影響數(shù)控車床加工精度因素的分析及控制方法

何承衛(wèi) 徐海波

[摘 要]隨著我國(guó)加工制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)也越來(lái)越多應(yīng)用到了各行各業(yè)。數(shù)控車床由于其加工的精密性也給企業(yè)帶來(lái)了極大的收益。近年來(lái)市場(chǎng)對(duì)零件的精密性和準(zhǔn)確性要求越來(lái)越高，而為了提高零件的質(zhì)量，對(duì)數(shù)控車床的加工精度的分析是有必要的。目前我國(guó)雖然在數(shù)控車床方面的發(fā)展比較快速，但是精度問(wèn)題一直得不到有效的改善。內(nèi)容結(jié)合對(duì)影響數(shù)控車床加工精度的因素的分析，提出了相應(yīng)的控制和解決辦法。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控車床;加工精度因素;分析及解決辦法

一、影響數(shù)控車床加工精度的因素

1.車床本身的誤差

影響數(shù)控車床的加工精度的首要因素就是機(jī)床本身，數(shù)控車床的精度設(shè)置以及數(shù)控車床生產(chǎn)的精確程度都會(huì)影響到車床的精度。另外幾乎所有的零件都需要經(jīng)過(guò)數(shù)控車床的加工，在加工過(guò)程中由于長(zhǎng)期使用及磨損，都會(huì)影響機(jī)床本身的精度，從而影響加工零件的精度。

2.數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)誤差

數(shù)控車床最理想的工作狀態(tài)是車床主軸在回轉(zhuǎn)過(guò)程中是不動(dòng)的，即回轉(zhuǎn)中心在主軸回轉(zhuǎn)過(guò)程中不存在跳動(dòng)或者偏移。但是在實(shí)際的生產(chǎn)中，由于主軸上的軸頸是支撐在軸承上的，軸承又在主軸箱體內(nèi)，加上主軸上的其他零件，會(huì)導(dǎo)致軸承的支撐斷面與中心線不垂直，這樣就會(huì)影響主軸的回轉(zhuǎn)，從而影響加工精度。

3.刀具誤差

數(shù)控車床的加工過(guò)程其實(shí)是通過(guò)程序控制車刀對(duì)零件進(jìn)行切削的過(guò)程，在切削零件的過(guò)程之中，車刀會(huì)因?yàn)槟p導(dǎo)致軸線變化，刀尖軌跡也會(huì)與理想軌跡發(fā)生偏差;刀尖圓弧的半徑越大，誤差就會(huì)越大;車刀的主偏角約大，軸線尺寸的變化又會(huì)越大。從而影響到零件的加工精度。

4.傳動(dòng)系統(tǒng)及導(dǎo)軌誤差

構(gòu)成數(shù)控車床的零部件以及床身本身在工作的過(guò)程中由于外力、傳動(dòng)、溫度、濕度等外在因素的影響而產(chǎn)生彈性形變或?qū)е铝慵p從而造成整個(gè)車床的傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。另外導(dǎo)軌是數(shù)控車床運(yùn)行的基準(zhǔn)，在長(zhǎng)期的使用下也會(huì)磨損，這些都會(huì)影響到數(shù)控車床的加工精度。

二、數(shù)控車床精度控制及改進(jìn)方法

1.誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法其實(shí)就是將軟件和硬件相結(jié)合，充分利用數(shù)控機(jī)床的補(bǔ)償功能對(duì)數(shù)控車床中已有的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒?，是一種控制車床誤差，提高加工精度的有效方法。通過(guò)這種方法能大大減少車床產(chǎn)生的誤差，從而加工出精度極高的零件。

例如：對(duì)于半閉環(huán)的伺服系統(tǒng)，很容易產(chǎn)生反向偏差的問(wèn)題，因此數(shù)控車床在此類系統(tǒng)中的運(yùn)用時(shí)，就可以利用反向偏差補(bǔ)償法去削弱這種誤差，總的來(lái)說(shuō)就是在設(shè)計(jì)以及制造的過(guò)程中對(duì)于可能產(chǎn)生誤差的零件和部位提高其制造精度。對(duì)沒有補(bǔ)償功能的車床，則需要在編程過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)償，如在編程過(guò)程中使用的G41/G42指令，均可以控制刀具磨損而產(chǎn)生的誤差。另外在數(shù)控車床的插補(bǔ)程序中，也可以設(shè)置多個(gè)地址，在軸收到指令而運(yùn)動(dòng)時(shí)，使數(shù)控裝置讀取該軸的反向間隙值，并對(duì)原有的位移指令進(jìn)行修正，使車床定位在更精確的位置從而提高車床的加工精度。

2.誤差防止法

車床在工作的過(guò)程中無(wú)可避免會(huì)產(chǎn)生誤差，雖然很多的誤差能夠補(bǔ)償，但是會(huì)大大提高生產(chǎn)成本，這時(shí)就可以采用誤差防止法。誤差防止法是一種提前預(yù)防的方法，在機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中采取某些辦法盡可能消除以后可能會(huì)出現(xiàn)的誤差源。

例如：通過(guò)提高車床的零部件的裝配精度，改用更好的原材料，設(shè)計(jì)優(yōu)化車床的結(jié)構(gòu)從而提高車床的剛度。還可以在加工的過(guò)程中嚴(yán)格控制環(huán)境，避免工件在裝配的過(guò)程中由于溫度過(guò)高而產(chǎn)生熱變形。所以，在車床工作的過(guò)程中要減少熱源，盡量減少熱量的傳遞。另外，車床的零部件的安裝都存在間隙，這些間隙在以后可能會(huì)變大，可以在制造時(shí)用最大軸向力的三分之一當(dāng)作預(yù)警力加在滾動(dòng)件的滾珠絲杠內(nèi)來(lái)消除這些誤差。誤差防止法雖可以有效控制誤差，但是改進(jìn)材料或者結(jié)構(gòu)需要的成本很高，而且這種方式只能改善，并不能有效解決該問(wèn)題。

3.其他控制精度的方法

以上兩種是主要的控制誤差來(lái)提高加工精度的方法，還有很多其他的方式，這些方式都是極具針對(duì)性的，一般針對(duì)于某個(gè)零部件來(lái)提高，這些方法也都有著很好的效果。

例如：可以采用更靈活、更輕便的斜床結(jié)構(gòu)去代替以往復(fù)雜的鑄件整體結(jié)構(gòu)，一來(lái)可以減輕車床自身的重量，二來(lái)由于斜床是封閉的桶式結(jié)構(gòu)，可以提高車床的抗彎、抗扭水平，從而保證機(jī)床工作的穩(wěn)定性。在零件的加工過(guò)程中，可以分開加工，遵循先粗后精，基準(zhǔn)先行原則，并根據(jù)不同的工序及工藝要求使用不同的轉(zhuǎn)速以及切削速度，這樣不僅可以減少刀具的磨損也可以提高車床的加工效率。在編程之前，也可以先進(jìn)行人工的計(jì)算，使實(shí)際需要的圓弧形刀尖軌跡換算成假象的刀尖軌跡，減少誤差。

目前，數(shù)控技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，數(shù)控車床的使用率越來(lái)越高，而數(shù)控車床的加工精度的高低將直接影響到所加工產(chǎn)品的質(zhì)量，而產(chǎn)品的質(zhì)量又關(guān)系到使用者的體驗(yàn)甚至是安全。因此無(wú)論是車床的制造者還是使用者都應(yīng)該重視這一點(diǎn)。雖說(shuō)無(wú)法保證車床在加工的過(guò)程中沒有誤差，但也必須用多種方法不停嘗試，盡可能控制誤差，減小誤差帶來(lái)的影響，從而提高零件的生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

宋佳佳.淺談提高數(shù)控機(jī)床加工精度的方法[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（11）：13.

[作者單位]

深圳市龍崗職業(yè)技術(shù)學(xué)校

（編輯：司楠）