數(shù)控車床技術(shù)加工精度工藝優(yōu)化探究

余忠忠

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，一些生產(chǎn)效率較低的工業(yè)設(shè)備已經(jīng)被淘汰，工業(yè)市場(chǎng)急切需要一批高效的生產(chǎn)設(shè)備。而高效的生產(chǎn)設(shè)備與數(shù)控車床技術(shù)有著緊密聯(lián)系，因此數(shù)控車床技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛。精度作為數(shù)控車床技術(shù)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，密切影響著車床的正常運(yùn)行。本文在分析影響數(shù)控車床精度因素的基礎(chǔ)上，為優(yōu)化車床加工精度提供建議，為促進(jìn)我國(guó)的數(shù)控車床技術(shù)更快更好發(fā)展提供參考。

Abstract： With the rapid development of China's economy， some industrial equipment with low production efficiency has been eliminated， and the industrial market urgently needs a batch of efficient production equipment. Efficient production equipment is closely related to CNC lathe technology， so the application field of CNC lathe technology is more and more extensive. Accuracy， as an important index of CNC lathe technology， closely affects the normal operation of lathe. On the basis of analyzing the factors affecting the precision of CNC lathes， this paper provides suggestions for optimizing the machining precision of lathes， and provides reference for promoting the faster and better development of CNC lathes in China.

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床技術(shù);加工精度;優(yōu)化;探究

Key words： CNC lathe technology;machining accuracy;optimization;probe into

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）10-0072-02

0? 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車床技術(shù)的運(yùn)用范圍越來(lái)越廣泛。但傳統(tǒng)的車床技術(shù)很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，因此迫切需要一種更加先進(jìn)的技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)車床技術(shù)的不足。數(shù)控車床技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，與傳統(tǒng)車床技術(shù)相比，數(shù)控車床不僅自動(dòng)化程度高，并且加工精度優(yōu)良，更加符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。眾所周知，航天航空領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)械零件的精度要求很高，隨著數(shù)控機(jī)床被引入航空航天等領(lǐng)域，對(duì)其加工技術(shù)的精度要求也隨之提高。在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域里，數(shù)控車床技術(shù)應(yīng)用較廣，因此本文以數(shù)控車床技術(shù)為例，通過分析影響數(shù)控車床加工精度的因素，為優(yōu)化數(shù)控車床技術(shù)加工精度提供參考。

1? 數(shù)控車床概述

1.1 數(shù)控車床工作原理

數(shù)控車床是一種以傳統(tǒng)車床為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱 CNC系統(tǒng)）加入到傳統(tǒng)車床主體的一種新型車床。與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床不僅自動(dòng)化程度較高，并且加工精度優(yōu)良、加工效率較好，因此適用范圍更為廣泛。此外，數(shù)控車床與傳統(tǒng)車床的工作原理也存在差異，它運(yùn)用數(shù)控設(shè)備描述和編織要處理的零件，接著傳送至計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，最后進(jìn)行加工。完成該過程需要使用數(shù)字傳輸設(shè)備、CNC設(shè)備、控制面板等，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1，數(shù)控車床的具體工作流程如下：首先，操作人員要將需要加工的零件安裝在機(jī)床的卡具上，接著通過控制面板將工件加工的具體參數(shù)（形狀、尺寸、精度等）輸入數(shù)控系統(tǒng)中，然后在數(shù)控系統(tǒng)中繪制需要處理的零件的信息（刀具移動(dòng)軌跡等），并通過數(shù)控裝置將上述信息轉(zhuǎn)換為代碼儲(chǔ)存在程序中，之后將其傳送到數(shù)控系統(tǒng)中，緊接著通過PLC系統(tǒng)將傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)的信息進(jìn)行解碼、計(jì)算，傳輸指令至電氣回路、主軸伺服設(shè)備等其他輔助設(shè)備，最后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)先前輸入和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)帶動(dòng)機(jī)床進(jìn)行操作，制造滿足需要的零件。

1.2 數(shù)控車床加工特點(diǎn)

與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床在機(jī)械零件加工方面的明顯優(yōu)勢(shì)在于使用了計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制技術(shù)。主要表現(xiàn)有：①數(shù)控系統(tǒng)有較高的精確度，確保了零件的加工質(zhì)量以及操作的穩(wěn)定性和一致性;②數(shù)控系統(tǒng)可以通過編制程序來(lái)加工復(fù)雜多樣的零件;③數(shù)控系統(tǒng)可以通過改變輸入程序來(lái)控制加工零件，有效減少了計(jì)算零件尺寸、評(píng)估零件形狀等時(shí)間;④由于自動(dòng)化程度較高，因此數(shù)控車床的生產(chǎn)效率也較普通機(jī)床高出2-4倍;⑤數(shù)控車床不僅減少了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，還增加了工作的安全性。

2? 數(shù)控車床加工精度的影響因素

由于時(shí)代的發(fā)展，人們需要更加精密的機(jī)械零件，因此提高數(shù)控車床加工精度也成為了人們密切關(guān)注的行業(yè)問題。了解影響數(shù)控車床加工精度的因素是提高其操作精度的首要工作。據(jù)研究，機(jī)床本身的因素、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的精度、刀具參數(shù)是影響數(shù)控車床操作精度的主要因素。數(shù)控車床主體的具體工作流程見圖2。

2.1 機(jī)床自身因素

對(duì)于數(shù)控車床本身而言，由于目前國(guó)內(nèi)制造數(shù)控車床的廠商有很多，因此對(duì)于選材、設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢測(cè)過程的要求也不盡相同，且存在廠家質(zhì)量控制要求低等問題，直接導(dǎo)致了數(shù)控機(jī)床的制造過程難以按照嚴(yán)格流程進(jìn)行且不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至還存在運(yùn)行穩(wěn)定性差等問題。

2.2 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)精度

目前，根據(jù)不同的控制系統(tǒng)，主要將數(shù)控車床的控制類型分為開環(huán)、閉環(huán)、半閉環(huán)三種。開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，適用于精度要求不高的工藝流程，主要通過步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制機(jī)床的加工、進(jìn)給。與之相比，半閉環(huán)和閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)常用于加工精度要求較高的工藝。調(diào)查顯示，在我國(guó)的民用市場(chǎng)中，半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用較廣。但由于半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的檢測(cè)元件一般安裝在伺服電機(jī)或絲桿上，因此當(dāng)伺服電機(jī)帶動(dòng)數(shù)控車床上的滾珠絲桿反轉(zhuǎn)時(shí)，將引起反向間隙誤差，而檢測(cè)元件又不能立刻獲取、傳輸該誤差至數(shù)控系統(tǒng)，因此導(dǎo)致了傳動(dòng)誤差，對(duì)加工精度產(chǎn)生不良影響。

2.3 刀具參數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，主要通過數(shù)控系統(tǒng)控制車刀對(duì)軸（或盤）類零件表面進(jìn)行加工來(lái)獲得所需的數(shù)控車床的形狀和尺寸，因此數(shù)控車刀與零件的形狀、尺寸有著密切聯(lián)系。在實(shí)際生產(chǎn)和使用過程中，為了提高數(shù)控車床的加工精度，就必須將數(shù)控車刀的材料、角度、切削量等參數(shù)考慮其中。此外，在實(shí)際安裝過程中，還應(yīng)當(dāng)把握車刀主偏角、同工件軸線高度差、刀尖過渡圓弧、車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)等參數(shù)。

3? 數(shù)控車床加工精度的優(yōu)化方案

3.1 選用科學(xué)合理的加工工藝

為了提高數(shù)控車床的加工精度，應(yīng)當(dāng)合理選用加工技術(shù)。在選擇加工工藝時(shí)，應(yīng)當(dāng)從以下三方面入手：首先，為了保證加工效率以及提高加工精度，應(yīng)當(dāng)以簡(jiǎn)單、高效為原則，例如，在實(shí)際生產(chǎn)過程中選擇箱體表面的鉸孔方法時(shí)，應(yīng)采取“小孔選鉸，大孔選撞”的原理，即孔小選擇鉸孔，孔大選擇撞孔的方式。鉸孔方法也是影響加工精度的重要影響因素，只有確保鉸孔方法的合理性，才能有效保證加工零件的精度;其次，在選擇加工工序時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮加工需求、工件特點(diǎn)等因素，并且保證在加工過程中裝夾能夠一次完成該過程。同時(shí)，在選擇工序時(shí)應(yīng)堅(jiān)持“集中”原則，若無(wú)法一次完成該過程，則需要減少更換刀具的次數(shù)以及改進(jìn)加工方法。此外，若工件的質(zhì)量要求較低，則可以選擇粗加工，反之則選精加工;最后，應(yīng)當(dāng)在制定加工路線時(shí)注意縮短路線，減少刀具的空程時(shí)間以及簡(jiǎn)化無(wú)用的加工程序，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。

3.2 誤差改進(jìn)方法

改進(jìn)誤差也是提高數(shù)控機(jī)床加工工藝精度的重要手段?？梢圆捎谜`差補(bǔ)償法來(lái)提高加工產(chǎn)品的精度。所謂誤差補(bǔ)償法就是以系統(tǒng)的補(bǔ)償功能為基礎(chǔ)，結(jié)合軟件和硬件，補(bǔ)償現(xiàn)有的坐標(biāo)軸，以此來(lái)提升加工工件的精度。此外，還有一種反向偏差補(bǔ)償法。例如，當(dāng)半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)誤差時(shí)，為了消滅潛在的誤差，最好的解決方案就是使用反向偏差補(bǔ)償來(lái)抵消。與誤差補(bǔ)償法相比。反向偏差補(bǔ)償法最大程度地減少了零件的誤差和潛在誤差，并有效控制了數(shù)控機(jī)床加工工藝過程中的總誤差。半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的工作原理如圖3所示。當(dāng)然，該方法也有弊端。它的使用成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于誤差補(bǔ)償法，因此，為了考慮成本問題，應(yīng)當(dāng)在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)誤差解決方法的研究，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)低成本、低誤差和高精度的數(shù)控機(jī)床加工過程。

3.3 對(duì)生產(chǎn)工藝優(yōu)化處理

生產(chǎn)工藝也是影響數(shù)控車床加工精度的重要因素。例如，當(dāng)數(shù)控車床對(duì)孔系進(jìn)行加工時(shí)，加工路徑和順序的不準(zhǔn)確會(huì)造成加工誤差。由此看來(lái)，工作人員應(yīng)當(dāng)密切關(guān)注孔系的加工過程，必須規(guī)范生產(chǎn)工序，提高設(shè)計(jì)精度，合理安排生產(chǎn)過程。與此同時(shí)，還要時(shí)刻注意數(shù)控車刀的運(yùn)行狀態(tài)，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定度，保證車刀在進(jìn)行加工時(shí)處于最佳切削狀態(tài)。最后，還應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換磨鈍的車刀。

4? 結(jié)語(yǔ)

隨著工業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床技術(shù)在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床具有相對(duì)較高的自動(dòng)化程度和精度。本文在分析了數(shù)控車床的加工原理、加工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控車床技術(shù)來(lái)說(shuō)，工藝精度起著決定性作用。接著探討了影響工藝精度的主要因素并提出了優(yōu)化方案，為我國(guó)的數(shù)控車床技術(shù)提供了建議和參考。

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