數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析

馮鋒

摘要： 在我國，數(shù)控車床的使用率極高，且對加工精度的要求也非常高。數(shù)控車床是我國機械制造行業(yè)中比較具有代表性的應用產(chǎn)品。然而，在數(shù)控車床的工件加工使用過程中，受多種因素的影響，其生產(chǎn)的效率和加工的質(zhì)量方面出現(xiàn)了各種問題。本文以數(shù)控機床為基礎，首先分析了影響其加工精度的潛在原因，然后針對性的探討了提高數(shù)控車床精度的有效技術措施。希望這些措施的應用，能夠為相關工件加工質(zhì)量的提高作出有價值的貢獻，同時也能夠更好的促進我國機械加工行業(yè)的長遠發(fā)展。

Abstract： In China， the utilization rate of NUMERICAL control lathe is very high， and the requirement of processing accuracy is also very high. Numerical control lathe is a representative application product in China's machinery manufacturing industry. However， in the process of machining the workpiece of CNC lathe， affected by a variety of factors， the production efficiency and the quality of processing have appeared various problems. Based on the NUMERICAL control machine tool， this paper first analyzes the potential reasons that affect the machining precision， and then discusses the effective technical measures to improve the precision of numerical control lathe. I hope the application of these measures can make a valuable contribution to the improvement of the quality of the workpiece processing， but also can better promote the long-term development of China's machining industry.

關鍵詞： 數(shù)控車床;工件;加工精度;影響因素;提高方法

Key words： CNC lathe;artifacts;machining accuracy;influencing factors;improve the method

中圖分類號：TG506.9????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1674-957X（2021）21-0088-02

0? 引言

目前，在當代機械工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控車床工藝因其表現(xiàn)出眾而獲得了廣大用戶的認可。與此同時，用戶的需求日益提高，對工件的加工精度要求也越來越高。尤其是近幾年科技興起后，帶動了高精密儀器制造技術的大量工業(yè)化生產(chǎn)，也引發(fā)了大量的數(shù)控車床加工誤差問題。這些問題的出現(xiàn)，向數(shù)控車床技術的應用發(fā)出了更大的挑戰(zhàn)。

在機械生產(chǎn)中不可避免的問題是誤差，而誤差的有效解決（或減小）是數(shù)控加工的重點技術工作之一。因為數(shù)控加工過程中的很多因素都能夠引起誤差，直接影響到加工部件的精度和質(zhì)量。所以，必須根據(jù)機械加工的實際要求，對影響因素進行有效分析的同時，采取一定的措施來控制誤差，從而提高數(shù)控車床工件的加工精度。

1? 數(shù)控車床概念簡述

1.1 數(shù)控車床常見分類及結(jié)構(gòu)

市場經(jīng)濟的興起帶動數(shù)控車床加工技術的廣泛應用，該技術按照控制原理的不同可以分為3大類，分別為：

①普通數(shù)控車床加工;②點位控制數(shù)控車床加工;③其他數(shù)控車床加工。在具體的機械加工應用中，數(shù)控加工技術一般用于復雜的、高質(zhì)量要求的成型設計，該技術能夠?qū)崿F(xiàn)用戶對高標準工件的加工要求。

一般的數(shù)控車床由以下幾部分組成，分別為：①車床控制系統(tǒng)，也稱之為配置加工機器，主要用來控制車床;

②車床伺服驅(qū)動系統(tǒng)，主要完成驅(qū)動工作，數(shù)控機床通過工人控制完成工件制作的驅(qū)動操作;③輔助加工系統(tǒng)，為數(shù)控支撐加工提供數(shù)學計算、繪圖等輔助功能;④車床數(shù)控編程系統(tǒng)，用來控制控車床的軟件應用體系或代碼，該系統(tǒng)的應用可以方便工件的自動化加工。

1.2 性能指標及特點

數(shù)控車床固有的特性，使得它更加適用于加工復雜工件和某些特殊零配件，其特有的性能指標能夠讓工件實現(xiàn)自動（半自動）化處理加工，從而有效提高工件的加工效率。同時，因為自動化技術的應用，使得數(shù)控車床的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)更為復雜，一旦出現(xiàn)問題，維修和維護的困難系數(shù)都偏高，需要由專業(yè)人員進行相關操作。

數(shù)控車床的控制是通過數(shù)控編程來完成的，編程系統(tǒng)能夠設定具體的車床加工工作步驟，是數(shù)控車床的關鍵性特征之一。數(shù)控編程技術采用伺服系統(tǒng)（多為機器語言）語言裝置進行工件驅(qū)動工作，由工人根據(jù)車床系統(tǒng)的提示信息進行操作與加工，使工人從繁重的手工勞動中解放出來，大大提高了加工的效率與質(zhì)量的同時，也簡化了工作人員的工作內(nèi)容與強度。

但是，數(shù)控車床能夠提高工件加工精度的同時，對投資成本的要求也加大了許多。越是精度系數(shù)和質(zhì)量要求高的工件，其加工過程中使用的數(shù)控車床應用系統(tǒng)就越復雜，對技術人員和操作人員的專業(yè)性要求也就越強。簡單來說，工件質(zhì)量和數(shù)控加工成本是成正比的。

2? 影響數(shù)控車床精度的因素

人們對生活需求的提高，使得機械工業(yè)對工件或是工藝品的需求變高。各行各業(yè)的發(fā)展過程中，都離不開零部件的使用與更新。在實際應用過程中，數(shù)控車床采用數(shù)字及文字來控制零部件的精密加工，在有效降低手工制造出現(xiàn)的誤差和失誤的負面影響下，能夠減少誤差系數(shù)，加大產(chǎn)品的加工精度。數(shù)控車床的具體操作步驟如圖1所示。

但對于某類單一小批量工件的（半自動化）自動化加工，因為其工件形狀復雜、精度系數(shù)要求高，使得加工效果不理想，在精度及工藝方面還有很大的提升空間。影響數(shù)控車床加工精度的主要因素有以下幾點：

2.1 伺服因素的影響

伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床加工操作中，主要承擔數(shù)控車床穩(wěn)定運轉(zhuǎn)操作的工作，在該系統(tǒng)的運作下，數(shù)控車床提供機械動力，并發(fā)揮協(xié)調(diào)控制功能。操作過程中，如果操作人員驅(qū)動系統(tǒng)時出現(xiàn)速度誤差，就會引起傳動誤差和其他一系列問題，導致加工精度產(chǎn)生誤差，影響最終的工件質(zhì)量。

2.2 導軌誤差的影響

數(shù)控車床的很多工作都是在導軌上進行的，因此在工具放入導軌的過程中，必須準確確認各個部件的最理想位置。如果在車床機械加工中發(fā)現(xiàn)導軌磨損，或是操作人員控制軌道失誤，都會引起導軌誤差，給工件的質(zhì)量造成不良的影響。

2.3 刀具參數(shù)的影響

數(shù)控車床加工任何部件都離不開車刀，但在車刀進行切削時，很多隨機問題會產(chǎn)生。如：①車刀主偏角問題，當主偏角位置偏移或是主偏角偏小，都會直接影響加工工件的精度系數(shù)。②刀尖外削問題，當對工件進行外圓車削時，對刀具有更高的要求;一旦圓弧車刀有細微偏差，都會直接影響工件的加工精度系數(shù)。對車削程序進行合理的編寫，并認真分析刀具軸線的偏差進而修正刀具的位置。數(shù)控車床的車刀的刀尖存在圓弧半徑，還存在主偏角和工件之間高度差的問題，也會對數(shù)控車床的加工精度造成一定的影響?；诖耍庸すぜ^程中必須對刀具的相關參數(shù)進行綜合參考，在編程時把誤差問題考慮到其中，從參數(shù)因素上減小潛在誤差的發(fā)生。

2.4 逼近誤差和圓整誤差的影響

所謂逼近誤差，指的是機械控件編程時，采用數(shù)學近似算法，經(jīng)過精確值的控制來逼近零件的基礎誤差，一旦精確值過低，則會影響工件的精度。所謂圓整誤差，指的是在經(jīng)濟型步進電機數(shù)控車床加工中，通過步進脈沖有效控制加工零部件的直線位移量，其中脈沖當量是產(chǎn)品規(guī)格的最小單位，直接影響數(shù)控車床工件的加工精度。當數(shù)控車床工件處于工作狀態(tài)時，當操作到圓整脈沖當量值時，就會無法避免的產(chǎn)生圓整誤差。該誤差量直接影響加工部件的尺寸和規(guī)格。

3? 應對策略的探討

影響數(shù)控車床加工精度的因素有很多，但是在數(shù)控車床加工過程中，不能被這些影響因素所左右，逆來順受。必須要找出相應的應對策略，針對可能出現(xiàn)的因素進行應對處理，從而更有效的降低誤差值，提高工件生產(chǎn)的精度。

3.1 伺服偏差的控制

對于數(shù)控車床來說，伺服系統(tǒng)的作用最為重要，如果想降低車床加工工件的誤差，減少車床自身帶來的負面影響，那么就需要高度重視伺服系統(tǒng)的實際應用。為伺服系統(tǒng)搭配高性能低功耗的驅(qū)動裝置，能夠有效的優(yōu)化車床系統(tǒng)參數(shù)。同時，在車削加工過程中，針對直線工件的物理特性抑制速度誤差，能夠減少速度滯后帶來的一系列問題;針對圓弧加工設置開環(huán)增益功能，提高圓弧工件的輪廓加工精度。

3.2 數(shù)控車床性能控制

機械技術的迅速發(fā)展，給數(shù)控車床帶來了非常大的影響，近年來數(shù)控車床的加工質(zhì)量及效益都得到了明顯的提升。同時，數(shù)控車床的性能問題也得到了越來越多專業(yè)人士的關注。如何能夠有效提高數(shù)控車床的性能，成為專家們?nèi)粘Ｌ接懙膯栴}之一。通常來說，出于提高車床的自身性能方面考慮，可以采用斜床造型來有效提高其抗彎扭能力。采用的標準化系數(shù)高的車刀刀具進行切割，并且為車床配備自動換刀功能，能夠有效的優(yōu)化車削效果，提高零部件的車削精度水平。以數(shù)控車床某軸類零件的具體加工為例，在零件進行粗加工之前，預留1mm刀補控制。然后，采取2次車床車削加工處理，第一次徑向進給量設置為0.5mm，進行一次細加工，一次細加工完成后，還有0.5mm的刀補，此時即可進行二次深加工，從而有效提高產(chǎn)品的精度。經(jīng)過實踐操作表明，從粗加工到一次細加工、二次細加工，通過三次加工的方式，能夠有效控制軸類工件的精度誤差。

3.3 誤差補償控制

在進行數(shù)控加工時，考慮到逼近誤差對產(chǎn)品誤差率的影響，通過對控制系統(tǒng)進行升級，采用數(shù)學計算公式及原理勾勒工件廓形，提高精度系數(shù)，減少逼近誤差，從而保障工件在進行不規(guī)則加工處理時，提高工件的質(zhì)量和精度系數(shù)。對圓整誤差的控制，可以通過硬件處理進行前期預防，也可通過軟件處理彌補誤差的精度值，盡量消除實際操作中的不確定因素影響。針對需要重復定位的工件或工藝，需要在數(shù)控加工之前，進行有效的測量誤差測算，盡量降低測量誤差，從而為深度精細加工提供更準確的計算量，方便后期對工件誤差精度范圍的掌控，有效提高元件生產(chǎn)效率及精度。

3.4 車床的維修與維護

數(shù)控車床對加工精度的要求極高，所以在工作過程中要做到對車床進行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障提示必須馬上進行處理，調(diào)整并優(yōu)化加工相關工作數(shù)據(jù)的安全系數(shù)，并根據(jù)反饋的錯誤信息，進行控制端定點控制與管理。在修復導軌精度的時候，使用環(huán)保導軌涂層來提高車床導軌的耐用性能，減少因?qū)к壩锢硪蛩匾鸬恼`差。同時也可以在系統(tǒng)的維護過程中，提高車床的測量加工定位精度，減小切削精度對工件質(zhì)量的一系列影響。

4? 結(jié)束語

數(shù)控車床在進行工件加工過程中，影響加工精度的原因種類有多種，并且因為其影響程度不同，產(chǎn)生的誤差效果也不一樣。所以，操作人員必須要根據(jù)具體原因進行分析，并以數(shù)控車床為基礎，采用伺服偏差控制、性能控制及誤差補償控制等方式來完善工件的加工質(zhì)量，同時定時對車床進行維修與維護，排除潛在問題危機的影響，提高數(shù)控車床的整體性能和精度比，從而有效保障機械工件的加工精度和質(zhì)量，促進我國數(shù)控車床技術發(fā)展水平的進一步提高。

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