影響數(shù)控車床加工精度因素與控制策略微探

王新峰

摘要：數(shù)控車床是零件加工的重要設(shè)備，可以在很大程度上提高零件生產(chǎn)效率，但在實(shí)際加工過程中，很容易引起零件加工精度問題?；诖?，本文先從伺服系統(tǒng)、刀具參數(shù)、加工程序等方面論述影響數(shù)控車床加工精度的主要因素，再從彌補(bǔ)伺服系統(tǒng)誤差、提高車床的性能、運(yùn)用編程法進(jìn)行修正等方面分析數(shù)控車床加工精度控制策略的優(yōu)化方法，從而提高數(shù)控車床的加工精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;加工精度;逼近誤差;誤差補(bǔ)償

0 ?引言

數(shù)控車床是實(shí)現(xiàn)自動化加工的重要手段，可以通過編程的方式對零件進(jìn)行加工，具有極高的生產(chǎn)效率。然而，一旦生產(chǎn)過程變得復(fù)雜化，零件的加工就會產(chǎn)生較大的誤差，對零件的成品效果造成極大的影響，因此，需要采取有效的控制手段，對數(shù)控車床加工精度控制策略進(jìn)行優(yōu)化。

1 ?影響數(shù)控車床加工精度的主要因素

1.1 伺服系統(tǒng)

數(shù)控車床的控制過程較為復(fù)雜，需要通過伺服系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)有效的控制，實(shí)現(xiàn)零件的加工過程。伺服系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)，能夠有效地追蹤目標(biāo)零件，對其進(jìn)行控制，從而完成零件自動化加工的過程。在數(shù)控車床加工過程中，通常會使用半閉環(huán)型伺服系統(tǒng)，這會導(dǎo)致伺服電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，形成非常明顯的空轉(zhuǎn)，導(dǎo)致零件在傳送過程中產(chǎn)生較大的偏移，進(jìn)而使零件的加工過程產(chǎn)生較大的誤差。零件在加工過程中會受到許多外力的影響，例如：零件在數(shù)控車床在運(yùn)行過程中，會讓零件受到一定的外力作用，零件在加工過程中極易發(fā)生形變，產(chǎn)生大量的彈性間隙，從而對零件的精度造成影響。在數(shù)據(jù)車床加工的過程中，需要對方向間隙引起足夠的重視，因?yàn)橥环较蛏系恼`差存在疊加的可能，會讓誤差的產(chǎn)生趨勢逐漸增大，對數(shù)控車床加工精度的影響極大[1]。

1.2 刀具參數(shù)

零件的加工主要是通過刀具實(shí)現(xiàn)的，需要通過刀具對零件進(jìn)行打磨、轉(zhuǎn)孔等進(jìn)行一系列的處理。數(shù)控車床刀具運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，受到刀尖圓弧和車刀主偏角等因素的影響，零件加工過程中會形成一定的偏差，隨著加工過程的進(jìn)行，主偏角將會越來越大，進(jìn)而導(dǎo)致零件的誤差逐漸增大。因此，在數(shù)控車床加工的過程中，需要合理地使用刀具，選擇合適的刀具加工參數(shù)，從而提高數(shù)控車床的零件加工性能，有效地降低刀具位移或旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的偏差，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。

1.3 逼近誤差

逼近誤差是由零件輪廓編程產(chǎn)生的，是一種無法避免的誤差，通常采取誤差的手段進(jìn)行解決。在零件的加工過程中，需要采用線性分割的方法對零件進(jìn)行處理，尤其是在不規(guī)則零件的處理上，刀具很難按照預(yù)定的軌跡對零件進(jìn)行加工，使刀具的加工軌跡較為模糊，對于零件的細(xì)節(jié)部分很難進(jìn)行精加工，從而造成零件的加工誤差。

1.4 車床狀態(tài)

數(shù)控車床的運(yùn)行狀態(tài)是影響數(shù)控車床加工精度的主要因素之一，通常情況下，影響車床狀態(tài)的因素如下：

第一，車床在加工過程中會產(chǎn)生大量的零件廢料，這些廢料將會對零件的加工過程造成一定的影響，甚至影響刀具的正常運(yùn)行;

第二，電壓或電流的穩(wěn)定性會影響車床的運(yùn)行狀態(tài)，一旦電壓或電流發(fā)生變化，將會導(dǎo)致刀具加工過程中出現(xiàn)卡頓的現(xiàn)象，對零件加工的精度造成影響;

第三，一旦車床加工過程中產(chǎn)生電磁波，將會引起車床發(fā)生輕微的震蕩，對數(shù)控車床的精度造成一定的影響。因此，需要采取有效的手段，讓數(shù)控車床保持良好的運(yùn)行狀態(tài)[2]。

1.5 加工程序

零件的加工形狀和尺寸主要是由數(shù)控機(jī)床的加工程序決定的，只有保障了加工程序的正確性，才能提高零件的加工精度，防止加工過程產(chǎn)生較大的誤差。在零件加工過程中，若是程序存在一定的誤差，將會在極大程度上影響零件的加工質(zhì)量，甚至可能作為廢品處理，因此，在實(shí)際加工過程中，多采用自動編程的方式，從而降低人工編程出現(xiàn)誤差的概率。對于一些比較復(fù)雜的零件，自動編程的方式很難對零件的加工過程進(jìn)行有效地編程，這主要是受到自動編程技術(shù)層面的影響，只是通過自動編程不足以處理復(fù)雜的零件，需要人為的介入，采取一定的手段，對自動編程無法處理的部分進(jìn)行人工校正，彌補(bǔ)自動編程在技術(shù)上的不足之處，從而提高數(shù)控車床的加工精度。

2 ?數(shù)控車床加工精度控制策略的優(yōu)化方法

2.1 彌補(bǔ)伺服系統(tǒng)誤差

伺服系統(tǒng)是在數(shù)控車床中具有關(guān)鍵性的作用，是實(shí)現(xiàn)零件自動化加工過程的重要基礎(chǔ)。在零件加工過程中，伺服系統(tǒng)對數(shù)控車床的精確影響較大，采取有效的措施降低伺服系統(tǒng)的誤差。伺服系統(tǒng)在控制過程中，需要對零件進(jìn)行加速、恒速、減速等，零件在移動過程中，很容易產(chǎn)生一定的偏移造成誤差，影響零件的加工。為了解決零件移動過程中的偏移問題，可以根據(jù)零件的移動規(guī)律，對伺服系統(tǒng)的誤差進(jìn)行彌補(bǔ)。例如：在零件減速過程進(jìn)行控制時，可以采用加減速算法對零件的位置進(jìn)行計算，對零件進(jìn)行適當(dāng)?shù)母櫠ㄎ?，提高零件移動過程中的穩(wěn)定性。

在跟蹤定位的過程中，需要先找到減速點(diǎn)的位置，具體方法如下：

第一，可以根據(jù)升速過程的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定，通過對稱點(diǎn)來找到減速點(diǎn)的位置;

第二，可以通過減速時間、減速加速度等進(jìn)行確定，通過合理的計算便可以確定減速點(diǎn)的位置。通過減速點(diǎn)對伺服系統(tǒng)的誤差進(jìn)行彌補(bǔ)，可以有效地減少誤差。

2.2 提高車床的性能

為了提高車床刀具加工的精度，需要提高車床的性能，讓車床對零件的加工過程不會對刀具產(chǎn)生較大的影響。例如：可以為數(shù)控機(jī)床提供穩(wěn)定的底座，使其在加工過程中不會產(chǎn)生晃動，讓刀具運(yùn)轉(zhuǎn)更加的穩(wěn)定，從而提高數(shù)控機(jī)床加工的精度。為了提高刀具加工過程中的穩(wěn)定性，可以對機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，采用斜床的結(jié)構(gòu)，能夠有效地防止刀具加工過程中產(chǎn)生大幅度震動，影響加工精度。在選擇刀具時，需要選擇耐磨性良好的刀具，按照零件的規(guī)格合理地選擇刀具參數(shù)，并對刀具進(jìn)行仔細(xì)的檢查，確保鋒利程度。如果發(fā)現(xiàn)刀具存在問題，如卷刃、斷裂等，需要對刀具進(jìn)行打磨或者及時更換刀具，防止因刀具產(chǎn)生的精度問題。為了保障車床的加工條件一致，需要使用規(guī)格相同的刀具，實(shí)現(xiàn)刀具的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，避免因?yàn)榈毒叩漠a(chǎn)生誤差。對不同的零件進(jìn)行加工時，車床需要進(jìn)行刀具的切換，這主要是通過刀具切換裝置實(shí)現(xiàn)的。在該裝置中需要建立完備的刀具資料庫，對刀具的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，從而保障車床能夠有效地完成刀具的切換，提高零件的加工質(zhì)量[3]。

2.3 采用誤差補(bǔ)償與防止

為了減少數(shù)控車床的逼近誤差，既可以使用誤差補(bǔ)償法對誤差進(jìn)行補(bǔ)償，又可以通過誤差防止法來對誤差進(jìn)行一定的預(yù)防。誤差補(bǔ)償法主要包含兩方面的內(nèi)容：一方面需要對插補(bǔ)算法進(jìn)行補(bǔ)償。通過該補(bǔ)償可以有效地對刀具運(yùn)行軌跡進(jìn)行控制，提高零件的加工精度;另一方面需要對刀具進(jìn)行補(bǔ)償。通過刀具補(bǔ)償?shù)姆绞阶尩段稽c(diǎn)的運(yùn)動軌跡與零件的輪廓相同，讓刀具能夠更精準(zhǔn)的進(jìn)行加工。

誤差防止法是一種誤差預(yù)防措施，可以有效地避免誤差的產(chǎn)生，從而提高車床加工的精度。誤差防止法需要對車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，在根源上消除誤差。例如：可以讓車床的床身保持水平，改變車床的剛度，對車床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的控制。因此，在選擇誤差消除方法時，應(yīng)該先使用誤差防止法，再使用誤差補(bǔ)償法，將兩種方法結(jié)合使用可以有效地減少誤差，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。

2.4 加強(qiáng)車床的狀態(tài)控制

車床在對零件進(jìn)行加工之前，需要對車床的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，確保車床處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。為了讓車床具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，需要做到如下幾點(diǎn)：

第一，需要根據(jù)車床實(shí)際加工的結(jié)果，對車床進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并對車床的重要結(jié)構(gòu)做好養(yǎng)護(hù)工作，保證車床處于穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài);

第二，使用前要對車床做好清理工作，防止零件的廢料對加工過程造成影響，需要定期對廢料進(jìn)行清理;

第三，需要注意車床的使用環(huán)境，嚴(yán)格控制粉塵的含量以及溫濕度，避免外界因素的影響;

第四，車床需要水平放置，這樣有利于傳送帶的水平傳送，并且可以保證刀具加工的精度。

以溫度對車床加工的影響為例，在對車床的狀態(tài)進(jìn)行控制時，工作人員需要對車間的溫度進(jìn)行控制，讓溫度穩(wěn)定在一個適宜的范圍，防止高溫或低溫的產(chǎn)生這主要是為了防止設(shè)備出現(xiàn)熱脹冷縮的現(xiàn)象，對零件的加工精度造成影響。

此外，還有一些溫度升高現(xiàn)象是不可避免的，如刀具與零件之間摩擦造成的高溫，為了降低刀具和零件的溫度，可以采用淋水的方式減低溫度，防止熱脹冷縮現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而提高車床的加工精度。

2.5 運(yùn)用編程法進(jìn)行修正

在對一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜或精度要求較高的零件進(jìn)行加工時，需要采取自動編程與人工校驗(yàn)相互結(jié)合的方式進(jìn)行編程，保證車床的加工精度。人工校驗(yàn)主要是通過編程法對誤差進(jìn)行修正，可以有效地消除間隙誤差。編程法可以有效地實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)加工的過程，對誤差進(jìn)行彌補(bǔ)或還原。編程法在使用前，需要將反向間隙值編入程序中，當(dāng)車床加工過程出現(xiàn)誤差時，系統(tǒng)將會調(diào)用事先存好的反向間隙值對誤差進(jìn)行修正，從而提高車床的加工精度。在編程法完成后，需要做好車床的調(diào)試工作，對誤差修正的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn)，確保能夠真正的消除誤差。在調(diào)試過程中，需要根據(jù)車床對零件的實(shí)際加工情況對程序進(jìn)行分析，科學(xué)合理地對加工的細(xì)節(jié)進(jìn)行檢查，保證調(diào)試結(jié)果的準(zhǔn)確性[4]。

綜上所述，提高數(shù)控車床加工精度對于零件加工過程非常重要，能夠有效地減少零件產(chǎn)生的誤差，提高零件的質(zhì)量。因此，機(jī)械加工廠需要不斷地對數(shù)控車床進(jìn)行優(yōu)化，從多方面對誤差進(jìn)行調(diào)節(jié)，提高零件的加工精度，從而讓企業(yè)更好地發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[3]陸道泉.新時期數(shù)控車床加工精度的影響因素及優(yōu)化方法[J].計算機(jī)產(chǎn)品與流通，2020（08）：132-133.

[4]鄭坤華.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（10）：128-129.