數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高策略

鄧柏祥

摘要：隨著我國科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國對機械設備及零部件的質(zhì)量要求越來越高，這就為數(shù)控車床加工精度帶來了新的挑戰(zhàn)。數(shù)控車床是一種非常高效的加工技術(shù)，能夠顯著提高加工質(zhì)量與加工速度，但在實際操作過程中往往會存在加工精度難以保障的問題，這種現(xiàn)象是由多種因素造成的。因此，本文主要對數(shù)控車床加工精度的影響因素進行詳細的分析與討論，并給出相應的解決措施，以供同行專家參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;機加工;加工精度;影響與策略

0 ?引言

近些年，隨著我國機械裝備行業(yè)的迅速發(fā)展，其對機械零部件的精度要求越來越高。數(shù)控車床是現(xiàn)代機械加工中非常重要的一種加工方式，可高效的完成各種各樣的零部件加工。影響數(shù)控車床的加工精度的因素可分為外因和內(nèi)因，外因有加工材料、加工環(huán)境、操作人員等;內(nèi)因有數(shù)控車床自身的編程精度、伺服精度以及插補精度等都會影響到機械產(chǎn)品的精度。機械零部件的精度直接影響到機械設備的整體質(zhì)量，因此控制數(shù)控車床的加工精度對于我國機械行業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。

1 ?數(shù)控車床概述

1.1 數(shù)控車床的分類

數(shù)控車床按照不同的分類方法有不同的分類，按照工藝用途分類可分為一般數(shù)控車床、CNC數(shù)控車床與多坐標數(shù)控車床。一般數(shù)控車床具有數(shù)控的車、銑、刨、磨、鉆等機加工方式，此類大型車床的加工工藝與機床類似，不同的是車床能夠?qū)崿F(xiàn)對復雜零部件的加工;CNC數(shù)控車床是在一般數(shù)控車床上通過加裝刀庫和自動換刀裝置而組成的一種多工序數(shù)控車床，又稱加工中心，其使加工效率顯著提高，并且自動化程度高;多坐標數(shù)控車床，是指通過數(shù)控裝置進行多坐標軸的控制，進而完成一些非常復雜的零部件，例如螺旋槳、飛機汽車等曲面零部件的加工，這種數(shù)控車床結(jié)構(gòu)比較復雜，實際加工坐標軸數(shù)取決于加工零部件的設計要求。按照運動方式分類，可分為點位控制、線位控制以及輪廓控制數(shù)控車床。點位控制數(shù)控車床是指從一定點位置到另一定點位置，期間不控制運動軌跡，各坐標軸之間相互獨立互不影響，并且在移動過程中不會對工件進行加工。常見的車床有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等等;線位控制數(shù)控車床，是指在上述點位控制的基礎上對運動軌跡進行控制，并且保證其是按照直線運動的，并且可以控制運動速度，也成為直線控制，常見的直線控制數(shù)控車床有數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等等;輪廓控制數(shù)控車床通常是指對兩點及以上的運動坐標進行控制，不僅可以控制其位移過程，還要控制位移速度。在實際加工時對整個加工過程中每一點的加工速度、加工方向以及位移量進行精確的控制，這種控制方式也被稱為連續(xù)控制。按照控制方式可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及閉環(huán)控制數(shù)控機床。

1.2 數(shù)控車床的特點

數(shù)控車床是通過程序?qū)C床進行控制，該程序能夠?qū)斎氲闹噶顚⑵渥g碼，從而控制車床高效有序的進行加工。現(xiàn)代數(shù)控車床與傳統(tǒng)的數(shù)控車床相比較具有以下特點：①加工精度高，由于現(xiàn)代數(shù)控車床中應用了較多的精度控制系統(tǒng)，所以其加工精度與加工穩(wěn)定性要遠遠大于傳統(tǒng)的機床;②多坐標軸數(shù)控車床可進行多軸聯(lián)動加工，對于一些結(jié)構(gòu)復雜的零件，數(shù)控車床可以根據(jù)輸入的指令進行多軸聯(lián)動加工，從而顯著提高接加工效率;③節(jié)約工時，在臨時修改零件尺寸或規(guī)格時不需要再畫圖紙，直接在數(shù)控車床上修改參數(shù)即可，可顯著節(jié)約圖紙修改等時間;④自動化程度高，現(xiàn)代車床具有高度的自動化，可顯著降低操作人員的勞動強度;⑤對操作人員要求較高，由于現(xiàn)代的數(shù)控車床專業(yè)性較強，自然對操作人員要求也較高，同時對數(shù)控車床的機械維護保養(yǎng)人員也提出了較高要求。

1.3 數(shù)控車床的構(gòu)成

通常數(shù)控車床是由主機、驅(qū)動裝置、數(shù)控裝置以及輔助裝置構(gòu)成。主機是數(shù)控車床的主體部分，主要包括了床身、立柱以及各種夾具等;驅(qū)動裝置主要是由進給電機、主軸電機、主軸控制單元以及進給控制單元等構(gòu)成，其主要是利用液壓或電氣伺服系統(tǒng)來完成對主軸驅(qū)動與進給驅(qū)動;數(shù)控裝置主要是指硬件設備與軟件設備，操作者將執(zhí)行代碼輸入進去后，需要硬件與軟件裝置進行數(shù)據(jù)的處理與分析，并進行優(yōu)化處理，從而指揮數(shù)控車床進行加工;輔助裝置主要是指潤滑、照明、清理切削屑以及冷卻裝置等，這些輔助裝置是數(shù)控車床必不可缺的，若缺少這些輔助裝置會導致數(shù)控車床無法長時間正常工作。

2 ?影響數(shù)控車床加工精度的因素

2.1 電氣伺服系統(tǒng)的影響

在利用數(shù)控車床對零部件進行加工時，電氣伺服系統(tǒng)主要是提供車床運轉(zhuǎn)的工作。在對零部件進行加工時，需要控制零部件與刀具之間的位置，這時就需要伺服電機運轉(zhuǎn)以驅(qū)動滾珠絲杠的前移或者后退，在進行兩者之間位置調(diào)節(jié)時，若伺服驅(qū)動與滾珠絲杠之間出現(xiàn)傳動誤差，則會對零部件的精確度產(chǎn)生較大的影響，甚至工件失效。

2.2 切削刀具的影響

數(shù)控車床是通過刀具對工件進行切削加工的，刀具本身存在主偏角與刀尖圓弧，在對工件進行切削加工時會由于刀具的特點而產(chǎn)生細微的誤差，但隨著加工的不斷進行，這種誤差會越來越大。因此，在數(shù)控加工時，應當充分考慮刀具與軸線之間的誤差，通過編程合理的對刀具誤差進行修正。此外，還可以通過優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)階段刀具的特點，不可避免的存在加工誤差，刀具設計人員應當對刀具的結(jié)構(gòu)進行適當優(yōu)化以減小在數(shù)控加工過程中帶來的誤差。

2.3 圓整誤差的影響

圓整誤差是指在進行圓弧或者圓軌跡運動加工時，其運動軌跡與真實值之間的誤差。對于部分數(shù)控車床而言，刀具的運動軌跡是由步進電機控制，因此步進電機的脈沖就決定了刀具運動的最小直線距離。根據(jù)圖紙在數(shù)控車床上對工件進行編程，應該根據(jù)圖紙要求設置脈沖個數(shù)，使之成為固定參數(shù)。在進行工件加工時，設置的脈沖當量就是加工時的最小位移量，因此在加工過程中脈沖個數(shù)直接影響到了工件尺寸的精確度。

2.4 編程誤差的影響

根據(jù)圖紙在數(shù)控機床上進行編程時，會存在編程誤差，這主要是由于數(shù)控機床內(nèi)部的數(shù)學邏輯問題導致的，對于這種編程誤差通常采用插值法或者直接提高數(shù)控車床的分辨率，從而降低誤差，提高精度。對于這種編程誤差一般不需要采用額外的添加補差程序。

2.5 數(shù)控車床軌道的影響

在進行數(shù)控加工時，數(shù)控車床的軌道相對位置對加工精度有重要影響。在進行數(shù)控加工前，需要對各個部件的相對位置關(guān)系進行校準并測量，這是數(shù)控車床能夠精確的加工非常重要的前提工作。如果在數(shù)控加工的過程中，車床軌道發(fā)生了不規(guī)則的磨損或者微量的偏移都會對最后的工件精度造成較大的影響。此外，還有可能存在由于操作人員的問題導致車床軌道偏移，從而對工件質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

3 ?提高數(shù)控車床精度的措施

3.1 伺服系統(tǒng)誤差解決方案

在數(shù)控車床中，伺服系統(tǒng)數(shù)控車床中的重要組成部分，其對于數(shù)控車床的精度有著重要的影響，同時也是對零部件的質(zhì)量的重要保障。為了盡可能地提高伺服系統(tǒng)的精度，應當選取性能較好的伺服系統(tǒng)配件，包括伺服電機、伺服進給單元、伺服控制單元等，同時還應當對伺服控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。在利用伺服系統(tǒng)進行圓弧或者圓環(huán)加工時，應當設計進給軸為為開環(huán)增益，從而提高零部件輪廓的加工精度;在加工過程中，進給軸應當一直處于45度的位置，只有在這種傾斜的條件下進行加工，才能進一步保障加工的精度與加工的質(zhì)量。

3.2 數(shù)控車床軌道精度的控制

隨著我國機械行業(yè)的迅猛發(fā)展，對工件加工精度要求越來越高，這就為數(shù)控車床加工帶來了新的挑戰(zhàn)。為了更好的提高數(shù)控車床的整體功能，可以采用斜床造型機體，這種結(jié)構(gòu)能有顯著降低數(shù)控車床的自重，而且該設計采用的是封閉式筒形結(jié)構(gòu)，有利于提高機床的抗扭、抗壓水平，并且可以提高數(shù)控車床的運行時的穩(wěn)定性。

數(shù)控車床軌道精度的改善措施，需要對車床的車座進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，此外還有軌道的結(jié)構(gòu)設計需要改進，數(shù)控車床在高負荷功率下進行長時間運轉(zhuǎn)時，車床軌道會因長期的震動而產(chǎn)生細微的偏差或者磨損，因此，對于數(shù)控車床的軌道需要定期邀請專業(yè)的機械維護人員對數(shù)控車床的軌道進行校準。

3.3 降低刀具誤差的措施

由于刀具自身的偏圓角及刀尖圓弧特點，在進行數(shù)控加工時往往會產(chǎn)生一定的誤差。對于降低刀具誤差的措施主要從以下兩方面入手，一方面是優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)設計，刀具設計人員應當根據(jù)刀具現(xiàn)有的缺點進行改進，由于數(shù)控車床的自動化程度較高，在對車床配備刀具庫時應當對刀具庫中的所有刀具采用統(tǒng)一的設計標準，將刀具庫中所有刀具進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而降低在對工件加工時產(chǎn)生的誤差;另一方面，根據(jù)刀具的特點計算誤差大小，然后在數(shù)控車床中內(nèi)嵌如誤差修補系統(tǒng)，在進行機加工時不斷對加工的誤差進行修正，以保證工件的加工精度。

3.4 提高人員操作技術(shù)水平

數(shù)控車床對操作的專業(yè)技術(shù)水平要求較高，在對工件進行編程或者閱讀圖紙時產(chǎn)生不合規(guī)范的操作都會導致數(shù)控車床加工精度顯著下降。因此，對于提高數(shù)控車床操作人員的水平應當從以下兩方面入手，一方面是聘請專業(yè)能力過硬的數(shù)控車床操作者與管理者，在對數(shù)控車床進行操作時需要閱讀工件圖紙、車床編程，這就要求操作者必須具有機械圖紙閱讀的能力與數(shù)控機床編程能力。對于管理者而言，其除了具備上述的兩種能力以外，還應當具備專業(yè)管理能力，同時還應當具有良好的溝通與協(xié)調(diào)能力，以保證在對工件進行加工時出現(xiàn)的各種狀況可以協(xié)調(diào)各個部門及時解決;另一方面，企業(yè)應當加強對現(xiàn)有的技術(shù)人員與操作人員的培訓與考核，并且設立明確的賞罰制度，對于技術(shù)與操作能力較好的員工給予一定的獎勵，相反對于培訓考核不合格的員工應當給予一定的處罰，最終目的是讓整個團隊意識到專業(yè)水平對于數(shù)控車床的重要性，只有擁有較強的專業(yè)能力，才能夠使數(shù)控車床的加工精度不帶能提高，從而贏得市場的肯定。

4 ?結(jié)束語

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控車床在機械行業(yè)中的作用越來越重要，數(shù)控車床與傳統(tǒng)的車床相比具有多軸聯(lián)動、自動化程度高、加工精度高等一系列優(yōu)點。而加工精度對于工件質(zhì)量具有非常重要的影響，因此企業(yè)應當注重提高數(shù)控車床的加工精度，這樣能夠降低廢品率，提高良率，從而創(chuàng)造更大的價值。

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