數(shù)控車(chē)床加工精度的影響因素及提高方法

鄭坤華

【摘 要】人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)數(shù)控車(chē)床加工技術(shù)，大到航天飛機(jī)的制造，小到一個(gè)自行車(chē)的零件，都離不開(kāi)數(shù)控車(chē)床，它幾乎涵蓋了所有的工業(yè)領(lǐng)域，在我國(guó)工業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。數(shù)控車(chē)床加工精度高、時(shí)間短、效率高，是普通機(jī)床的四五倍，但是有許多因素會(huì)對(duì)數(shù)控車(chē)床產(chǎn)生影響，制造出一些有瑕疵的產(chǎn)品，對(duì)于一些對(duì)零件精度要求不高的物件來(lái)說(shuō)，有細(xì)微瑕疵還可以接受，但是對(duì)于一些高科技的產(chǎn)品，例如航天飛機(jī)等，它們對(duì)于零件精度的要求是很高的，有可能因?yàn)橐粋€(gè)零件的細(xì)微瑕疵而釀成大禍。例如，美國(guó)的挑戰(zhàn)者號(hào)飛船爆炸就是因?yàn)橐粋€(gè)很小的零件——“O”形環(huán)的問(wèn)題而引發(fā)的重大事故，所以這種高科技產(chǎn)品容不得有半點(diǎn)差錯(cuò)。文章主要論述影響數(shù)控車(chē)床加工精度的因素，提出提高精度的方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控車(chē)床;加工精度;提高方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】TG659 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）10-0128-02

數(shù)控車(chē)床是一種先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備，它可以進(jìn)行一些比較細(xì)微的零件生產(chǎn)。數(shù)控車(chē)床又稱(chēng)為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制車(chē)床，它最大的優(yōu)勢(shì)是全自動(dòng)化，按照事先做好的程序進(jìn)行加工，這極大地減輕了工人的負(fù)擔(dān)，將工人從勞累的工作中解救出來(lái)，在降低了人員投入的同時(shí)，還提高了工作效率。對(duì)比傳統(tǒng)車(chē)床，數(shù)控車(chē)床的優(yōu)勢(shì)是比較明顯的，簡(jiǎn)而言之，傳統(tǒng)車(chē)床依舊需要工人進(jìn)行手工操作，而且傳統(tǒng)機(jī)床只適合一些小規(guī)模加工或者進(jìn)行一些零件的二次修改，零件的精度只能靠工人用卡尺測(cè)量或用眼睛觀察，一些規(guī)模大的或者精度要求高的零件是傳統(tǒng)車(chē)床無(wú)法完成的，這也是為什么大量使用數(shù)控車(chē)床的主要原因。日常生活需求的發(fā)展帶動(dòng)了人們對(duì)零件精細(xì)程度要求的提高，導(dǎo)致各工廠對(duì)數(shù)控車(chē)床加工精度的要求越來(lái)越高，因此研究影響數(shù)控車(chē)床加工精度的原因非常有必要。

1 數(shù)控車(chē)床的組成及工作原理

數(shù)控車(chē)床是一種由設(shè)計(jì)師設(shè)定好程序，工作時(shí)只需要按照程序走的自動(dòng)化機(jī)床，數(shù)控車(chē)床可以進(jìn)行多種機(jī)械作業(yè)，包括機(jī)械制造、電氣化、液壓技術(shù)等機(jī)械作業(yè)。數(shù)控車(chē)床主要是由加工程序載體、數(shù)控裝置、伺候服務(wù)系統(tǒng)和測(cè)量反饋系統(tǒng)、機(jī)床主體、輔助裝置組成。簡(jiǎn)單來(lái)講，其工作原理是數(shù)控裝置內(nèi)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)需要操作的零件傳入進(jìn)來(lái)的信息以數(shù)字程序的方式處理，然后通過(guò)伺候服務(wù)系統(tǒng)將信息傳送給車(chē)床的執(zhí)行系統(tǒng)，通知執(zhí)行系統(tǒng)按照已經(jīng)安排好的程序進(jìn)行工作，與此同時(shí)，反饋系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行監(jiān)測(cè)運(yùn)作流程，系統(tǒng)開(kāi)始接受到指令后進(jìn)行產(chǎn)品的加工，如零件的車(chē)削、夾緊與松開(kāi)、冷卻等。

2 影響數(shù)控車(chē)床加工精度的因素

2.1 車(chē)刀參數(shù)變動(dòng)的影響

數(shù)控車(chē)床的整個(gè)操作流程都在程序的控制之下進(jìn)行，這個(gè)操作流程的最后一步是車(chē)刀對(duì)零件的切削加工，而車(chē)刀存在工作角度，車(chē)刀在切削時(shí)，因?yàn)檐?chē)刀存在主偏角，所以零件加工的軸向尺寸在工作時(shí)會(huì)發(fā)生變化，而且與刀尖圓弧半徑成正比，主偏角的變大會(huì)帶動(dòng)軸向尺寸的變大繼而導(dǎo)致刀尖的圓弧半徑的變大，這些誤差輕則導(dǎo)致零件的精度降低，重則會(huì)使零件報(bào)廢。因此，對(duì)于車(chē)刀的使用，工廠是非常講究的，從一開(kāi)始購(gòu)進(jìn)車(chē)刀的時(shí)候，就要嚴(yán)格對(duì)車(chē)刀進(jìn)行檢查，尤其要重視主偏角的角度問(wèn)題，因?yàn)槟承┙嵌鹊钠钍遣蝗菀装l(fā)現(xiàn)的，當(dāng)進(jìn)行零件加工的時(shí)候，要嚴(yán)密監(jiān)控加工過(guò)程，一旦發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在考慮到誤差因素的條件下，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，爭(zhēng)取把誤差降到最小。

2.2 伺候服務(wù)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的影響

數(shù)控系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最重要的部分，它是總控制中心，伺候服務(wù)系統(tǒng)負(fù)責(zé)傳達(dá)命令，數(shù)控系統(tǒng)處理完接收到的信息后，會(huì)將信息文字處理化，再傳達(dá)給伺候服務(wù)系統(tǒng)。眾所周知，滾珠絲杠算是一個(gè)比較容易出現(xiàn)誤差的元件，設(shè)備原件的質(zhì)量帶來(lái)的誤差，如滾珠絲杠在本身的質(zhì)量方面就存在問(wèn)題，在使用中會(huì)影響數(shù)控車(chē)床的加工精度，而滾珠絲杠最大的問(wèn)題便是在使用中有振動(dòng)的現(xiàn)象，原因是絲杠的螺紋軸線(xiàn)與導(dǎo)軌面不平行，當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)作后，絲杠因?yàn)閮A斜的原因很容易會(huì)變形，絲杠會(huì)對(duì)螺母兩端產(chǎn)生傾覆力矩，滾珠在螺母兩端容易受到擠壓，運(yùn)行阻力加大，從而產(chǎn)生振動(dòng)，在這一整個(gè)過(guò)程中，伺候服務(wù)系統(tǒng)是負(fù)責(zé)控制滾珠絲杠的位置的，絲杠產(chǎn)生振動(dòng)也是由于伺候服務(wù)系統(tǒng)不合理控制而造成的，會(huì)耽誤工作進(jìn)度，影響零件的精度。

2.3 車(chē)床熱變形誤差的影響

車(chē)床在使用過(guò)程中，各種各樣的熱源對(duì)車(chē)床的作用會(huì)導(dǎo)致車(chē)床發(fā)熱，從而使元件受熱膨脹，嚴(yán)重變形，元件的變形會(huì)使得程序的正常進(jìn)行受到阻礙，嚴(yán)重影響了車(chē)床的加工精度。當(dāng)車(chē)床受到因車(chē)刀切削而造成的摩擦熱、切削熱或者外部環(huán)境溫度的變化等影響時(shí)，車(chē)床的各元件溫度不均勻，從而造成機(jī)器運(yùn)作過(guò)程不合理，因溫度而造成的元件體積變化尺寸可占40%～70%，這對(duì)于一個(gè)要求精度非常精細(xì)的設(shè)備來(lái)說(shuō)是非常致命的，當(dāng)各元件的體積不符合設(shè)備要求時(shí)，一連串的問(wèn)題也就隨之而來(lái)，例如車(chē)刀的切削角度會(huì)發(fā)生偏移、絲杠的軸心線(xiàn)會(huì)發(fā)生傾斜，零件的誤差隨之加大。

3 數(shù)控車(chē)床加工精度的提高方法

3.1 誤差補(bǔ)償法

我國(guó)的數(shù)控車(chē)床安裝有補(bǔ)償功能的設(shè)備，誤差補(bǔ)償法則是利用該設(shè)備對(duì)已經(jīng)設(shè)定好的坐標(biāo)方案和程序進(jìn)行補(bǔ)償，將已經(jīng)偏移的運(yùn)作程序拉回正軌。這種方法最大的優(yōu)勢(shì)是成本低，用一種低成本的方法實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的最大化。有些數(shù)控車(chē)床采用的是半閉環(huán)伺候服務(wù)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)容易使車(chē)床的定位精度受到反向偏差的影響，從而影響零件的精密程度。當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，可以采用誤差補(bǔ)償法來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，減少誤差。

3.2 編程法

在設(shè)備低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn)的情況下，編程法可以進(jìn)行插補(bǔ)加工，插補(bǔ)加工就是當(dāng)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生正向偏差時(shí)，進(jìn)行反向間隙插補(bǔ)還原偏差，將機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)補(bǔ)回正軌。一般車(chē)床可以多設(shè)立幾個(gè)地址儲(chǔ)存系統(tǒng)，用來(lái)儲(chǔ)存各軸的反向間隙值。當(dāng)車(chē)床的指令發(fā)生不正常變動(dòng)時(shí)，各軸的反向間隙值會(huì)儲(chǔ)存進(jìn)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，數(shù)控車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)去讀取各存儲(chǔ)系統(tǒng)中的反向間隙值，繼而系統(tǒng)運(yùn)用編程法進(jìn)行正向的修正，從而去消除反向偏差，降低對(duì)加工精度的影響。

3.3 誤差防止法

誤差防止法就是提前將各種誤差進(jìn)行消除處理，即在各元件的生產(chǎn)制造過(guò)程中和組裝過(guò)程中消除可能會(huì)出現(xiàn)的誤差，這就要追溯到數(shù)控車(chē)床的生產(chǎn)廠家了，管理人員必須負(fù)起責(zé)任，對(duì)每一個(gè)零部件都要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，本著高質(zhì)量、高精度的生產(chǎn)原則，在組裝的過(guò)程中要嚴(yán)格按照事先設(shè)定好的步驟，一件一件地以垛疊的形式進(jìn)行組裝，只有這樣，才能有效確保產(chǎn)品高質(zhì)量化。再就是考慮到生產(chǎn)車(chē)間的溫度問(wèn)題，車(chē)間管理人員要控制好車(chē)間的溫度，優(yōu)化整個(gè)加工生產(chǎn)環(huán)境，盡量使溫度保持在一個(gè)線(xiàn)上，避免過(guò)高或過(guò)低，因?yàn)樵O(shè)備會(huì)熱脹冷縮，溫度過(guò)低也會(huì)對(duì)設(shè)備造成不良影響。對(duì)溫度的變化要有有效的改善措施，有些溫度的升高是無(wú)法避免的，例如摩擦熱等，當(dāng)這些現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，工作人員必須在第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行改善，將影響因素降到最小，提升產(chǎn)品加工質(zhì)量和效率。但是誤差防止法有很明顯的缺點(diǎn)，一是利潤(rùn)太大，工廠要在前期做很多的預(yù)防工作，加大了機(jī)械工廠的成本投入;二是上限太低，也就是當(dāng)精度達(dá)到一定的程度后，再想有所提高是非常困難的。所以，單純使用誤差防止法并不是上上之策，工程管理人員可以將此方法與其他方法結(jié)合在一起。

3.4 提高導(dǎo)軌的幾何精度

數(shù)控車(chē)床的切削速度非?？欤邢魉俣仍娇鞂?duì)導(dǎo)軌的穩(wěn)定性和精度要求就越高，這就非常考驗(yàn)導(dǎo)軌的幾何精度，倘若其不達(dá)標(biāo)，是無(wú)法支撐數(shù)控車(chē)床的車(chē)刀進(jìn)行快速切削的。首先，可以將導(dǎo)軌整體磨滑，極大地減小車(chē)刀切削的阻力。其次，保證導(dǎo)軌的硬度，用鋼釘將導(dǎo)軌牢牢地固定在導(dǎo)軌基座上，然后在導(dǎo)軌和導(dǎo)軌基座之間用填充物填實(shí)，以此確保導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，數(shù)控車(chē)床在當(dāng)今的工業(yè)制造中占有重要的地位，它對(duì)工業(yè)制造的影響是巨大的，而在加工的過(guò)程，總會(huì)有各種各樣的因素在影響產(chǎn)品的精度，機(jī)械加工廠想要保障自己產(chǎn)品的高質(zhì)量和高精度，就必須不斷改進(jìn)自己的技術(shù)，緊跟科技的步伐，適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，及時(shí)認(rèn)識(shí)到自己的不足并進(jìn)行改正，對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)的差錯(cuò)，要及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救，同時(shí)，進(jìn)行設(shè)備的日常檢修，盡量減少在加工產(chǎn)品的各個(gè)環(huán)節(jié)內(nèi)出現(xiàn)差錯(cuò)，最大限度地降低不良因素的影響。

參 考 文 獻(xiàn)

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