提高數(shù)控機(jī)械加工精度的措施探討

廣西機(jī)電技師學(xué)院 葉國(guó)燃

引言

數(shù)控機(jī)床具有很高的生產(chǎn)效率，可以自動(dòng)化加工，并且可以完成普通機(jī)床無(wú)法處理的大部分復(fù)雜零件，大大減輕了操作員的工作強(qiáng)度。提高我國(guó)制造公司建設(shè)和制造力量的速度，將加快和增強(qiáng)我國(guó)的綜合國(guó)力。在現(xiàn)代制造業(yè)中，數(shù)控車(chē)床具有非常重要的地位和作用，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。同時(shí)，可以認(rèn)為隨著技術(shù)各個(gè)方面的進(jìn)步，數(shù)控車(chē)床的狀況將變得越來(lái)越重要。然而，在當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用中，受諸如溫度和反偏差之類(lèi)的因素印象，加工精度不足，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

1 數(shù)控車(chē)床的工作原理和特點(diǎn)

1.1 數(shù)控車(chē)床的工作原理

數(shù)控車(chē)床是一種高精度、高柔性、高效率的自動(dòng)化機(jī)床，主要包括動(dòng)力、電子控制、機(jī)體、伺服系統(tǒng)和傳感器。配備動(dòng)力轉(zhuǎn)塔或多功能轉(zhuǎn)塔，用于加工復(fù)雜的工件，例如直圓柱、斜圓柱、各種螺紋、凹槽和螺桿。其工作原理不同于普通車(chē)床。編譯完零件圖的加工程序，將編程系統(tǒng)輸入到CNC 設(shè)備后，CNC 設(shè)備會(huì)經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，并發(fā)送命令。通過(guò)直接連接到伺服系統(tǒng)（即正在運(yùn)行的機(jī)器）來(lái)運(yùn)行機(jī)器驅(qū)動(dòng)機(jī)體的多個(gè)零件，以根據(jù)要求加工零件圖紙所需的成品零件。

1.2 數(shù)控車(chē)床的特點(diǎn)

與普通車(chē)床相比，各種先進(jìn)部件極大地提高了數(shù)控車(chē)床的性能，并提供了更強(qiáng)大的功能和優(yōu)勢(shì)。首先，數(shù)控車(chē)床具有較高的加工精度和精度，加工過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的可能性較小，安全性和穩(wěn)定性更加突出。其次，數(shù)控車(chē)床的生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率較高。 CNC 系統(tǒng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，大大加快了加工速度。另外，CNC 車(chē)床可以進(jìn)行多坐標(biāo)連接，并且可以加工的工件復(fù)雜性更高。另外，CNC 車(chē)床與普通車(chē)床相比具有更強(qiáng)的加工能力，只需要通過(guò)CNC 程序和參數(shù)進(jìn)行調(diào)整即可。最后，數(shù)控車(chē)床具有高度的自動(dòng)化程度，較低的加工成本和較高的實(shí)際生產(chǎn)率，可以為加工企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 提高數(shù)控加工效率的重要性分析

數(shù)控機(jī)床在我國(guó)制造業(yè)中的作用不可低估，通過(guò)提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，可以不斷提高制造業(yè)企業(yè)的工作效率，有力地促進(jìn)制造業(yè)企業(yè)的發(fā)展。改善我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制，數(shù)控機(jī)床是重要的生產(chǎn)工具，自動(dòng)化程度高，操作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性也得到了提高，借助數(shù)控機(jī)床，可以有效處理加工精度高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。使用CNC 加工機(jī)床，可以節(jié)省大量工序，將生產(chǎn)成本保持在合理范圍內(nèi)，并滿(mǎn)足節(jié)省人力的要求，從而不斷提高加工效率，加快制造進(jìn)度的同時(shí)促進(jìn)企業(yè)健康發(fā)展。

3 影響機(jī)械加工精度的因素分析

與傳統(tǒng)的車(chē)床相比，數(shù)控車(chē)床具有更高的加工精度。這是因?yàn)镃NC 車(chē)床使用的數(shù)字控制可減少人為控制錯(cuò)誤。會(huì)自動(dòng)調(diào)整處理路徑。但是，不管車(chē)床的類(lèi)型如何，加工精度都受到車(chē)刀參數(shù)的影響。

3.1 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素

伺服系統(tǒng)是CNC 車(chē)床的中央系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)的質(zhì)量極大地影響著數(shù)控車(chē)床的加工質(zhì)量。伺服系統(tǒng)控制車(chē)床的不同部分以執(zhí)行加工操作。滾珠絲杠用于將刀具精確地定位在CNC 車(chē)床上，伺服電機(jī)用于精確控制滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)。如果滾珠絲杠中有間隙，將影響加工工具的位置，工具的位置不準(zhǔn)確，不能保證加工質(zhì)量。通常，數(shù)控車(chē)床采用半閉環(huán)控制。即通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)滾珠絲杠的位置，然后將其與設(shè)置位置進(jìn)行比較，并調(diào)整伺服電機(jī)以使?jié)L珠絲杠到達(dá)指定位置。但是，滾珠絲杠與伺服電動(dòng)機(jī)之間的間隙較小，并且由于外部加工力的作用而使間隙增大，從而導(dǎo)致加工誤差。另外，隨著滾珠絲杠地來(lái)回移動(dòng)，中間空間繼續(xù)擴(kuò)大，這會(huì)影響加工精度。

3.2 車(chē)刀參數(shù)變化的因素

刀具有許多切削刃和刻面。這些面形成許多復(fù)雜的角度，而其他角度對(duì)切割有很大的影響。例如，如果將棒加工成圓弧狀的尖端并以較小的進(jìn)入角加工工具，則原料的軸的偏斜度不同，中性差，加工質(zhì)量差。另外，在加工金屬材料時(shí)，必須考慮金屬的硬度和剛度，并且必須根據(jù)各種原材料選擇合適的工具材料，可以減少刀具損壞，提高加工精度，并在加工過(guò)程中產(chǎn)生大量熱量，因此要合理設(shè)計(jì)刀具斷屑槽防止損壞加工表面，以提高加工質(zhì)量。

3.3 由于過(guò)程系統(tǒng)的熱變形而引起的錯(cuò)誤

由于過(guò)程系統(tǒng)的熱變形而導(dǎo)致錯(cuò)誤的三個(gè)原因。首先是機(jī)床的溫度過(guò)高而引起變形。如果在操作過(guò)程中機(jī)床溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致機(jī)床所有零件的磨損和損壞。其次是工具溫度過(guò)高而引起變形。在加工過(guò)程中，連續(xù)加工會(huì)導(dǎo)致刀具受到高溫的影響，從而降低了刀具的韌性，并使刀具的鋒利度降低，從而影響了切割操作。最后是工件的溫度過(guò)高而導(dǎo)致變形。在處理過(guò)程中某些組件會(huì)被加熱。經(jīng)過(guò)加工和冷卻后，長(zhǎng)度和直徑在一定程度上受熱膨脹和冷收縮原理的影響。加工過(guò)程中工件未均勻受熱，冷卻后，總尺寸誤差與最初的期望值相差一定距離，從而導(dǎo)致幾何誤差。

4 提高數(shù)控機(jī)床加工精度的對(duì)策

4.1 提高CNC 車(chē)床本身加工精度的措施

首先，對(duì)于開(kāi)放式CNC 車(chē)床控制系統(tǒng)，一方面必須提高組件的質(zhì)量和性能，可以更好地滿(mǎn)足CNC 車(chē)床的實(shí)際需求。另一方面，需要優(yōu)化控制電路，尤其是要為控制系統(tǒng)構(gòu)建補(bǔ)償電路時(shí)，對(duì)于閉環(huán)數(shù)控車(chē)床控制系統(tǒng)，應(yīng)特別注意反饋系統(tǒng)和安裝過(guò)程中的精度問(wèn)題，以方便滿(mǎn)足相關(guān)要求。其次，考慮到數(shù)控車(chē)床輸送系統(tǒng)造成的錯(cuò)誤，需要執(zhí)行以下操作：第一，必須增加傳動(dòng)元件的剛度，以防止出現(xiàn)過(guò)沖，起落等問(wèn)題。第二，根據(jù)特定的傳輸組件的差異，采用相應(yīng)的方法消除它們之間的差距。例如，如果齒輪中有間隙，則可以使用固定調(diào)整方法或彈性調(diào)整方法進(jìn)行調(diào)整。第三，在傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)械傳動(dòng)鏈經(jīng)常因力或熱變形而變形，因此可以采用減少摩擦的方法。這意味著可以適當(dāng)?shù)卦黾觽鲃?dòng)鏈的剛度。

4.2 在工藝系統(tǒng)的溫度和熱變形影響下提高CNC 車(chē)床加工精度

首先，考慮到溫度控制困難，有必要在CNC 車(chē)床加工過(guò)程中根據(jù)特定溫度在從上限偏差到下限偏差的范圍內(nèi)選擇合適的零件加工尺寸。這樣，可以將空氣溫度對(duì)金屬材料零件尺寸的影響有效地控制在可接受的范圍內(nèi)。

其次，考慮到上述數(shù)控車(chē)床加工精度誤差所引起的加工系統(tǒng)的熱變形，主要采取以下三種措施。第一，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛性和熱穩(wěn)定性以及CNC 車(chē)床的結(jié)構(gòu)。第二，需要進(jìn)行游隙和絲杠螺距誤差校正，并且借助計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行自動(dòng)校正，以提高工作效率和質(zhì)量。

最后，電機(jī)是數(shù)控車(chē)床的重要組成部分，因此在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，如果步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生衰減的振動(dòng)和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的脈沖當(dāng)量誤差，那么相應(yīng)的振動(dòng)頻率通常會(huì)跟隨一個(gè)獨(dú)特的電動(dòng)機(jī)。由于頻率相對(duì)接近，因此它們最終會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)和CNC 車(chē)床產(chǎn)生共振。因此，為了有效地控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和CNC 車(chē)床的共振，要增加步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有頻率。但是，需要一些特殊的方法和手段，例如主要增加步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電阻以實(shí)現(xiàn)該操作。

4.3 改善員工專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)

數(shù)控加工的效率與員工的專(zhuān)業(yè)技能密切相關(guān)，在實(shí)際加工過(guò)程中，數(shù)控加工誤差往往是人為因素造成的。因此，制造企業(yè)應(yīng)提高員工的專(zhuān)業(yè)水平，建立科學(xué)合理的管理體系，制造企業(yè)應(yīng)在培訓(xùn)人員規(guī)范安全管理之前，規(guī)范數(shù)控機(jī)床相關(guān)崗位，建立科學(xué)合理的管理體系。通過(guò)質(zhì)量控制和其他生產(chǎn)加工內(nèi)容，確保員工以實(shí)際規(guī)格為實(shí)際工作的基礎(chǔ)，并且嚴(yán)格按照公司制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)格工作，以提高員工的工作水平和質(zhì)量。同時(shí)，加強(qiáng)員工培訓(xùn)。制造公司可以定期培訓(xùn)一線技術(shù)人員以了解數(shù)控機(jī)床的加工原理，加工步驟，操作方法和零件加工技術(shù)，并提高技術(shù)人員加工操作的能力。編程技術(shù)人員可以通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行編程培訓(xùn)。旨在幫助工作人員了解行業(yè)最新技術(shù)和最新指南，以便工作人員可以快速發(fā)現(xiàn)行業(yè)中的問(wèn)題?？梢赃M(jìn)行維護(hù)人員的實(shí)際操作培訓(xùn)，以提高維護(hù)人員的實(shí)際技能，豐富維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，提高全體員工的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。在管理員工時(shí)，傳統(tǒng)的管理方法不再可用，需要某些創(chuàng)新。例如，一家制造公司可以制定評(píng)估系統(tǒng)和薪酬與處罰系統(tǒng)，以定量和定性的方式對(duì)一線技術(shù)人員，編程技術(shù)人員和維護(hù)人員進(jìn)行安全知識(shí)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技術(shù)的全面評(píng)估。對(duì)于優(yōu)秀的員工，制造公司可以通過(guò)提供特定的物質(zhì)激勵(lì)或精神激勵(lì)來(lái)不斷提高他們的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，增強(qiáng)員工的學(xué)習(xí)熱情。

4.4 重視軟件開(kāi)發(fā)

為了不斷提高加工效率并保證數(shù)控機(jī)床的優(yōu)良性能，必須高度重視程序設(shè)計(jì)的控制，人力操作水平等，因此軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用應(yīng)具有較高的水平。價(jià)值是至關(guān)重要的，在CNC 技術(shù)中，自動(dòng)控制技術(shù)是重要的組成部分，CNC 機(jī)床操作員必須具有高度的專(zhuān)業(yè)知識(shí)才能靈活地使用各種操作軟件。但是，由于需要在操作CNC 機(jī)器的過(guò)程中提高相關(guān)人員的知識(shí)水平，因此容易出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，并且在一定程度上阻礙了加工質(zhì)量的提高?？梢约皶r(shí)修改編程程序，這對(duì)于軟件開(kāi)發(fā)和應(yīng)用程序也很重要。通過(guò)執(zhí)行檢測(cè)程序，可以及時(shí)消除CNC 機(jī)器的故障，程序員和CNC 機(jī)器操作員需要執(zhí)行更高級(jí)別的工作，以不斷提高CNC 加工效率。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于加工中的系統(tǒng)問(wèn)題，操作員必須充分考慮管理、切削工具、材料和CNC 機(jī)床設(shè)置等各個(gè)方面，需要科學(xué)的選擇來(lái)不斷改進(jìn)CNC 加工精度，確保零件的加工質(zhì)量，并提高生產(chǎn)效率。實(shí)際上，不可能完全消除加工過(guò)程中的錯(cuò)誤，但是可以采取有效措施將其控制在可接受的范圍內(nèi)。在實(shí)際的加工過(guò)程中，需要采取有效控制加工誤差的措施，以提高加工產(chǎn)品的加工精度。為此，有必要對(duì)實(shí)際加工過(guò)程中的誤差進(jìn)行詳細(xì)研究，找出誤差的原因和影響因素，采取目標(biāo)措施減少或控制誤差。同時(shí)，可以?xún)?yōu)化加工工藝，提高產(chǎn)品加工過(guò)程的可控性，對(duì)提高產(chǎn)品加工精度和生產(chǎn)效率具有積極作用。