數(shù)控車床加工精度的影響因素及對(duì)策分析

高海兵

摘要：車床作為機(jī)械加工過程當(dāng)中必不可少的設(shè)備，也在不斷的經(jīng)歷著更新?lián)Q代，經(jīng)過幾代的發(fā)展，車床已經(jīng)由最開始的老式車床發(fā)展到今天的更加智能化的數(shù)控車床，并且隨著數(shù)控車床的加工制造技術(shù)不斷提高，使其在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用變得越來越廣泛。經(jīng)機(jī)械加工得到的產(chǎn)品，其質(zhì)量精度與機(jī)加工所使用的數(shù)控車床精度直接相關(guān)，因此數(shù)控車床的加工精度一直都是重點(diǎn)研究內(nèi)容。本文針對(duì)影響數(shù)控車床加工精度的相關(guān)因素進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改善措施，對(duì)提高數(shù)控車床的加工精度以及數(shù)控車床的進(jìn)一步發(fā)展有一定的幫助。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;加工精度;影響因素;對(duì)策

0? 引言

機(jī)械制造業(yè)是國家工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，從機(jī)械手表中的齒輪到飛機(jī)航母的制造，機(jī)械加工發(fā)揮著重要作用。因?yàn)闄C(jī)械的存在，使得工業(yè)生產(chǎn)能夠更加高效，以機(jī)械制造業(yè)為例，通過引用大量先進(jìn)的數(shù)控車床，使一線技術(shù)工人的工作量降低，同時(shí)能夠降低加工過程中人為的操作失誤，從而保證了最終的加工制造精度。相較于傳統(tǒng)車床，數(shù)控車床具備自動(dòng)化程度高、加工精度高等諸多特點(diǎn)，因此其優(yōu)勢(shì)更加明顯。不過隨著科技的不斷發(fā)展，在航空航天以及其他高端領(lǐng)域，對(duì)機(jī)械零件的精度要求越來越高，只有精度足夠才能使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。而為了保證機(jī)械零件的精度，就必須相應(yīng)的提高加工機(jī)械零件的數(shù)控機(jī)床的精度。在數(shù)控機(jī)床中，數(shù)控車床應(yīng)用更加廣泛，因此我們以數(shù)控車床為研究目標(biāo)，分析影響數(shù)控車床加工精度的影響因素，并提出具體措施。

1? 數(shù)控車床精度的影響

數(shù)控車床在正式加工之前，需要編寫相應(yīng)的加工程序，通過利用編寫完成的數(shù)據(jù)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)加工，整個(gè)的工作原理就是通過數(shù)字以及文字符號(hào)等完成指令的下達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制一臺(tái)或者多臺(tái)加工機(jī)床的功能。盡管與傳統(tǒng)的加工車床相比，數(shù)控機(jī)床有較大的優(yōu)勢(shì)。但現(xiàn)階段，客戶對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量以及實(shí)際使用性能的要求越來越高，特別在一些機(jī)械前沿領(lǐng)域，數(shù)控車床需要能夠完成更高精度的零件加工，因此必須強(qiáng)化數(shù)控車床加工精度的進(jìn)一步控制。不過，就目前來看，數(shù)控車床在加工單一工件以及小批量工件時(shí)，自動(dòng)化水平還不夠，而在加工形狀較為復(fù)雜、對(duì)加工精度要求較高的工件，自動(dòng)化加工工藝還需要進(jìn)一步的提升與優(yōu)化。在數(shù)控車床加工領(lǐng)域，如果想要進(jìn)一步的提高加工精度，除了進(jìn)一步進(jìn)行設(shè)備研發(fā)之外，目前最容易實(shí)現(xiàn)的就是控制加工生產(chǎn)誤差，在這個(gè)過程中，需要不斷的進(jìn)行研究總結(jié)，確定有哪些加工生產(chǎn)誤差，確定導(dǎo)致這些誤差產(chǎn)生的原因，從而制定有針對(duì)性的改進(jìn)措施，進(jìn)而保證數(shù)控機(jī)床的加工精度，保證加工出的零件精度能夠滿足客戶的使用要求。

2? 數(shù)控車床加工精度影響因素

數(shù)控車床在實(shí)際應(yīng)用的過程中，其加工工藝受到多種因素的影響，從而會(huì)產(chǎn)生加工誤差，對(duì)最終機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量有所影響，具體影響因素如下：

2.1 伺服因素

當(dāng)操作數(shù)控機(jī)床加工機(jī)械零件時(shí)，伺服系統(tǒng)控制著車床的運(yùn)轉(zhuǎn)，為車床的運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。操作人員在使用車床對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行加工處理時(shí)，必須精確控制工件的空間運(yùn)動(dòng)位置，此時(shí)就需要利用伺服電機(jī)。因?yàn)樗欧姍C(jī)對(duì)數(shù)控車床的傳動(dòng)系統(tǒng)的滾珠絲杠具備驅(qū)動(dòng)能力，因此當(dāng)數(shù)控車床在使用過程中如果滾珠絲杠的傳動(dòng)出現(xiàn)問題，產(chǎn)生誤差，那么對(duì)最終加工出的零件精度會(huì)有較大影響，造成定位精度誤差問題的產(chǎn)生。

2.2 刀具參數(shù)的影響

數(shù)控車床在加工過程中，工件通過車床的車刀完成車削加工。在車刀進(jìn)行切削加工時(shí)，因?yàn)檐嚨侗旧泶嬖谥髌且约暗都鈭A弧半徑，所以當(dāng)使用車刀車削工件的外圓時(shí)，對(duì)于一些比較微小的偏差無法避免。在實(shí)際的加工過程中，如果沒有考慮到這種誤差的問題，容易使刀具的主偏角減小，從而導(dǎo)致加工工件的誤差變大。因此，針對(duì)這種問題，在操作數(shù)控車床進(jìn)行加工的過程中，需要對(duì)刀具的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行充分考慮，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控車削程序的編寫，分析刀具軸線的偏差，之后調(diào)整刀具的具體位置。

2.3 逼近誤差的影響

數(shù)控車床加工生產(chǎn)過程中，必須對(duì)編程的逼近誤差進(jìn)行完全的確定。上述的逼近誤差，是指在對(duì)零件的輪廓進(jìn)行編程時(shí)，采用擬合的理念，使用近似的算法，從而能夠逼近零件的輪廓形狀所產(chǎn)生的的誤差。機(jī)械工件在數(shù)控車床上進(jìn)行正式加工前需要進(jìn)行相應(yīng)的編程，不同的零件編程的理念也不相同。如果需要加工的零件外形不是規(guī)則的，可以采用相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)，近似的對(duì)非圓線性處理，將零件的曲線輪廓用直線輪廓代替，不過采用這種替代方法，其所形成的刀具輪廓形狀不能和被加工目標(biāo)的輪廓形狀重合，導(dǎo)致出現(xiàn)一定的加工誤差。

2.4 圓整誤差的影響

數(shù)控車床在進(jìn)行加工的過程中，其精度還受圓整誤差因素的影響，影響加工工件的質(zhì)量。在價(jià)格相對(duì)較低的數(shù)控車床中，在實(shí)際加工時(shí)，如果使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，那么其直線位移的最小值由它的脈沖當(dāng)量決定。根據(jù)加工工件的圖紙尺寸，使用數(shù)控車床進(jìn)行相應(yīng)的加工操作，通過控制脈沖個(gè)數(shù)，讓它成為規(guī)則的參數(shù)。脈沖當(dāng)量作為工件尺寸里面的最小單位，其數(shù)值大小直接決定著數(shù)控車床加工精度。在對(duì)數(shù)控車床加工的零件尺寸進(jìn)行數(shù)學(xué)處理時(shí)，只能夠保證圓整到脈沖當(dāng)量值，因此在圓整的過程中就會(huì)產(chǎn)生誤差，即為數(shù)控車床編程過程中的圓整誤差。因?yàn)閳A整誤差的存在，導(dǎo)致加工工件的尺寸規(guī)格會(huì)受到影響，因此需要采取一定的措施。

3? 提高數(shù)控車床加工精度的相關(guān)對(duì)策

通過上述分析，已經(jīng)了解到影響數(shù)控車床加工精度的相關(guān)因素，因此就需要針對(duì)這些問題制定具有針對(duì)性的相關(guān)措施，從而在一定程度上提高數(shù)控車床的加工精度，具體措施如下：

3.1 抑制伺服系統(tǒng)的誤差

在數(shù)控車床中，伺服系統(tǒng)的精度對(duì)車床最終加工出的產(chǎn)品的質(zhì)量十分關(guān)鍵，因此必須關(guān)注有伺服系統(tǒng)所引起的誤差。為了保證伺服系統(tǒng)的精度能夠滿足要求，通?？梢赃x擇性能較好的系統(tǒng)部件，比如動(dòng)態(tài)性能較好的驅(qū)動(dòng)裝置等。伺服裝置選擇完成之后，需要對(duì)設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)等進(jìn)行進(jìn)一步的完善，目的是確保不同的進(jìn)給軸的位置開環(huán)增益相等。具體來說，伺服系統(tǒng)對(duì)不同加工形式的影響和抑制方法有許多，具體如下：

①在進(jìn)行單軸直線加工時(shí)，速度誤差不會(huì)對(duì)停止位置產(chǎn)生影響，只不過達(dá)到停止位置的時(shí)間會(huì)稍微晚些，不會(huì)產(chǎn)生相關(guān)加工誤差。

②如果不能夠保證不同進(jìn)給軸的位置開環(huán)增益相等，那在45°時(shí)加工的精度最低，達(dá)不到加工工件的要求。

③在對(duì)圓弧進(jìn)行加工時(shí)，需要對(duì)不同進(jìn)給軸位置開環(huán)增益進(jìn)行設(shè)置，確保它們相等，并且需要盡可能的使位置開環(huán)增益大，目的是使輪廓的加工精度更高，使加工出的工件質(zhì)量能夠達(dá)到實(shí)際的使用要求。

3.2 提高床身導(dǎo)軌的幾何精度

數(shù)控技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，同傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備相比，現(xiàn)有的數(shù)控車床在加工進(jìn)度與加工效率都取得了較為明顯的提升。與此同時(shí)，對(duì)數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)以及其性能的要求也越來越嚴(yán)格，比如數(shù)控車床導(dǎo)軌的精度、車床的承載力、車床底座鑄件的重量等等。通常來說，數(shù)控車床為了能夠?qū)?shù)控車削的各個(gè)方面功能充分發(fā)揮，會(huì)采用斜床而不是整體的鑄件結(jié)構(gòu)，采用這種形式不但能夠改善車床抗彎以及抗扭的能力，提高車床工作時(shí)的穩(wěn)定性，還能夠明顯的降低數(shù)控車床的自重。

3.3 合理選擇工件夾裝方式

數(shù)控車床的工件裝夾方式同普通車床類似，只不過數(shù)控車床的工件一般會(huì)使用多種方式組合進(jìn)行夾裝。數(shù)控車床通過采用這種夾裝方式，不僅能夠提高夾裝的效果與效率，還能夠保證夾裝的準(zhǔn)確度，避免了夾裝失誤以及重復(fù)夾裝等問題的出現(xiàn)，從而能夠提高工件的加工精度。

3.4 優(yōu)化數(shù)控程序

數(shù)控車床在對(duì)工件進(jìn)行車削操作前，需要有相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行相應(yīng)的車削數(shù)控程序編寫并進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，而車削數(shù)控程序的優(yōu)劣直接影響數(shù)控車床的加工精度，所以可以通過優(yōu)化數(shù)控程序從而提高車床的加工精度。在對(duì)數(shù)控程序進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，可以選擇在數(shù)控程序中加入誤差補(bǔ)償和處理代碼的方法。通過對(duì)加工工件的工藝進(jìn)行分析改進(jìn)，優(yōu)化數(shù)控車床的車削程序，能夠減少累計(jì)誤差的產(chǎn)生，從而提高數(shù)控車床的加工精度。

3.5 數(shù)控車床誤差補(bǔ)償

數(shù)控車床在對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)，由于受到逼近誤差和圓整誤差的影響，使車床精度下降，而通過采取誤差補(bǔ)償工藝能夠降低影響。常見的補(bǔ)償措施主要是利用控制系統(tǒng)的有效補(bǔ)償，通過對(duì)數(shù)控車床的現(xiàn)有誤差進(jìn)行有效補(bǔ)償并進(jìn)行處理，能夠確保數(shù)控車床的精度。此外，數(shù)控車床在使用誤差補(bǔ)償時(shí)需要結(jié)合具體的加工工件進(jìn)行處理，對(duì)其中存在的缺陷可以采用硬件處理或者軟件彌補(bǔ)的方法。如果在前期進(jìn)行了相應(yīng)的預(yù)防處理，那么對(duì)于實(shí)際加工制造過程中可能會(huì)出現(xiàn)的不確定因素能夠提前消除，比如，為了提高數(shù)控車床加工工件的質(zhì)量以及其加工效率，需要確保數(shù)控車床的加工系統(tǒng)能夠滿足要求，保證車削過程的準(zhǔn)確性。

在使用重復(fù)定位工藝時(shí)，需要對(duì)采用這種工藝時(shí)的誤差進(jìn)行測(cè)量，如果誤差的數(shù)值較小，那么加工精度不夠會(huì)對(duì)系統(tǒng)數(shù)值的收集與累積產(chǎn)生影響，同時(shí)還會(huì)影響數(shù)控車床加工系統(tǒng)的單元元件。對(duì)此可以使用絕對(duì)值進(jìn)行編制，同時(shí)數(shù)控車床在對(duì)刀時(shí)，應(yīng)該保證零件設(shè)計(jì)質(zhì)量同時(shí)盡可能的避免基準(zhǔn)難以重疊現(xiàn)象的出現(xiàn)，保持最佳的工藝路線。

3.6 保證絲杠加工質(zhì)量

為了提高數(shù)控車床的加工精度，還可以采用一刀多尖的方式，通過采用這種方法，數(shù)控車床在實(shí)際使用過程中，一把車刀采用多個(gè)刀尖進(jìn)行處理，提前對(duì)刀尖進(jìn)行標(biāo)號(hào)處理，對(duì)外圓車刀以及刀尖車端進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使數(shù)控車床生產(chǎn)加工的容量得以增加，加工的角度也更加的靈活。

數(shù)控車床在應(yīng)用時(shí)，能夠完成對(duì)車床的絲杠進(jìn)給施加運(yùn)動(dòng)間隙補(bǔ)償操作。數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，應(yīng)該選擇電機(jī)的縱橫向控制刀具的縱橫向。由于橫縱絲杠間有間隙存在，因此使得螺紋加工過程中會(huì)產(chǎn)生誤差，所以需要進(jìn)行誤差補(bǔ)償與消除。在確保刀具的準(zhǔn)確性的前提下，完成誤差補(bǔ)償量的有效衡量，能夠降低橫縱絲杠間隙誤差。

4? 總結(jié)

數(shù)控車床對(duì)機(jī)械制造業(yè)來說是必不可少的加工設(shè)備，隨著一些高端領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)數(shù)控車床的加工精度要求越來越高，本文通過對(duì)影響數(shù)控車床加工精度的影響因素進(jìn)行了分析，具體闡述了四點(diǎn)影響因素，之后根據(jù)影響數(shù)控機(jī)床加工精度的影響因素提出了四點(diǎn)相應(yīng)對(duì)策，并在此基礎(chǔ)上提出了其他兩點(diǎn)能夠提高數(shù)控機(jī)床加工精度的措施，對(duì)提高數(shù)控機(jī)床加工精度有一定的指導(dǎo)作用。

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