數(shù)控車床加工精度的影響因素與提高策略

劉培培

（上海震旦職業(yè)學(xué)院 上海 201908）

1 引言

近些年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中機(jī)械裝備行業(yè)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在機(jī)械行業(yè)不斷發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于機(jī)械中的各種使用零部件的精度提出了更高要求。在現(xiàn)代各種機(jī)械加工過(guò)程中，數(shù)控車床得到了廣泛使用，能夠?qū)Ω鞣N零部件進(jìn)行加工，而且加工效率比較高。對(duì)于數(shù)控車床加工精度產(chǎn)生影響的主要有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面因素。其中外因有加工材料、操作人員以及加工環(huán)境等因素，內(nèi)因主要有數(shù)控車床本身在編程精度以及插補(bǔ)精度等方面的原因。機(jī)械中各個(gè)零件的進(jìn)度會(huì)對(duì)機(jī)械正常運(yùn)行產(chǎn)生直接影響，因此，只有確保數(shù)控車床在加工中的精度，才能更好地生產(chǎn)零部件，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展[1]。

2 對(duì)數(shù)控車床加工精度造成影響的因素

2.1 電氣伺服系統(tǒng)造成的影響

在使用數(shù)控車床對(duì)零件進(jìn)行加工的過(guò)程中，電氣伺服系統(tǒng)對(duì)于車床的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生直接的影響，這個(gè)系統(tǒng)是負(fù)責(zé)車床正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作。常見的電氣伺服系統(tǒng)如下圖一，此系統(tǒng)的準(zhǔn)確度與加工零件精度有直接關(guān)系，在對(duì)機(jī)械中各種零件進(jìn)行加工的過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注的就是零部件以及刀具的位置，對(duì)于位置需要進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在這種情況下，伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)讓滾珠絲杠進(jìn)行前移或者是退后的工作，在對(duì)著這兩者進(jìn)行位置的調(diào)整過(guò)程中，如果伺服驅(qū)動(dòng)和滾珠絲杠其中任何一個(gè)發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)的誤差問(wèn)題，就會(huì)給零部件的生產(chǎn)精度造成很大影響，嚴(yán)重的可能會(huì)造成零件不能使用或者是失效的情況。

圖1 電氣伺服系統(tǒng)

2.2 切削刀具造成的影響

在數(shù)控車床的加工過(guò)程中，需要使用刀具進(jìn)行零件的切削工作。刀具本身就有主偏角以及刀尖圓弧，這就容易導(dǎo)致使用刀具對(duì)零件進(jìn)行切削時(shí)發(fā)生一定程度的誤差，但是在零件加工不斷增加的過(guò)程中，產(chǎn)生的這種誤差就會(huì)不斷增大。因此，在對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)，需要將刀具與軸線這兩者之間的誤差充分考慮進(jìn)來(lái)，再結(jié)合合理的編程，將刀具產(chǎn)生的生產(chǎn)誤差進(jìn)行修正。除此之外，還能通過(guò)另外一種方式，就是將刀具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，目前這個(gè)階段中使用的刀具一定會(huì)出現(xiàn)加工方面的誤差，所以，對(duì)刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)的人員可以充分考慮刀具的構(gòu)造進(jìn)行合理優(yōu)化，盡可能地減少加工中造成的誤差[2]。

2.3 數(shù)控軌道造成的影響

在使用數(shù)控車床進(jìn)行零件加工時(shí)，對(duì)于精度造成影響的一個(gè)重要因素就是數(shù)控車床中的軌道位置，數(shù)控車床的軌道見下圖2 所示，如果出現(xiàn)偏差會(huì)對(duì)精度造成很大影響。在使用數(shù)控車床進(jìn)行加工之前，需要將各個(gè)零件的具體位置進(jìn)行精準(zhǔn)校對(duì)以及測(cè)量，這個(gè)步驟是很關(guān)鍵的，直接決定了數(shù)控車床的加工精度，屬于必要的加工前提工作。在實(shí)際的加工過(guò)程中，一旦出現(xiàn)了車床軌道受到了不同程度的磨損或者是小量偏移等情況，都會(huì)對(duì)加工的零部件產(chǎn)生極大的影響，導(dǎo)致精度下降。除此之外，還有一部分是由于操作人員的失誤而造成的車床出現(xiàn)軌道偏移情況的發(fā)生，進(jìn)而對(duì)于零件的質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。

圖2 數(shù)控車床的軌道

2.4 圓整誤差造成的影響

圓整誤差具體來(lái)說(shuō)就是在進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程途中，進(jìn)行圓軌跡或者是圓弧運(yùn)動(dòng)加工過(guò)程中，這種運(yùn)動(dòng)軌跡和實(shí)際數(shù)值之間會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，對(duì)于一些數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，刀具的實(shí)際運(yùn)行軌跡主要受到電機(jī)的控制，因此，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的脈沖就會(huì)對(duì)刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)的最小距離起到?jīng)Q定性作用。結(jié)合圖紙對(duì)數(shù)控車床中的各種工件展開合理編程，需要充分結(jié)合圖紙的具體需求對(duì)脈沖數(shù)值進(jìn)行設(shè)置，讓數(shù)值成為一個(gè)固定的鏟除。在對(duì)工件進(jìn)行加工的過(guò)程中，通常情況下脈沖當(dāng)量會(huì)設(shè)置成為加工中的最小位移數(shù)值，因此，在這個(gè)加工中能夠?qū)ぜ笮∫约熬_度產(chǎn)生直接影響的就是脈沖個(gè)數(shù)。

2.5 編程誤差造成的影響

當(dāng)技術(shù)人員結(jié)合圖紙對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行準(zhǔn)確編程的過(guò)程中，其中會(huì)出現(xiàn)一些的編程誤差情況，造成這種誤差的重要原因就是數(shù)控機(jī)床里面的數(shù)學(xué)邏輯出現(xiàn)了問(wèn)題，面對(duì)這種編程中出現(xiàn)誤差的情況，一般使用的解決方式就是插值法會(huì)這是將數(shù)控車床的分辨率進(jìn)行提升，進(jìn)而最大程度地減少誤差值，提升精準(zhǔn)度。技術(shù)人員在進(jìn)行這種誤差處理過(guò)程中，一般不會(huì)使用其他的補(bǔ)差程序。

3 有效提升數(shù)控車床加工精度的具體措施

3.1 制定合理解決伺服系統(tǒng)誤差的方案

伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床中的主要組成部分，對(duì)于車床的正常運(yùn)行起到了直接的影響，并且對(duì)于車床的生產(chǎn)精度也有著關(guān)鍵的影響，還能更好地保證各種零部件的加工質(zhì)量。基于這種重要性，為了最大限度地提升伺服系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，在選取伺服系統(tǒng)設(shè)備的過(guò)程中需要選擇性能好的，具體的伺服系統(tǒng)設(shè)備有伺服電機(jī)、伺服控制單元以及伺服進(jìn)給單元等等，在此基礎(chǔ)上，還需要不斷優(yōu)化伺服的控制系統(tǒng)。在使用伺服系統(tǒng)對(duì)圓弧或者是圓環(huán)等零件進(jìn)行加工時(shí)，需要對(duì)進(jìn)給軸進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)為開環(huán)增益，這樣可以有效地提升零部件中輪廓的加工精度。在實(shí)際的零件加工中，進(jìn)給軸需要一直保持在四十五度的位置上，因?yàn)樵谶@種傾斜角度下進(jìn)行相應(yīng)的加工，才能對(duì)零件的精度以及質(zhì)量進(jìn)行更好的保證。

3.2 合理控制數(shù)控車床的軌道精度

目前，我國(guó)的機(jī)械領(lǐng)域獲得了很大程度的快速發(fā)展，并且對(duì)各個(gè)零件的進(jìn)度有了很高的需求，在這種情況下，給我國(guó)的數(shù)控機(jī)床等加工帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。為了提升數(shù)控車床加工的精度，可以選擇使用斜床造型的車床機(jī)體，這樣的結(jié)構(gòu)能夠起到合理降低自動(dòng)的情況，并且這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用的是封閉式的筒形構(gòu)造，這種設(shè)計(jì)對(duì)于提升機(jī)床的抗扭以及抗壓方面的水平，并且還能加強(qiáng)數(shù)控車床在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性。對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行軌道進(jìn)度的合理改善，就需要給車床里面的車座實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化，除此之外，還需要對(duì)軌道的機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)改造，數(shù)控車床一直保持在高負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，車床的軌道很容易受到震動(dòng)而出現(xiàn)比較小的偏差或者是磨損。為了更好地避免這種情況的發(fā)生，就需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)床的軌道進(jìn)行定期維護(hù)以及清理，而且需要對(duì)軌道正確地進(jìn)行矯正。

3.3 合理減少道具偏差的主要措施

在數(shù)控車床對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)都會(huì)使用到道具，但是刀具自身有偏圓角以及刀尖圓弧等方面的特點(diǎn)，在實(shí)際的加工中就會(huì)產(chǎn)生不同程度的誤差。因此，需要對(duì)加工中使用到的道具進(jìn)行一定的處理，能夠有效降低刀具帶來(lái)誤差的主要方式有以下兩種。第一種，就是對(duì)刀具的自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的優(yōu)化以及改進(jìn)，刀具的相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要充分了解道具自身存在的缺點(diǎn)，并且結(jié)合加工需求進(jìn)行一定的改進(jìn)，數(shù)控車床具有自動(dòng)化程度很高的忒單，因此，在進(jìn)行道具的配置方面，需要對(duì)使用的全部刀具都使用相同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并且把刀具庫(kù)里面的全部刀具都進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，這樣可以最大限度地降低由于道具造成的加工誤差情況。第二種，就是需要結(jié)合道具的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行誤差的計(jì)算，再結(jié)合誤差對(duì)創(chuàng)建誤差的修補(bǔ)，在實(shí)際的加工過(guò)程中，對(duì)加工中存在的各種誤差不斷進(jìn)行相應(yīng)修正，以此來(lái)確保實(shí)際加工中各個(gè)零件的精度。

3.4 使用編程法提升加工精密度

在使用數(shù)控車床進(jìn)行加工的過(guò)程中，設(shè)備低速并且單項(xiàng)實(shí)現(xiàn)定位到插補(bǔ)點(diǎn)位置時(shí)，編程法這種方式就可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)以及加工，插補(bǔ)加工主要是當(dāng)數(shù)控設(shè)備在進(jìn)行加工運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一旦出現(xiàn)了正向偏差的情況，需要使用反向間隙插補(bǔ)的方式將偏差進(jìn)行還原，并且把機(jī)器中的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)合理地補(bǔ)回到正軌位置上。在使用數(shù)控車床進(jìn)行加工的過(guò)程中，通常情況下會(huì)多設(shè)置一些地址儲(chǔ)存系統(tǒng)，這些系統(tǒng)主要是用來(lái)存儲(chǔ)每個(gè)軸的一些反向間隙數(shù)值。如果車床在實(shí)際運(yùn)行中，出現(xiàn)了不正常的指令，或者是指令發(fā)生了不規(guī)則的變動(dòng)時(shí)，各軸之間的反向間隙數(shù)值就會(huì)直接存儲(chǔ)到上面說(shuō)的系統(tǒng)中來(lái)，這個(gè)儲(chǔ)存系統(tǒng)可以把這些反間隙值直接進(jìn)行合理的讀取，這樣就能達(dá)到使用編程方法把數(shù)值進(jìn)行正向的修正目的，從而消除之前的反向偏差，進(jìn)而提升加工的精密度[3]。

3.5 提升相關(guān)操作人員的實(shí)際技術(shù)水平

數(shù)控車床中涉及的技術(shù)是綜合性的，因此，對(duì)于具體操作人員技術(shù)能力有很高的要求，如果技術(shù)能力不能符合實(shí)際的操作需求，可能會(huì)給數(shù)控車床的加工精度產(chǎn)生極大的影響，導(dǎo)致精度下降?；谶@種現(xiàn)狀，需要提升操作人員的相關(guān)技術(shù)能力，提升能力主要從以下的兩個(gè)方面著手，一方面就是招聘一些專業(yè)能力比較強(qiáng)且有豐富工作經(jīng)驗(yàn)的人員進(jìn)行數(shù)控車床的操作，在進(jìn)行操作的過(guò)程中，需要技術(shù)人員具有讀圖紙的能力和機(jī)床的編程能力，這就需要相關(guān)操作人員具備這兩方面的能力，并且有相關(guān)的工作經(jīng)驗(yàn)。此外，管理人員不僅需要具有以上兩種能力，還需要具有更加專業(yè)的管理能力，并且具有一定的交流以及工作協(xié)調(diào)方面的能力，這樣可以確保加工流程中的各個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)高效合作，一旦出現(xiàn)什么問(wèn)題可以及時(shí)溝通加以解決。另一方面，需要對(duì)現(xiàn)有的操作技術(shù)人員加強(qiáng)培訓(xùn)以及考核，并且創(chuàng)建高效的獎(jiǎng)罰制度，需要對(duì)操作人員比較強(qiáng)的員工進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，對(duì)于一些操作水平不規(guī)范的人員進(jìn)行相應(yīng)的處罰，獎(jiǎng)勵(lì)或者是處罰主要都是為了讓員工提升自身對(duì)操作的重視，并且提升自己的專業(yè)能力，從而提升加工精度，更好地為我國(guó)機(jī)械領(lǐng)域提供服務(wù)[4-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)控車床在我國(guó)的機(jī)械領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，數(shù)控車床具有很多的優(yōu)點(diǎn)，自動(dòng)化程度比較高且精度高。精度在數(shù)控車床中占有很重要的位置，因此，需要對(duì)車床進(jìn)行技術(shù)以及自身的改進(jìn)以及優(yōu)化，技術(shù)人員可以從制定合理解決伺服系統(tǒng)誤差的方案，合理控制數(shù)控車床的軌道精度，合理減少道具偏差的主要措施，使用編程法提升加工精密度等多個(gè)方面入手，以此來(lái)提升加工精度，提升效率。