數(shù)控車床加工精度的影響因素與提高策略

摘 要：新時(shí)期信息技術(shù)的快速發(fā)展為很多工業(yè)設(shè)備帶來了新的發(fā)展方向，例如傳統(tǒng)的機(jī)床結(jié)合信息技術(shù)變?yōu)閿?shù)控機(jī)床，大大提高了機(jī)床的自動(dòng)化程度，同時(shí)也提高了機(jī)床的加工精度和加工效率。對(duì)于數(shù)控車床而言，加工精度的測(cè)量是衡量其性能的重要標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)控車床精度的高低直接影響著零件加工質(zhì)量的高低。而減小加工誤差，減小公差等級(jí)，提高零件的加工精度是保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。因此，本文通過對(duì)影響數(shù)控車床加工精度的因素進(jìn)行分析，闡述了數(shù)控車床的工作原理，并根據(jù)該工作原理探究給出提高數(shù)控車床加工精度的方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工精度；影響因素；對(duì)策

數(shù)控車床的加工精度是該車床加工的零件最高能達(dá)到的精細(xì)度，也就是車床本身加工精細(xì)度的大小，例如傳統(tǒng)車床加工零件的表面粗糙度能達(dá)到Ra6.4，但數(shù)控車床可以輕易達(dá)到Ra1.6，甚至更低的粗糙度。但是零件的加工精度指的是零件加工完成后，零件的尺寸和粗糙度等參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)之間的誤差。數(shù)控車床的加工精度越高，加工零件的精度也會(huì)相應(yīng)提高。此外數(shù)控車床加工是按照指令執(zhí)行的，避免了人為操作的誤差，因此零件的一致性好，質(zhì)量穩(wěn)定，而且加工效率更高。所以為了提高零件的加工精度，首要就是分析得出影響車床加工精度的因素有哪些。

1影響數(shù)控車床加工精度的因素

1.1機(jī)床自身的剛性與穩(wěn)定性

數(shù)控車床的加工精度是由兩部分組成，一部分是機(jī)械設(shè)備的精度，另一部分是數(shù)控的精度。一般來說數(shù)控車床采用閉環(huán)控制，其數(shù)控精度非常高，影響整個(gè)數(shù)控車床加工精度的往往是其機(jī)械設(shè)備的精度。而車床是旋轉(zhuǎn)加工的，車床自身的剛性是否滿足車床上各種設(shè)備的需要，這對(duì)于車床加工精度而言是非常重要的。如果車床自身剛性或穩(wěn)定性不好，即使不加工零件，車床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)自身也會(huì)搖擺不定，其加工精度可想而知。

1.2原料與誤差

數(shù)控車床在加工前都需要進(jìn)行對(duì)刀，而對(duì)刀是否準(zhǔn)確需要進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)測(cè)量也會(huì)導(dǎo)致一定的誤差。而且車床所使用的道具有很多種，不同道具的長度、大小、刀刃角度都不同，這在對(duì)刀時(shí)都會(huì)有誤差存在。有時(shí)候同一零件加工需要使用到多把刀具，每更換一次刀具就要對(duì)一次刀，多次對(duì)刀其誤差便會(huì)累積起來，總體誤差會(huì)更大。此外，車床在加工時(shí)，車床主軸會(huì)受到不同方向的力，而外力會(huì)使得軸承之間出現(xiàn)不同的空隙，因而軸承的空隙便會(huì)一會(huì)在左一會(huì)在右，一會(huì)在上一會(huì)在下，各種誤差累積起來，最終的誤差便會(huì)相對(duì)比較大。而且車床運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受的力大小也不一樣，產(chǎn)生的軸承空隙也不同，對(duì)于加工精度的影響較大。

1.3切削用量的選擇

在加工零件時(shí)，數(shù)控車床會(huì)設(shè)置切削用量，即主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量和進(jìn)給量。這三個(gè)參數(shù)設(shè)置不同也會(huì)導(dǎo)致零件的加工精度不同。比如說根據(jù)所加工零件的材料和加工的刀具來定背吃刀量，如果背吃刀量過大，則會(huì)導(dǎo)致主軸徑向力過大，軸承間隙變大，加工精度降低，而背吃刀量過小，加工效率就會(huì)太低，經(jīng)濟(jì)性不好。

除此之外，數(shù)控車床的安裝精度、幾何精度、夾具的精度還有測(cè)量器具的精度等都會(huì)對(duì)車床的加工精度有所影響。但這些影響都是無可避免的，只能盡可能減小誤差，但不能消除誤差。同時(shí)，分析影響加工精度的因素要結(jié)合實(shí)際分析，不斷優(yōu)化每一處產(chǎn)生誤差的部位，最終確保加工誤差降到最低，保證加工精度達(dá)到最高水準(zhǔn)，充分發(fā)揮數(shù)控車床的加工性能。

2工作原理的分析

數(shù)控車床是一種集成化的設(shè)備，自動(dòng)化程度很高，各種儀器設(shè)備的工能相互補(bǔ)償，進(jìn)而使得整體車床功能非常全面，而且它可以實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，同時(shí)保證加工精度，對(duì)機(jī)械加工而言非常重要。數(shù)控車床大體分為三部分，動(dòng)力源、傳感器和控制單元，其具體的加工需要經(jīng)過以下六個(gè)步驟。

（1）零件圖紙。設(shè)計(jì)人員根據(jù)零件特征設(shè)計(jì)出加工圖紙，進(jìn)而為實(shí)際加工提供依據(jù)。

（2）根據(jù)圖紙編制加工程序。工藝員根據(jù)圖紙編制出加工的工藝卡片，然后數(shù)控加工員再將工序卡片的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為數(shù)控加工程序。

（3）將編寫好的加工程序?qū)霐?shù)控車床，等待加工指令。

（4）接受到數(shù)控加工的指令，伺服系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)整個(gè)車床開始加工。

（5）在受到伺服系統(tǒng)的動(dòng)力之后，車床的其他部件按照數(shù)控程序要求開始啟動(dòng)。

（6）數(shù)控車床開始連續(xù)加工零件，各設(shè)備有序配合，最終加工出質(zhì)量達(dá)標(biāo)的零件，整個(gè)加工過程結(jié)束。

六個(gè)步驟環(huán)環(huán)相扣，是數(shù)控車床加工的必要過程。而整個(gè)過程也需要操作人員的配合，例如將加工好的零件移開，或者是為數(shù)控車床上料，但最重要的是操作人員需要監(jiān)視數(shù)控車床的運(yùn)行狀況，防止意外發(fā)生。

3提高加工精度辦法

3.1精定位基準(zhǔn)法

數(shù)控車床的加工一般會(huì)分為多步，首先是粗加工，然后半精加工，最后精加工，每一次加工的定位基準(zhǔn)都是基于上一次加工所得到的面，但是毛坯的精度無法保證。而精基準(zhǔn)面法可以解決這個(gè)問題，該方法是在毛坯上先加工一個(gè)定位基準(zhǔn)面，直接采用加工的表面作為基準(zhǔn)，這可以減小毛坯面的定位誤差，從而提高了加工精度。在進(jìn)行軸類零件加工時(shí)，這種方法的優(yōu)勢(shì)尤其明顯，它可以降低圓跳動(dòng)帶來的誤差影響。

3.2控制主軸箱溫度

數(shù)控車床在加工時(shí)主軸會(huì)快速旋轉(zhuǎn)，因而會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，而目前很多數(shù)控車床還不具備給主軸散熱的裝置。因而主軸在加工時(shí)無法散熱，溫度急劇增加會(huì)導(dǎo)致主軸產(chǎn)生熱變形，具體表現(xiàn)形式有主軸對(duì)中性不好，旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶有圓周力，軸承空隙也會(huì)發(fā)生變化，這些因素都會(huì)影響加工誤差。針對(duì)這一問題，可以在主軸部位增加散熱片，或者采用切削液來散熱，減小主軸受熱變形量，提高加工精度。

3.3補(bǔ)償誤差

上文提到很多誤差無法消除，只能盡可能減小，但無論如何還是存在的，這時(shí)便可以考慮誤差補(bǔ)償，這樣便可以進(jìn)一步降低誤差。而誤差補(bǔ)償又分為硬件補(bǔ)償和軟件補(bǔ)償。

3.3.1硬件補(bǔ)償

數(shù)控機(jī)床的硬件補(bǔ)償主要是刀具補(bǔ)償，將不同刀具的參數(shù)考慮進(jìn)去，減少刀具對(duì)加工精度的影響，此外還有滾軸絲杠等連接件的誤差通過半閉環(huán)控制進(jìn)行補(bǔ)償，消除絲杠之間間隙帶來的誤差。

3.3.2 軟件補(bǔ)償

軟件補(bǔ)償主要是實(shí)現(xiàn)機(jī)床的插補(bǔ)，采用插補(bǔ)的方式補(bǔ)充間隙，進(jìn)而滿足加工要求。當(dāng)數(shù)控車床的運(yùn)行方向發(fā)生改變時(shí)，數(shù)控裝置可以檢測(cè)到滾軸絲杠反向的間隙值，進(jìn)而根據(jù)移動(dòng)指令在軟件層面進(jìn)行坐標(biāo)補(bǔ)償，減小反向間隙對(duì)加工零件精度的影響

4結(jié)語

要提高數(shù)控車床加工精度首先要分析清楚影響其加工精度的因素，進(jìn)而針對(duì)這些因素提出合理的應(yīng)對(duì)措施。提高了數(shù)控車床的加工精度可以保證零件加工的質(zhì)量，同時(shí)也可以促進(jìn)整個(gè)數(shù)控車床行業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而加工出精度更高的零件。

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作者簡介：

黃曉鵬，出生日期 1995.6.10，性別 男，民族 漢，籍貫 山東省煙臺(tái)市萊陽市，學(xué)歷 本科，研究方向 專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì).