數(shù)控車床加工精度的影響因素及解決措施探究

洪劍

摘 要：數(shù)控車床應(yīng)用廣泛，但加工精度影響因素眾多。本文通過對數(shù)控車床的工作原理及生產(chǎn)特點(diǎn)介紹，通過對車床自身情況、控制系統(tǒng)、所用刀具參數(shù)三方面詳細(xì)分析了加工精度的影響因素，并提出了提高數(shù)控車床加工精度的方法和措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;加工精度;影響因素

0 引言

隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣，極大改善了機(jī)械制造業(yè)從業(yè)者的生產(chǎn)環(huán)境、降低了勞動強(qiáng)度，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)控車床應(yīng)用廣泛且各方面性能明顯優(yōu)于普通車床，但其加工精度依然與車床自身的精度、剛性、穩(wěn)定性、裝配工藝、伺服系統(tǒng)、插補(bǔ)精度等有著密切關(guān)系，同時，在使用時還受刀具材料、刀具角度、檢測裝置、生產(chǎn)環(huán)境等因素影響。任何一項影響因素，最終都可能會對最終產(chǎn)品精度造成重大影響。因此，必須對各項影響因素進(jìn)行綜合分析，確保最終零件的加工精度。

1 數(shù)控車床工作原理及其加工特點(diǎn)

（1）數(shù)控車床的工作原理。數(shù)控車床是利用數(shù)字信息控制實(shí)際加工的車床。在使用過程中，要求操作者對加工圖紙的充分認(rèn)識和掌握，并根據(jù)編程要求將刀具相對工件移動的軌跡、速度等信息編制成相應(yīng)的加工程序， 然后送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過譯碼和運(yùn)算后，將命令信息傳輸給伺服系統(tǒng)，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床刀具與工件進(jìn)行相對運(yùn)動，最終加工出符合圖紙需要的零件。

（2）數(shù)控車床加工特點(diǎn)：與傳統(tǒng)加工方法相比， 數(shù)控車床使用時具有以下幾個特點(diǎn)：1）柔性好，適應(yīng)能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜零件生產(chǎn);2）自動化生產(chǎn)程度高，勞動強(qiáng)度低;3）加工精度高，產(chǎn)品一致性好，人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響較低;4）對操作人員的專業(yè)能力要求較高。

2 數(shù)控車床加工精度的影響因素

影響數(shù)控車床加工精度的因素眾多，如：機(jī)床材料性能、裝配工藝、檢測手段、生產(chǎn)環(huán)境、所用刀具等。但就數(shù)控車床加工精度影響因素而言，主要由車床自身因素、驅(qū)動系統(tǒng)精度及刀具參數(shù)組成[1]。

（1）機(jī)床自身因素。數(shù)控車床屬于精密機(jī)械，在選材、設(shè)計、制造、安裝過程中要嚴(yán)格按照工藝流程進(jìn)行。但由于目前國內(nèi)廠家眾多，各廠家對選材要求，制造工藝、裝配流程等要求不同，檢測尺度不一，品控要求不嚴(yán)，致使很多機(jī)床實(shí)際使用性能遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計指標(biāo)，同時還存在運(yùn)行不穩(wěn)定等諸多問題。

（2）驅(qū)動系統(tǒng)精度。當(dāng)前，數(shù)控車床根據(jù)控制系統(tǒng)方式的不同將數(shù)控車床分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三種控制類型。開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)，主要采用步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)床加工進(jìn)給，加工精度與所用電器元件質(zhì)量有直接關(guān)系。此類數(shù)控車床，結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，主要用于精度要求不太高的場合。而半閉環(huán)和閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)則應(yīng)用于加工精度要求較高的場合。目前，我國民用市場中應(yīng)用較多的為半閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)。半閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)，由于檢測元件一般安裝在伺服電機(jī)或絲桿上，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，由伺服電機(jī)驅(qū)動數(shù)控車床上的滾珠絲桿進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)時，會造成反向間隙誤差，而該反向間隙又不能及時通過檢測元件獲取準(zhǔn)確數(shù)值并反饋給數(shù)控系統(tǒng)，從而造成傳動誤差，最終影響加工精度。工作原理見圖1所示。

（3）刀具參數(shù)。數(shù)控車床的生產(chǎn)使用過程，就是利用數(shù)控系統(tǒng)控制車刀對軸（或盤）類零件表面進(jìn)行加工處理，從而獲得所需的形狀和尺寸。由于數(shù)控車刀直接參與切削加工，確定零件尺寸，因此刀具參數(shù)對加工精度起著決定性因素。在實(shí)際使用過程中，為獲得較高的加工精度，數(shù)控車刀在選用時，從刀具材質(zhì)、刀具角度、刀具使用的切削用量等方面均要有所考慮。同時，在實(shí)際使用時，車刀安裝時同工件軸線高度差、車刀主偏角、刀尖過渡圓弧、車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)，也都會對零件的加工精度造成直接影響。

3 提高數(shù)控車床加工精度的措施探討

（1）對數(shù)控車床進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計。在進(jìn)行數(shù)控車床設(shè)計制造過程中，采用提前預(yù)防措施，減小車床自身誤差。例如：在生產(chǎn)過程中，通過合理提高車床零部件的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)及裝配要求，增強(qiáng)數(shù)控車床系統(tǒng)剛性、提高車床穩(wěn)定性，規(guī)范生產(chǎn)環(huán)境，嚴(yán)格工藝要求等方式，確保零件最終生產(chǎn)質(zhì)量。同時，為適應(yīng)高速、高精度要求，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采用導(dǎo)軌安裝在底座導(dǎo)軌上后進(jìn)行整體磨削，以獲得較高的導(dǎo)軌幾何精度。

（2）合理運(yùn)用誤差補(bǔ)償。采用誤差補(bǔ)償，就是當(dāng)車床運(yùn)動坐標(biāo)軸上出現(xiàn)誤差時，可利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的補(bǔ)償功能消除誤差產(chǎn)生的影響，從而有效提高數(shù)控車床實(shí)際生產(chǎn)加工精度。采用誤差補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)在較低精度的數(shù)控車床上加工出高精度的零件。在半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中，反向偏差直接影響車床的定位精度，從而造成零件生產(chǎn)質(zhì)量不合要求。對于國內(nèi)所用數(shù)控車床，當(dāng)其定位精度高于0.01mm時，該機(jī)床均缺少自動補(bǔ)償反向間隙功能。此時可利用相應(yīng)軟件，進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對反向間隙有效清除。在其他類型的數(shù)控車床中，可在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置多個存儲單元，對各軸的反向間隙進(jìn)行存儲。當(dāng)某軸在實(shí)際加工中，需要改變運(yùn)動反向時，可從運(yùn)行的存儲單元內(nèi)讀取反向間隙值，對坐標(biāo)位置進(jìn)行補(bǔ)償修正，從而實(shí)現(xiàn)車床的準(zhǔn)確定位，消除反向間隙造成的加工誤差。

（3）對生產(chǎn)工藝優(yōu)化處理。在數(shù)控車床進(jìn)行孔系加工時，當(dāng)加工路線、加工順序不當(dāng)時，會出現(xiàn)加工誤差。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，要嚴(yán)格按照相關(guān)要求，對孔系的生產(chǎn)進(jìn)行合理安排、精確設(shè)計。同時，在實(shí)際生產(chǎn)中，要密切關(guān)注數(shù)控車刀的運(yùn)行狀態(tài)，確保車刀處于最佳切削狀態(tài)，在磨鈍前能及時更換。

4 結(jié)語

數(shù)控車床作為一項集機(jī)械制造、控制技術(shù)、檢測技術(shù)等多項技術(shù)于一體的高效、高精度生產(chǎn)設(shè)備，在當(dāng)今社會已得到廣泛應(yīng)用。因此，準(zhǔn)確了解加工精度的影響因素及解決方案，對有效提高設(shè)備使用性能有著積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁美玲.數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及對策[J].設(shè)備管理與改造，2014（15）：75-77.