數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高策略

張朝國

摘要：工業(yè)化改革促使科技不斷進步，機械制造業(yè)在發(fā)展中獲得數(shù)控技術(shù)的支持，結(jié)合數(shù)控車床提高生產(chǎn)效率，隨著數(shù)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使高端精密制造技術(shù)不斷進步。實際工況下由于生產(chǎn)條件等多方面影響，使得產(chǎn)品狀況與理論情形存在差距，為確保生產(chǎn)加工零件質(zhì)量，了解數(shù)控車床加工精度影響因素，制定合理的改進對策非常關(guān)鍵。通過介紹數(shù)控車床構(gòu)成，提出數(shù)控車床加工精度提高對策，推動我國制造業(yè)不斷發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;加工精度;影響因素

引言：

隨著社會需求多樣化發(fā)展，機械制造業(yè)經(jīng)歷向多品種生產(chǎn)方式發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化、智能化、全球化成為先進制造技術(shù)發(fā)展的主流。數(shù)控加工技術(shù)憑借其加工精度高、可重復(fù)性高、可一機多用等特點改良零件加工條件。數(shù)控車床加工設(shè)備在機械制造中得到廣泛應(yīng)用，創(chuàng)造巨大的社會經(jīng)濟效益。數(shù)控車床加工中精度控制對產(chǎn)品品質(zhì)有重要影響，生產(chǎn)自動化技術(shù)發(fā)展，對數(shù)控車床加工精度提出了更高的要求。數(shù)控車床加工精度由編程精度等因素決定，數(shù)控車床加工精度受到材料等諸多因素影響，每個因素可能成為影響車床加工誤差主要原因，提高數(shù)控車床加工精度需要分析各影響因素，掌握數(shù)控車床操作中的技巧。

1.數(shù)控加工精度控制概述

數(shù)控車床是機電一體化產(chǎn)品，是集自動控制技術(shù)、計算機信息技術(shù)等于一體的高效率、高柔性的現(xiàn)代機械加工設(shè)備，由機械本體、伺服驅(qū)動裝置、檢測與反饋裝置及輸入輸出部分組成，普通車床加工零件時根據(jù)零件圖紙要求，改變刀具與工件運動軌跡，數(shù)控車床加工零件將加工順序與車床運動要求用數(shù)控語言編制出加工程序，由伺服系統(tǒng)運動完成零件加工【1】。

科技的迅猛發(fā)展造成產(chǎn)品更新加速，產(chǎn)業(yè)高投入是與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相悖的，人類經(jīng)濟水平不斷進步，各行業(yè)對產(chǎn)品各方面質(zhì)量要求提高，數(shù)控設(shè)備顯露出其高精度等優(yōu)勢，由于技術(shù)水平等因素影響，生產(chǎn)加工中得到效果與預(yù)期存在差距。機械零件切削加工中難以實現(xiàn)高精度加工。人類進入21世紀(jì)，電子技術(shù)大規(guī)模集成，影響成品工件得到加工精度因素復(fù)雜，多因素彼此疊加同時作用，僅靠單一方法分析得出結(jié)論難以說明問題。通過對生產(chǎn)加工工件監(jiān)控，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計分析法，得出精度規(guī)律找出解決提升加工精度問題的方法，使工藝過程更加高效【2】。

電腦硬件具有高穩(wěn)定性等特點，可大批量制造加工生產(chǎn)，數(shù)控車床系統(tǒng)中通過對不同系統(tǒng)生產(chǎn)程序執(zhí)行，將數(shù)控系統(tǒng)使用各專業(yè)設(shè)備與制造任務(wù)使用設(shè)備結(jié)合。隨著世界經(jīng)濟格局變化，制造業(yè)在中國地位發(fā)生變化。數(shù)控加工工藝中，機械制造時常規(guī)機床加工遇到很多難題有效解決，數(shù)控機床適應(yīng)性強，可用于保障生產(chǎn)加工質(zhì)量穩(wěn)定，用于生產(chǎn)加工多批量零件。仿真技術(shù)研究較為豐富，目前物理仿真研究多采用理論建模方法進行，能進行正確建模顯示切削加工過程，國際生產(chǎn)工程學(xué)會仿真研究金屬切削過程。目前物理仿真不能考慮所有因素建立精度預(yù)測模型，研究精度預(yù)測模型包括切削力，切削熱，震顫預(yù)測模型。

目前世界環(huán)境受到?jīng)_擊，國民經(jīng)濟中機械制造業(yè)占很大比重，機械制造業(yè)發(fā)展水平是國家生產(chǎn)技術(shù)水平的指標(biāo)，數(shù)控車床是通過主機程序?qū)λ欧到y(tǒng)控制達(dá)到控制操作機床，自動控制機床由CNC、輔助數(shù)控裝置及其他機床附件組成。通過刀具與工件運動獲得零件輪廓，機床作運動精度影響形位精度。應(yīng)從基準(zhǔn)誤差、刀具制造誤差等多方面分析，通過誤差補償法等措施提高加工精度。

2.數(shù)控車床加工精度

傳統(tǒng)上理解制造是加工過程，國際公認(rèn)生產(chǎn)工程學(xué)會定義制造包括原材料選擇、制定生產(chǎn)計劃、質(zhì)量檢測等活動。加工精度是零件表面通過金屬切削加工得到參數(shù)與理論參數(shù)一致度不同為誤差，生產(chǎn)加工中通過誤差可衡量加工水平。機械加工精度包括形狀、位置與尺寸精度【3】。

尺寸精度是成品零件表面尺寸值與理想值一致度，零件尺寸理論值是零件圖標(biāo)注尺寸，較高尺寸精度可通過試切法、自動控制法、定尺寸刀具法等方法獲得。根據(jù)試樣工件尺寸，將刀具對工件位置調(diào)整好，在對工件加工中調(diào)整位置不變，如需退刀應(yīng)使刀具回到原來調(diào)整位置，零件尺寸精度由調(diào)整決定。刀具形狀獲得工件加工表面形狀精度方法，如鍵槽銑刀加工槽，拉刀加工孔等，槽寬度由刀具尺寸獲得。自動控制法是通過由進給、控制裝置組成控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)完成測量尺寸等工作，獲得所需尺寸精度。在數(shù)控機床上測量裝置通過控制刀具與工件位置保證工件尺寸精度。

3.數(shù)控車床加工精度影響因素

數(shù)控車床加工精度由控制精度與車床機械精度組成，數(shù)控系統(tǒng)精度影響數(shù)控車床加工精度，數(shù)控車床加工不精確原因包括車床幾何誤差、車床熱變形誤差、車刀幾何參數(shù)誤差在實際生產(chǎn)中最常見【4】。

數(shù)控車床通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠控制位置，我國數(shù)控機床數(shù)控大多采用半閉環(huán)控制伺服進給系統(tǒng)控制，數(shù)控車床工作中伺服電機絲杠反向運動使空隙空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承空隙產(chǎn)生反向間隙誤差，數(shù)控車床誤差為正向運轉(zhuǎn)誤差，部件受力不均導(dǎo)致彈性間隙變化。零件通過數(shù)控車床車刀按運行軌跡運動產(chǎn)生，導(dǎo)致對圓柱類零件加工軸向尺寸變化，刀尖圓弧半徑增大軸向尺寸變化量增大，對加工零件編程應(yīng)根據(jù)軸向尺寸變化改變軸向位移長度，車刀刀尖圓弧半徑、車刀刀尖距等參數(shù)對加工零件精度產(chǎn)生影響，相關(guān)參數(shù)不合理會影響車床刀具使用壽命。[5]

數(shù)控加工中需明確編程逼近誤差，零件輪廓編程中計算近似逼近零件廓形誤差，對不規(guī)則零件加工可采用近似對非圓曲線線性分割方式，形成刀具廓形狀難以與被加工廓形重復(fù)，需采用列表曲線逼近編程。數(shù)控加工中受到圓整誤差因素影響，經(jīng)濟型數(shù)控機床加工中采用步進電機控制，零件圖紙尺寸規(guī)格為要求進行數(shù)控車床編程。工件尺寸中脈沖當(dāng)量值對數(shù)控車床加工精度起到?jīng)Q定作用。數(shù)控車床工件規(guī)格進行數(shù)據(jù)處理，需降低補償間隙等方式降低精度影響。

現(xiàn)代社會建設(shè)發(fā)展對機械工業(yè)加工制造需求較高，手表精密零件等都是發(fā)揮機械設(shè)備使用性能的必然裝置。將機械設(shè)備與信息技術(shù)相結(jié)合，工業(yè)生產(chǎn)工藝更加高效。數(shù)控車床應(yīng)用可降低人工操作中人為失誤現(xiàn)象，采用數(shù)字文字下達(dá)指令控制加工車床。

研究表明各種因素對數(shù)控車床加工精度影響不同，數(shù)控機床加工精度與機床、夾具及加工環(huán)境等因素有關(guān)。數(shù)控車床自身精度是影響加工件精度重要因素，數(shù)控車床幾何誤差占總誤差的20%，超精密數(shù)控車床比例系數(shù)更高。[6]

4.數(shù)控車床加工精度提高策略

中國是最大的發(fā)展中國家，但我國很多企業(yè)技術(shù)方面水平較低，處于能源材料高投入高污染形式，隨著科技發(fā)展水平提升，改善產(chǎn)品質(zhì)量成為社會對制造業(yè)的要求，加工精度成為質(zhì)檢重要指標(biāo)。針對數(shù)控車床加工精度不高問題，可采用誤差防止法等方法提高加工精度。

誤差防止法是事前預(yù)防，加大車床系統(tǒng)剛度，通過控制機械加工環(huán)境等方法提高機械加工精度傳統(tǒng)方法。誤差防止法缺點是車床性能成幾何數(shù)關(guān)系增長，僅采用誤差防治法精度達(dá)到一定要求后難以提高。車刀幾何參數(shù)引發(fā)加工精度誤差可通過編程使用刀尖軌跡加工輪廓與理想輪廓相符，通過人為計算使需要圓弧形刀尖軌跡換算為假象軌跡。編程中以刀尖圓弧中心為刀尖點，刀尖圓弧中心軌跡繪制較為繁瑣，為避免減少誤差，可通過使用CAD軟件中等距線繪制功能完成操作，采用方法注意檢查使用刀具刀尖圓弧半徑值與程序值相符。

誤差補償法是利用數(shù)控系統(tǒng)補償功能對存在誤差補償?shù)姆椒?，可由軟硬件實施完成。采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控車床定位精度受反向偏差影響，可采用補償法對反向偏差給予補償，我國機械加工業(yè)數(shù)控車床中有很多車床定位精度大于0.02mm，車床無補償功能，可采用編程法單位定位清除反向間隙。編程法可在機械部分不便情況下，實現(xiàn)數(shù)控車床插補加工，給反向間隙值正式插補可滿足零件公差要求。其他類型數(shù)控車床在設(shè)有若干地址，車床主軸被指令改變運動方向，數(shù)控車床裝置讀取反向間隙值，根據(jù)要求將車床定位在指定位置。

提高數(shù)控機床加工精度主要方法有減小原始誤差，轉(zhuǎn)移原始誤差。提高夾具精度，測量誤差等是直接減少原始誤差常見方法。需對可能引起誤差加工原始誤差分析，根據(jù)不同情況采取相應(yīng)措施解決。編程時制造誤差低效工藝系統(tǒng)的速查，使人為誤差與原始誤差抵消。誤差轉(zhuǎn)移法是使誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面。將切削加工中誤差分均分為多部分，為均勻原始誤差。薄壁套類零件壁薄，加工中受切削力及夾緊力等因素影響，薄壁類零件加工中可從切削量等方面改進。[7]

結(jié)語

數(shù)控車床加工精度直接影響產(chǎn)品品質(zhì)，反映在被加工零件尺寸精度上，數(shù)控機床加工精度是機床制造者最關(guān)心的問題。探究數(shù)控車床加工精度影響因素有利于提高數(shù)控車床加工零部件加工精度，本文通過介紹數(shù)控車床構(gòu)成，對數(shù)控車床加工精度影響因素分析，運用增強導(dǎo)軌幾何精度等方法，說明數(shù)控車床加工精度提升對策。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧柏祥.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內(nèi)燃機與配件，2020（13）：62-63.

[2]孫楊鋒，劉榮偉，侯和龍，朱樂，劉雅聰，李萬東.機械加工工藝對零件加工精度的影響因素分析[J].南方農(nóng)機，2020，51（10）：172.

[3]雷少梁.數(shù)控車床加工精度的影響因素及改進措施[J].南方農(nóng)機，2020，51（10）：176.

[4]陸道泉.新時期數(shù)控車床加工精度的影響因素及優(yōu)化方法[J].計算機產(chǎn)品與流通，2020（08）：132-133.

[5]鄧柏祥.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內(nèi)燃機與配件，2020（13）：62-63.

[6]張曉華.解析數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高措施[J].內(nèi)燃機與配件，2019（22）：49-50.

[7]張娟，周丹.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高措施研究[J].數(shù)字通信世界，2019（10）：274.