數控車床加工精度提升策略探析

張瑞

摘 要 數控車床是加工生產領域應用較為廣泛的前沿加工技術，是生產技術改革創(chuàng)新的成果。與傳統(tǒng)生產加工設備相比具有更精進的技術保障，一定程度上提高了生產質量和效率，對于加工生產行業(yè)的發(fā)展起到推動作用。數控車床是在數字化控制基礎上進行的生產加工，雖然具有自動化、智能化等優(yōu)點，但受到一些主客觀因素的影響也常常出現加工精度不佳的現象，直接影響生產質量。基于此，本文對提升數控車床加工精度的有效方法進行分析討論，希望能為相關技術人員提供參考。

關鍵詞 數控車床 加工精度 伺服系統(tǒng) 誤差補償

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0010-03

數控車床的出現和應用不僅改變了加工生產領域的生產加工形式，促進了生產效益的提升，并且對于經濟效益的提升也起到促進作用。在自動化技術、數字化技術融合應用的前提下，也再次對其加工精度提出了更高的要求。因客觀因素對加工精度的干擾會造成生產質量的下降，如編程精度、位置精度、伺服精度等出現誤差，將會影響整體加工質量，若不及時進行處理和改進，那么為生產企業(yè)所帶來的就不僅僅是經濟損失了。因此，必須加強對數控車床加工精度的保障，完善數控車床的質量控制。

1 數控車床的相關概述

1.1 數控車床的組成

數控車床的構成共包括四個部分，分別為：

1.主機系統(tǒng)，這是完成機械加工的關鍵，也是數控車床的主體，其由幾個基礎加工部件組成，如主軸、立柱等，作用是切削工件。

2.數控編程系統(tǒng)，是機械加工處理的核心，以相應硬件設備為基礎，將機械加工處理中的一些數據、參數輸入并存儲其中，然后經過軟件程序進行數據、參數的分析，并發(fā)出一些控制指令執(zhí)行操作。

3.驅動系統(tǒng)，為數控車床的加工提供動力，沒有驅動系統(tǒng)做支撐就很難完成機械加工，一般驅動系統(tǒng)也分為幾個關鍵的組成部分，如主軸電機、主軸驅動結構、進給結構等，而且驅動系統(tǒng)的運作還需要伺服系統(tǒng)提供支撐。

4.加工輔助系統(tǒng)，主要為數控車床的加工運行提供輔助，如噴射機構、數控轉臺、排屑機構等都屬于加工輔助系統(tǒng)的組成部分，一般負責給予照明、冷卻和排屑等輔助作用。

1.2 數控車床的工作原理

數控車床的基本工作原理是按照加工需要將數控編程系統(tǒng)設置為可行程序，輸入相關參數信息經程序做處理后傳輸至伺服系統(tǒng)和可編程程序控制器，由其將處理后的結果轉化為執(zhí)行指令，主機系統(tǒng)收到指令后依據其要求開展對工件的加工處理，之后即可獲得處理后的工件。數控車床的自動化加工處理過程中，最為關鍵的環(huán)節(jié)是參數的輸入、加工程序的編制，只有程序完整可行、參數準確，才能確保加工的質量。

1.3 數控車床的特點

數控車床的特點主要表現在以下幾點：一是數控車床自動化程度高，現代數控車床中所運用的構件和技術都較為先進、智能，有效降低人工操作強度，提高加工效率，體現明顯的自動化特征;二是數控車床對操作員工的能力要求較高，自動化加工處理過程的技術性、專業(yè)性突出，只有綜合能力水平高的操作人員才可以保證數控車床的順利運行;三是數控機床縮短加工處理時間，用自動化程序代替人工處理方式，在操作與調整等工序中以更高的效率完成加工任務，大大減少了工件的加工處理時間。

2 影響數控車床加工精度的因素分析

2.1 位置誤差的影響

位置誤差是數控車床加工中出現概率較多的誤差形式，因為產品加工對細節(jié)的要求是比較高的，一旦某一位置出現偏差必然會影響到其加工精度。從加工生產實際來看，位置誤差一般指的是理想位置的變化和偏差程度的變化，如機械工件的軸和預期理想位置存在偏離、對稱平面存在偏離以及垂直度偏差等，都直接影響到加工的規(guī)范性。導致位置誤差出現的原因通常是生產機械設備在傳動時發(fā)生變形或出現間隙、摩擦過重，造成生產機械設備的部分結構部件參數不符合標準范疇，繼而在加工過程中直接影響加工質量[1]。

2.2 伺服系統(tǒng)的影響

數控車床的實際運作與其伺服系統(tǒng)有著緊密聯系。數控車床主要就是在伺服系統(tǒng)的驅動下完成的生產加工，即伺服系統(tǒng)對滾珠絲杠施加控制，而滾珠絲杠又對數控車床施加定位，以此保證其正常運作。當滾珠絲杠在傳動過程中出現誤差，那么就會直接影響數控車床的定位，繼而影響其運作精度和加工精度。結合當前實際加工生產來看，半閉環(huán)控制形式的數控車床（見圖1所示）是應用最廣泛的，其可以實現對伺服系統(tǒng)的有效控制。在此系統(tǒng)下進行產品生產加工，伺服電動機對絲杠進行逆向運作控制，這個環(huán)節(jié)則存在空運轉的幾率，當絲杠發(fā)生空運轉后就會造成誤差問題，即反向間隙偏差，影響加工精度。而且，數控車床在此系統(tǒng)控制運行下，容易遭到外力作用的加持而導致彈性形變，繼而影響其加工過程中的受力分布，產生一定誤差，也影響其加工精度。

2.3 刀具參數的影響

數控車床在對產品進行加工生產的運作過程中，一般會應用車刀來實現對工件的切削處理，具體切削是根據產品的標準而定的，所加工制成的產品需要符合相應的規(guī)格要求。然而，因車刀長時間應用后其主偏角與刀尖圓弧半徑對比最初安裝時會出現一些偏差，這種誤差在可接受范圍內通常不會影響產品的加工質量，但若其偏差越來越大超出可控范疇，如主偏角逐漸縮小，則會對產品的加工精度造成嚴重影響。對此，在優(yōu)化數控車床加工精度時應綜合考慮到刀具參數的影響[2]。

3 提高數控車床加工精度的有效方法

3.1 改進數控車床的設計工作

因位置誤差而造成的數控車床加工精度問題需從設計環(huán)節(jié)進行改進完善，優(yōu)化數控車床的基本結構，保持各部件的安裝精度，從而才能確保其加工生產的精度。依據數控車床的應用途徑進行分析，明確其生產加工的實際需求和周圍環(huán)境，再對機械設備不同位置的功能部件和結構進行改進，尤其是主體結構在設計時要盡可能把重心高度降低，這樣可以避免長期加工帶來的位置變化誤差。同時，對于數控車床結構部件的強度也要進行嚴格把控，在不影響剛度的基礎上盡量降低結構材料使用量，控制結構和部件的制造質量，防止在加工過程中出現磨損、位置偏離等情況。切實優(yōu)化改進數控車床的整體結構設計，增強其設計合理性與科學性，能夠有效規(guī)避誤差影響，進而提高數控車床的加工精度。

3.2 科學修正伺服系統(tǒng)的誤差

數控車床運作中伺服系統(tǒng)的運行是非常關鍵的，因其誤差的存在會直接影響產品加工精度與質量，因此要加強對伺服系統(tǒng)誤差的科學修正，規(guī)避其誤差的出現，以此提高產品加工質量。伺服系統(tǒng)誤差出現后最容易影響產品直線、產品圓弧位置的標準性，對這些誤差進行修正需進行全面考量。一是對于產品圓弧面的加工處理，伺服系統(tǒng)進給軸位置的開環(huán)增益需保持一致，盡可能提高開環(huán)增益，讓圓弧面得到更好的處理，能夠避免因處理誤差而影響加工質量。二是對于產品加工中速度誤差的分析，因加工運作中刀具在啟動后是持續(xù)高速運轉的，當其被停止后會存在一些時間的滯后狀態(tài)，這一速度誤差的存在會影響產品圓弧位置的加工品質，因此在速度和運作時間控制上要進行一定的合理調整，以免影響圓弧部位的加工處理精度[3]。三是進給軸位置的開環(huán)增益不同，當差異過大時會對加工精度產生影響，對此則需盡可能保證進給軸軸線的角度和運動方向的角度保持在45°，縮小其誤差，達到提高加工精度的目的。

3.3 增強數控車床的整體性能

數控車床隨著科學技術的發(fā)展而在不斷改進，對加工質量和加工效率提出了更高的要求，從其性能結構方面來看，在改進的同時也存在許多需要注意的問題，因車床底座的規(guī)格越來越大，要求底座必須具備較強承載力，且導軌精準度也要進行提升，因而數控車床的整體性能要隨之強化，否則將影響加工精度。提高數控車床的整體性能，要進一步優(yōu)化降低車床底座的重量，將鑄件更換為斜床造型，增加數控車床的抗彎能力與抗扭能力，提高其整體安全性與穩(wěn)定性，保證底座承載力的平穩(wěn)。提高數控車床的整體性能，要統(tǒng)一刀具標準和參數，通常而言，為確保數控車床對車刀的應用需求會設置相應的刀具庫，按照規(guī)格、材質和性能將其進行分類整理，并通過自動換刀裝置可以優(yōu)化其切削效果。因刀具參數影響切削效果，需結合實際加工需要對車削方式進行調整，以保證車削的精準度，從而提升數控車床的加工精度。

3.4 合理選用誤差補償的方式

數控車床加工中需要重點關注的兩種誤差是逼近誤差和圓整誤差，這兩種誤差對于運作加工精度有著較大的影響，逼近誤差指的是精密零件生產中因編程問題而引起的誤差，基于近似算法計算所生產零件的外形規(guī)格，對于不規(guī)則處則按照近似法進行計算，由此構成模型，這一過程中由于實際操作差異的可能性，而出現誤差影響加工精度。對此，則可以通過合理選用誤差補償的方式進行控制，從硬件和軟件兩個方面著手，通過增強硬件機械設備精度實現硬件補償，以及通過升級軟件控制系統(tǒng)實現軟件補償，結合應用兩種補償方式可以進一步降低誤差帶來的加工精度影響。在選擇應用誤差補償方式時，其前提是要根據實際情況全面分析經濟效益，了解數控車床加工中的各種問題，對數控車床進行技術升級改進。同時，對于技術的應用效益也要開展相應的分析，評估技術應用過程中對數控車床加工時可能造成的影響，判斷產品加工單元與整體加工之間的聯系，對技術進行標準化升級，由此提高數控車床控制系統(tǒng)的性能，滿足生產加工的需求[4]。為確保數控車床加工精度得到進一步提升，在實際加工生產中也要對一些細微環(huán)節(jié)進行嚴格把控，加工生產之前調試各個機械設備，對所應用的技術、工藝等開展可行性分析，確保生產機械設備符合標準且足夠穩(wěn)定后再進行下一步操作加工。如當刀具磨損嚴重時要對其進行更換，零部件松動時要及時進行加固等。另外，為了更快速地找到誤差問題所在，以及掌握誤差補償措施的實際運用效果，按照動態(tài)監(jiān)控方式對數控車床進行監(jiān)管，可以實現對誤差的及時處理，從而能夠有效提升數控車床的加工精度。

3.5 進一步提升自動編程水平

數控車床的運行是依照提前設定好的程序而進行的，從數控車床的加工原理可知加工程序的編制非常關鍵，若程序編制出現失誤則必然會影響到加工精度，因此為提高數控車床加工精度則必須重視自動編程水平的提升。在加工程序的編制過程中，編程人員要先確定原點位置，按照統(tǒng)一的編程基準和工藝基準明確原點。在原點確定之后，需進一步明確參數計算方法，設置與數控車床加工處理相符合的計算方法與程序，以此保障計算精準，奠定加工精度的基礎。在加工程序編程過程中也要對工序進行合理安排，結合實際需求詳細分析零件加工的精度標準、剛性要求和變形范圍等，分別按照精加工和粗加工兩種不同處理操作確定適合的比例，并綜合考量加工處理順序。此外，還應提高操作人員的綜合技術能力水平，因數控車床操作過程中涉及多個環(huán)節(jié)，自動編程是操作人員必須掌握的能力，因此若想提升其編程水平，保障加工精度，則需定期組織開展對操作人員、技術人員的培訓，不斷強化操作隊伍的總體水平，實現更好的工作協(xié)調，也有助于加工問題能夠得到及時解決。

4 結語

綜上所述，當前我國生產力快速發(fā)展的背景下，數控車床所起到的作用不容忽視，作為一種創(chuàng)新型的加工技術，運用自動化、數字化的數控車床開展加工能夠強化生產效果。而因位置誤差、伺服系統(tǒng)、刀具參數等因素的影響，導致數控車床的加工質量受到影響。因此，生產加工企業(yè)在實際應用數控車床進行加工生產時應積極改進其設計，科學修正伺服系統(tǒng)誤差，增強整體性能，并合理選擇給誤差補償方式，以此降低加工過程中誤差的出現概率，提高加工精度并保障生產質量，有助于推動加工生產領域的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 吳艷.探討數控車床加工精度的影響因素與對策[J].內燃機與配件，2021（13）：67-68.

[2] 溫進.數控車床加工精度影響因素分析及其控制研究[J].中國設備工程，2021（09）：108-109.

[3] 龍昌演.基于數控車床加工精度的影響因素分析及應對策略探究[J].機電元件，2021，41（02）：52-54.

[4] 秦泉.有效提高數控加工精度的策略思考[J].新型工業(yè)化，2021，11（04）：118-119.