探究數(shù)控車床加工精度的影響因素及優(yōu)化方法

花林兄

（鹽城機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，鹽城 224000）

目前，數(shù)控車床已經(jīng)成為機(jī)械制造業(yè)不可或缺的加工設(shè)備。相對于傳統(tǒng)人工加工模式來說，數(shù)控車床雖然能夠有效提高工件的加工效率和質(zhì)量，但是隨著使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其存在的弊端也逐漸凸顯。眾所周知，產(chǎn)品質(zhì)量是影響機(jī)械制造業(yè)經(jīng)營發(fā)展水平的主要因素，因此在使用數(shù)控車床加工工件時，企業(yè)必須要理解和掌握影響數(shù)控車床加工精度的關(guān)鍵要素，并采用科學(xué)方式進(jìn)行優(yōu)化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率?；诖耍芯坑绊憯?shù)控車床加工精度的因素，并提出相應(yīng)優(yōu)化策略，對于推動制造業(yè)企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展和加快數(shù)控車床改造速度十分重要。

1 數(shù)控車床加工精度影響要素

1.1 伺服驅(qū)動系統(tǒng)

數(shù)控車床組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖1 所示。伺服驅(qū)動系統(tǒng)是重要組成部分，屬于中樞系統(tǒng)，在車床運(yùn)行過程中能夠準(zhǔn)確跟隨和復(fù)制所有加工過程，因此也被稱為隨動系統(tǒng)。機(jī)械制造業(yè)在產(chǎn)品加工過程中使用數(shù)控車床，需要伺服系統(tǒng)充分發(fā)揮驅(qū)動功能[1-2]。結(jié)合大量實踐來看，伺服系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控車床運(yùn)行的各個環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀態(tài)能夠直接影響工件的加工精度[3]。在工件加工過程中，數(shù)控車床的運(yùn)行離不開閉環(huán)控制伺服給進(jìn)系統(tǒng)的控制。在傳遞工作信號時，絲杠會產(chǎn)生反向運(yùn)動，導(dǎo)致數(shù)控車床出現(xiàn)暫時空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，容易對工件的加工進(jìn)度造成影響。

圖1 數(shù)控機(jī)床組成結(jié)構(gòu)

1.2 刀具參數(shù)

刀具主要應(yīng)用于數(shù)控車床工件加工的切削工作。在實際使用中，刀具受多重因素影響，容易出現(xiàn)車刀軸線移動問題，導(dǎo)致工件切割過程穩(wěn)定性不足，進(jìn)而改變刀尖的圓弧半徑，使得最終加工的成品精度存在一定誤差。如果沒有及時糾正，會造成大批工件精度不足，降低產(chǎn)品合格率[4]，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致刀具磨損。刀具磨損類型，如圖2 所示。將刀具參數(shù)輸入自動化控制系統(tǒng)過程，需要結(jié)合工件加工的實際情況，分析車刀軸線發(fā)生的變化，同時合理調(diào)整軸向位移長度、刀尖圓弧等參數(shù)，確保最終輸入系統(tǒng)的參數(shù)準(zhǔn)確無誤。此外，要全面掌握被加工工件的特點，合理設(shè)置參數(shù)偏差范圍，通過科學(xué)分析做好調(diào)整工作，盡可能避免刀具參數(shù)引起的精度不足問題。

圖2 刀具磨損類型

1.3 背吃刀量

使用數(shù)控車床加工工件的過程中，需要合理切削零件，而切削的速度、深度和用量會對工件精度產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，尤其對工件表面的粗糙度影響較大。通常情況下，工件加工初期需要選擇較大的背吃刀量，主要目的是提高切削效率。但是，這種方式存在一定不足。在工件切削過程中，背吃刀量越大，切削力就越大。工件在刀具摩擦作用下會產(chǎn)生一定損耗，導(dǎo)致精度與標(biāo)準(zhǔn)要求不符[5]。零件加工過程中，選擇切削量必須充分考慮切削速度，盡可能減少進(jìn)給量。

2 數(shù)控車床加工精度優(yōu)化策略

2.1 選擇高精度的數(shù)控車床設(shè)備

購買設(shè)備時，要選擇精度較高的數(shù)控車床，以保證加工出來的零件尺寸精度和表面粗糙度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。高精度的數(shù)控車床可以提供更精確的加工結(jié)果，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量。在選購數(shù)控車床時，可以參考廠家提供的技術(shù)參數(shù)，了解設(shè)備的精度等級、重復(fù)定位精度等關(guān)鍵指標(biāo)。此外，可以參考其他用戶的評價和建議，選擇性能穩(wěn)定、操作簡便的設(shè)備。目前，較為常見的幾種數(shù)控機(jī)床如表1 所示。

表1 數(shù)控機(jī)床種類

2.2 選擇合適的刀具

根據(jù)加工零件的材料、形狀和尺寸選擇合適的刀具類型和規(guī)格，以保證切削參數(shù)的合理性，提高加工精度。例如，對于硬質(zhì)材料可以選擇硬質(zhì)合金刀具，對于高溫合金可以選擇陶瓷刀具等。在選擇刀具時，需要考慮刀具的耐用性、更換周期等因素，以確保生產(chǎn)效率穩(wěn)定。另外，對刀儀可用于對刀，但由于對刀儀易于損壞，需要在使用過程中控制好對刀尺寸。在操作過程中，通過搖動手輪的方式使刀具逐漸與工件接近。在保持一定距離時，工件加工中刀具與工件之間的距離通?？刂圃? mm 左右。同時，合理調(diào)整刀具齒輪，通過合適的給進(jìn)方式精準(zhǔn)對刀，在不磨損刀具的情況下直接加工刀具，將進(jìn)度控制在允許誤差范圍內(nèi)（允許誤差值為±0.002 mm）。

2.3 優(yōu)化切削參數(shù)

如果首次對刀產(chǎn)生誤差或受其他因素影響導(dǎo)致工件誤差超過允許誤差值，可以通過優(yōu)化切削參數(shù)的方式使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)精度要求。根據(jù)刀具類型、材料和零件結(jié)構(gòu)，合理設(shè)置切削速度、進(jìn)給速度和切削深度等參數(shù)，以獲得最佳的加工效果。通過多次試驗和調(diào)整，可以找到最佳的切削參數(shù)組合，從而提高加工精度。在優(yōu)化切削參數(shù)時，要充分考慮刀具的磨損情況、工件材料的熱膨脹系數(shù)等因素，確保參數(shù)的合理性。例如，通過修改刀具補(bǔ)償值優(yōu)化切削參數(shù)，需要先清除刀具補(bǔ)償頁面的補(bǔ)償值，然后合理設(shè)置補(bǔ)償偏置。具體優(yōu)化過程中可以采取兩種方式：一是徑向尺寸法，即按照先放大后減小的順序修改刀具補(bǔ)償值，將工件尺寸放大1 mm；二是確定軸向尺寸，即按照長增短減的方式修改刀具補(bǔ)償處，將偏移量控制為0.0 mm，在軸長0.002 mm 處測量補(bǔ)償量。

2.4 采用合適的夾具和工件固定方式

選擇合適的夾具和工件固定方式，以減小裝夾誤差對加工精度的影響。例如，使用液壓夾具或磁力夾具可以提升夾緊力的穩(wěn)定性，從而減少裝夾誤差；采用零點定位、二次定位等方法，進(jìn)一步提高裝夾精度。

2.5 提高操作人員的技能水平

加強(qiáng)操作人員的培訓(xùn)，提高其對數(shù)控車床的操作技能和加工精度的認(rèn)識，確保加工過程的穩(wěn)定和可控。通過定期培訓(xùn)和考核，使操作人員熟練掌握數(shù)控車床的操作方法和注意事項。同時，要加強(qiáng)對新技術(shù)、新工藝的學(xué)習(xí)，不斷提高操作人員的技能水平。

2.6 采用高精度的測量工具和方法

在加工過程中，使用高精度的測量工具（千分尺、游標(biāo)卡尺等）和方法（直接法、比較法等），實時監(jiān)控和調(diào)整加工尺寸，以保證加工精度。通過定期校準(zhǔn)和保養(yǎng)測量工具，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時，采用數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對加工過程的全面監(jiān)控，提高檢測的效率和準(zhǔn)確性。例如，使用數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測軸類零件加工過程，要求零件在粗加工前，在刀補(bǔ)中留出1 mm 余量。完成粗加工作業(yè)后，測量零件余量，并通過數(shù)字化監(jiān)測系統(tǒng)記錄粗加工過程的數(shù)據(jù)。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示后期精加工的余量為0.98 mm，并且該零件加工過程的允許誤差范圍為±0.04 mm，那么為了便于計算，可以取允許誤差的中間值，即0.02 mm，與精加工余量0.98 mm 相加，結(jié)果為1.00 mm。然后可以分兩刀車削，每刀給進(jìn)量為0.50 mm。如果工件在第一刀精加工后測量余量為0.5 mm，那么第二刀則無須測量，加工后的工件精度一定合格。

2.7 定期維護(hù)和保養(yǎng)數(shù)控車床

對數(shù)控車床進(jìn)行定期的清潔、潤滑、緊固等工作，確保設(shè)備正常運(yùn)行，降低故障率，提高加工精度。同時，定期檢查和更換磨損部件，延長設(shè)備使用壽命。在維護(hù)和保養(yǎng)過程中，要注意遵循設(shè)備制造商的建議和要求，確保設(shè)備處于良好的工作狀態(tài)。在維護(hù)保養(yǎng)中，需要適當(dāng)調(diào)整工藝系統(tǒng)參數(shù)，可以采用試切法和調(diào)整法。其中：試切法是通過試切的方式調(diào)整刀具參數(shù)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)試切，反復(fù)操作，直到尺寸合理，適用于企業(yè)小批量生產(chǎn)；調(diào)整法是對機(jī)床、夾具等位置進(jìn)行調(diào)整，滿足尺寸要求后開展生產(chǎn)作業(yè)，適用于大批量生產(chǎn)作業(yè)。

2.8 采用高質(zhì)量的刀具材料

使用高性能的刀具材料（硬質(zhì)合金、陶瓷等），可以提高刀具的耐磨性，延長刀具的使用壽命，從而提高加工精度。要確保刀具材料的一致性，避免因材料差異導(dǎo)致的加工誤差。在選購刀具材料時，可以參考刀具供應(yīng)商的推薦和評價，選擇性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。

2.9 優(yōu)化加工工藝

通過優(yōu)化零件加工工藝，減少加工過程中的應(yīng)力、熱變形等因素對加工精度的影響。例如，合理安排熱處理工藝減少焊接變形等，可以有效提高零件的加工精度。在進(jìn)行工藝優(yōu)化時，要充分考慮材料特性、零件結(jié)構(gòu)等，制定合理的工藝流程。同時，要不斷總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，持續(xù)改進(jìn)和完善加工工藝。

3 結(jié)語

數(shù)控車床加工精度的提升可以通過多個方面的優(yōu)化來實現(xiàn)，需要從機(jī)床剛度、切削力、刀具質(zhì)量、加工件材料、機(jī)床軸間配合精度和零部件的工藝加工質(zhì)量等方面綜合考慮，并采取相應(yīng)的措施，不斷提高加工質(zhì)量，滿足實際需求。新時期，隨著機(jī)械加工企業(yè)對產(chǎn)品精度要求的不斷提升，進(jìn)一步突顯數(shù)控車床加工精度控制的重要性。因此，只有保證數(shù)控車床的正常使用，才能提高企業(yè)產(chǎn)品合格率，進(jìn)而為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。