序，然后輸入到CNC裝置，CNC裝置對(duì)加工程序進(jìn)行一系列處理后，向伺服系統(tǒng)發(fā)出執(zhí)行指令，由伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)車床移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)，從而自動(dòng)完成零件的加工

2　數(shù)控車床加工精度的影響因素

數(shù)控車床的加工精度由數(shù)控系統(tǒng)的控制精度和車床的機(jī)床精度共同組成。數(shù)控系統(tǒng)的精度高低、伺服控制的方法是否調(diào)整到最優(yōu)直接影響數(shù)控車床的加工精度，而機(jī)床的機(jī)床本體精度同樣也會(huì)制約數(shù)控車床的加工精度。總的來說，數(shù)控車床加工的不精確性一般由以下原因造成：（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。

3　數(shù)控車床加工精度提高的措施

3.1　誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法，實(shí)際上就是一種通過數(shù)控系統(tǒng)的利用而實(shí)現(xiàn)的補(bǔ)償功能，補(bǔ)償車床坐標(biāo)軸上已經(jīng)存在的誤差，這樣才可以提升車床精度。誤差補(bǔ)償法屬于經(jīng)濟(jì)效益較高的精度控制手段，通過誤差補(bǔ)償技術(shù)，不僅將精度偏低的數(shù)控機(jī)場上，進(jìn)行高精度零件的加工。在實(shí)施誤差補(bǔ)償時(shí)，可以軟件、硬件來加以完成。

第一，針對(duì)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床，反向偏差會(huì)影響其重復(fù)定位以及車床定位的精度，從而對(duì)加工零件的加工精度產(chǎn)生影響，對(duì)于這一類型的誤差，就可以使用誤差補(bǔ)償法，減少精度方面的誤差。目前，在絕大部分國內(nèi)的數(shù)控車床的加工行業(yè)中，其定位精度都大于0.02mm，但是，卻沒有相應(yīng)的補(bǔ)償功能，因此，就可以利用編程的方式，將某一個(gè)場合之下的單位定位加以實(shí)現(xiàn)，將反向的間隙清除掉。

第二，在機(jī)械部分不發(fā)生改變以及低速單向定位達(dá)到了插補(bǔ)的起始點(diǎn)，就可以利用編程法來進(jìn)行插補(bǔ)的加工。如果在進(jìn)行插補(bǔ)時(shí)遇到了反向，就可以做好反向間隙的再正式的插補(bǔ)，就可以實(shí)現(xiàn)零件對(duì)于公差提出的要求。對(duì)于其余類型的數(shù)控車床，可以將若干個(gè)地址設(shè)置在數(shù)控裝置內(nèi)存當(dāng)中，讓其作為專用的各軸反向間隙值的儲(chǔ)存單元。如果數(shù)控車床的某一個(gè)軸得到了指令，要求改變運(yùn)動(dòng)方向，數(shù)控裝置就會(huì)對(duì)于該軸的方向間隙值進(jìn)行不定時(shí)讀取，并且補(bǔ)償與修正坐標(biāo)位移指令值，并且準(zhǔn)確地定位車粗昂的位置，這樣才能夠避免方向偏差對(duì)加工精度產(chǎn)生影響。

3.2　誤差防止法

誤差防止實(shí)際上是一種事前的預(yù)防處理，也就是通過設(shè)計(jì)與制造來講可能存在的誤差源消除。比如：通過零部件加工與裝配精度的提高，來確保車床系統(tǒng)的剛度（進(jìn)行車床材料與結(jié)構(gòu)的改善），另外，也可以通過機(jī)械加工環(huán)境溫度的控制等方法，這是傳統(tǒng)模式下的機(jī)械加工精度提升的方式。誤差防止法主要是采取的“硬技術(shù)”，但是卻存在車床的性能與造假是呈現(xiàn)出幾何級(jí)數(shù)關(guān)系增長的缺點(diǎn)。另外，誤差防止法的單一使用，雖然能夠達(dá)到一定要求的精度，但是想要再一次提升，就非常困難。

4　數(shù)控車床加工質(zhì)量提升的技巧

4.1　運(yùn)用“一刀多尖”

“一刀多尖”指的是在加工不同的工件表面的時(shí)候，可以在一道工序當(dāng)中，使用一把車刀上的多個(gè)刀尖來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)多把車刀使用并且進(jìn)行編程。比如說：1號(hào)位車刀為T01，一個(gè)刀尖車外圓，另一個(gè)刀尖車端面，在偏置號(hào)“T0005”當(dāng)中輸入車外圓刀尖對(duì)刀值，其在編程的時(shí)候，外圓車刀是“T0105”；在偏置號(hào)“T0006”當(dāng)中輸入車端面刀尖的對(duì)刀值，其在編程的時(shí)候，端面車刀是“T0106”，這樣就可以將一把車刀當(dāng)做兩把使用，這樣能夠?qū)⒒剞D(zhuǎn)車刀架的刀庫的容量間接地?cái)U(kuò)充，并且對(duì)于角度的選擇也有一定的優(yōu)勢。

4.2　“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”動(dòng)能的有效運(yùn)用

數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)目前正在推廣“刀尖圓弧半徑補(bǔ)償”功能，該功能對(duì)于軸類零件圓弧表面的加工精度的保證十分有效，大大減小了工藝系統(tǒng)誤差，帶有圓弧半徑的刀尖（即便沒有，刀具有切削過程中也會(huì)因磨損而自然生成），其刀尖點(diǎn)為一個(gè)空間的一個(gè)虛點(diǎn)，數(shù)控編程時(shí)是以這個(gè)虛點(diǎn)來編程的，而實(shí)際切削圓弧表面時(shí)（對(duì)圓柱外圓表面和端面尺寸無影響），刀具實(shí)際切削點(diǎn)為刀尖圓弧上各實(shí)際分布點(diǎn)，必然會(huì)造成一邊過切，而另一邊少切現(xiàn)象，而遇有刀尖圓弧半徑補(bǔ)償補(bǔ)償功能（即G41、G42和G40），能夠進(jìn)行運(yùn)算，始終保證當(dāng)前刀尖點(diǎn)是刀具圓弧與理論外圓輪廓的切點(diǎn)。此功能在數(shù)控車床上運(yùn)用時(shí)簡單有效，十分重要。

4.3　刀具“磨損”的合理運(yùn)用

不管是成批大量生產(chǎn)還是單位小批量生產(chǎn)，數(shù)控車床加工工件時(shí)須有一個(gè)加工試件的過程，如何快速而準(zhǔn)確地保證加工尺寸精度，現(xiàn)在數(shù)控車床系統(tǒng)中增設(shè)了刀具的補(bǔ)償功能，能夠很有效地實(shí)現(xiàn)工件尺寸的快速調(diào)整。

5　結(jié)論

在數(shù)控車床的加工當(dāng)中，產(chǎn)品質(zhì)量的高低一定程度上受數(shù)控車床加工精度的影響。因此，在進(jìn)行數(shù)控車床的加工中，就應(yīng)該找到影響加工井度的規(guī)律以及共性，再配合上實(shí)際的操作經(jīng)驗(yàn)與操作技巧進(jìn)行綜合的分析，就能夠盡可能地降低對(duì)加工精度的影響。