數(shù)控車床加工精度影響及提高方法

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摘要：在我國，數(shù)控車床的使用率極高，且對(duì)加工精度的要求也非常高。數(shù)控車床是我國機(jī)械制造行業(yè)中比較具有代表性的應(yīng)用產(chǎn)品。然而，在數(shù)控車床的工件加工使用過程中，受多種因素的影響，其生產(chǎn)的效率和加工的質(zhì)量方面出現(xiàn)了各種問題。本文以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，首先分析了影響其加工精度的潛在原因，然后針對(duì)性的探討了提高數(shù)控車床精度的有效技術(shù)措施。希望這些措施的應(yīng)用，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工件加工質(zhì)量的提高作出有價(jià)值的貢獻(xiàn)，同時(shí)也能夠更好的促進(jìn)我國機(jī)械加工行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；工件；加工精度；影響因素；提高方法

0引言

目前，在當(dāng)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控車床工藝因其表現(xiàn)出眾而獲得了廣大用戶的認(rèn)可。與此同時(shí)，用戶的需求日益提高，對(duì)工件的加工精度要求也越來越高。尤其是近幾年科技興起后，帶動(dòng)了高精密儀器制造技術(shù)的大量工業(yè)化生產(chǎn)，也引發(fā)了大量的數(shù)控車床加工誤差問題。這些問題的出現(xiàn)，向數(shù)控車床技術(shù)的應(yīng)用發(fā)出了更大的挑戰(zhàn)。在機(jī)械生產(chǎn)中不可避免的問題是誤差，而誤差的有效解決（或減小）是數(shù)控加工的重點(diǎn)技術(shù)工作之一。因?yàn)閿?shù)控加工過程中的很多因素都能夠引起誤差，直接影響到加工部件的精度和質(zhì)量。所以，必須根據(jù)機(jī)械加工的實(shí)際要求，對(duì)影響因素進(jìn)行有效分析的同時(shí)，采取一定的措施來控制誤差，從而提高數(shù)控車床工件的加工精度。

1數(shù)控車床概念簡(jiǎn)述

1.1數(shù)控車床常見分類及結(jié)構(gòu)

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的興起帶動(dòng)數(shù)控車床加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，該技術(shù)按照控制原理的不同可以分為3大類，分別為：①普通數(shù)控車床加工；②點(diǎn)位控制數(shù)控車床加工；③其他數(shù)控車床加工。在具體的機(jī)械加工應(yīng)用中，數(shù)控加工技術(shù)一般用于復(fù)雜的、高質(zhì)量要求的成型設(shè)計(jì)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)工件的加工要求。一般的數(shù)控車床由以下幾部分組成，分別為：①車床控制系統(tǒng)，也稱之為配置加工機(jī)器，主要用來控制車床；②車床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要完成驅(qū)動(dòng)工作，數(shù)控機(jī)床通過工人控制完成工件制作的驅(qū)動(dòng)操作；③輔助加工系統(tǒng)，為數(shù)控支撐加工提供數(shù)學(xué)計(jì)算、繪圖等輔助功能；④車床數(shù)控編程系統(tǒng)，用來控制控車床的軟件應(yīng)用體系或代碼，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以方便工件的自動(dòng)化加工。

1.2性能指標(biāo)及特點(diǎn)

數(shù)控車床固有的特性，使得它更加適用于加工復(fù)雜工件和某些特殊零配件，其特有的性能指標(biāo)能夠讓工件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)（半自動(dòng)）化處理加工，從而有效提高工件的加工效率。同時(shí)，因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)控車床的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)問題，維修和維護(hù)的困難系數(shù)都偏高，需要由專業(yè)人員進(jìn)行相關(guān)操作。數(shù)控車床的控制是通過數(shù)控編程來完成的，編程系統(tǒng)能夠設(shè)定具體的車床加工工作步驟，是數(shù)控車床的關(guān)鍵性特征之一。數(shù)控編程技術(shù)采用伺服系統(tǒng)（多為機(jī)器語言）語言裝置進(jìn)行工件驅(qū)動(dòng)工作，由工人根據(jù)車床系統(tǒng)的提示信息進(jìn)行操作與加工，使工人從繁重的手工勞動(dòng)中解放出來，大大提高了加工的效率與質(zhì)量的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了工作人員的工作內(nèi)容與強(qiáng)度。但是，數(shù)控車床能夠提高工件加工精度的同時(shí)，對(duì)投資成本的要求也加大了許多。越是精度系數(shù)和質(zhì)量要求高的工件，其加工過程中使用的數(shù)控車床應(yīng)用系統(tǒng)就越復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員和操作人員的專業(yè)性要求也就越強(qiáng)。簡(jiǎn)單來說，工件質(zhì)量和數(shù)控加工成本是成正比的。

2影響數(shù)控車床精度的因素

人們對(duì)生活需求的提高，使得機(jī)械工業(yè)對(duì)工件或是工藝品的需求變高。各行各業(yè)的發(fā)展過程中，都離不開零部件的使用與更新。在實(shí)際應(yīng)用過程中，數(shù)控車床采用數(shù)字及文字來控制零部件的精密加工，在有效降低手工制造出現(xiàn)的誤差和失誤的負(fù)面影響下，能夠減少誤差系數(shù)，加大產(chǎn)品的加工精度。數(shù)控車床的具體操作步驟如圖1所示。但對(duì)于某類單一小批量工件的（半自動(dòng)化）自動(dòng)化加工，因?yàn)槠涔ぜ螤顝?fù)雜、精度系數(shù)要求高，使得加工效果不理想，在精度及工藝方面還有很大的提升空間。影響數(shù)控車床加工精度的主要因素有以下幾點(diǎn)：

2.1伺服因素的影響

伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床加工操作中，主要承擔(dān)數(shù)控車床穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)操作的工作，在該系統(tǒng)的運(yùn)作下，數(shù)控車床提供機(jī)械動(dòng)力，并發(fā)揮協(xié)調(diào)控制功能。操作過程中，如果操作人員驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)速度誤差，就會(huì)引起傳動(dòng)誤差和其他一系列問題，導(dǎo)致加工精度產(chǎn)生誤差，影響最終的工件質(zhì)量。2.2導(dǎo)軌誤差的影響數(shù)控車床的很多工作都是在導(dǎo)軌上進(jìn)行的，因此在工具放入導(dǎo)軌的過程中，必須準(zhǔn)確確認(rèn)各個(gè)部件的最理想位置。如果在車床機(jī)械加工中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌磨損，或是操作人員控制軌道失誤，都會(huì)引起導(dǎo)軌誤差，給工件的質(zhì)量造成不良的影響。

2.3刀具參數(shù)的影響

數(shù)控車床加工任何部件都離不開車刀，但在車刀進(jìn)行切削時(shí)，很多隨機(jī)問題會(huì)產(chǎn)生。如：①車刀主偏角問題，當(dāng)主偏角位置偏移或是主偏角偏小，都會(huì)直接影響加工工件的精度系數(shù)。②刀尖外削問題，當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行外圓車削時(shí)，對(duì)刀具有更高的要求；一旦圓弧車刀有細(xì)微偏差，都會(huì)直接影響工件的加工精度系數(shù)。對(duì)車削程序進(jìn)行合理的編寫，并認(rèn)真分析刀具軸線的偏差進(jìn)而修正刀具的位置。數(shù)控車床的車刀的刀尖存在圓弧半徑，還存在主偏角和工件之間高度差的問題，也會(huì)對(duì)數(shù)控車床的加工精度造成一定的影響。基于此，加工工件過程中必須對(duì)刀具的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合參考，在編程時(shí)把誤差問題考慮到其中，從參數(shù)因素上減小潛在誤差的發(fā)生。

2.4逼近誤差和圓整誤差的影響

所謂逼近誤差，指的是機(jī)械控件編程時(shí)，采用數(shù)學(xué)近似算法，經(jīng)過精確值的控制來逼近零件的基礎(chǔ)誤差，一旦精確值過低，則會(huì)影響工件的精度。所謂圓整誤差，指的是在經(jīng)濟(jì)型步進(jìn)電機(jī)數(shù)控車床加工中，通過步進(jìn)脈沖有效控制加工零部件的直線位移量，其中脈沖當(dāng)量是產(chǎn)品規(guī)格的最小單位，直接影響數(shù)控車床工件的加工精度。當(dāng)數(shù)控車床工件處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)操作到圓整脈沖當(dāng)量值時(shí)，就會(huì)無法避免的產(chǎn)生圓整誤差。該誤差量直接影響加工部件的尺寸和規(guī)格。

3應(yīng)對(duì)策略的探討

影響數(shù)控車床加工精度的因素有很多，但是在數(shù)控車床加工過程中，不能被這些影響因素所左右，逆來順受。必須要找出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，針對(duì)可能出現(xiàn)的因素進(jìn)行應(yīng)對(duì)處理，從而更有效的降低誤差值，提高工件生產(chǎn)的精度。

3.1伺服偏差的控制

對(duì)于數(shù)控車床來說，伺服系統(tǒng)的作用最為重要，如果想降低車床加工工件的誤差，減少車床自身帶來的負(fù)面影響，那么就需要高度重視伺服系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。為伺服系統(tǒng)搭配高性能低功耗的驅(qū)動(dòng)裝置，能夠有效的優(yōu)化車床系統(tǒng)參數(shù)。同時(shí)，在車削加工過程中，針對(duì)直線工件的物理特性抑制速度誤差，能夠減少速度滯后帶來的一系列問題；針對(duì)圓弧加工設(shè)置開環(huán)增益功能，提高圓弧工件的輪廓加工精度。

3.2數(shù)控車床性能控制

機(jī)械技術(shù)的迅速發(fā)展，給數(shù)控車床帶來了非常大的影響，近年來數(shù)控車床的加工質(zhì)量及效益都得到了明顯的提升。同時(shí)，數(shù)控車床的性能問題也得到了越來越多專業(yè)人士的關(guān)注。如何能夠有效提高數(shù)控車床的性能，成為專家們?nèi)粘Ｌ接懙膯栴}之一。通常來說，出于提高車床的自身性能方面考慮，可以采用斜床造型來有效提高其抗彎扭能力。采用的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高的車刀刀具進(jìn)行切割，并且為車床配備自動(dòng)換刀功能，能夠有效的優(yōu)化車削效果，提高零部件的車削精度水平。以數(shù)控車床某軸類零件的具體加工為例，在零件進(jìn)行粗加工之前，預(yù)留1mm刀補(bǔ)控制。然后，采取2次車床車削加工處理，第一次徑向進(jìn)給量設(shè)置為0.5mm，進(jìn)行一次細(xì)加工，一次細(xì)加工完成后，還有0.5mm的刀補(bǔ)，此時(shí)即可進(jìn)行二次深加工，從而有效提高產(chǎn)品的精度。經(jīng)過實(shí)踐操作表明，從粗加工到一次細(xì)加工、二次細(xì)加工，通過三次加工的方式，能夠有效控制軸類工件的精度誤差。

3.3誤差補(bǔ)償控制

在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，考慮到逼近誤差對(duì)產(chǎn)品誤差率的影響，通過對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，采用數(shù)學(xué)計(jì)算公式及原理勾勒工件廓形，提高精度系數(shù)，減少逼近誤差，從而保障工件在進(jìn)行不規(guī)則加工處理時(shí)，提高工件的質(zhì)量和精度系數(shù)。對(duì)圓整誤差的控制，可以通過硬件處理進(jìn)行前期預(yù)防，也可通過軟件處理彌補(bǔ)誤差的精度值，盡量消除實(shí)際操作中的不確定因素影響。針對(duì)需要重復(fù)定位的工件或工藝，需要在數(shù)控加工之前，進(jìn)行有效的測(cè)量誤差測(cè)算，盡量降低測(cè)量誤差，從而為深度精細(xì)加工提供更準(zhǔn)確的計(jì)算量，方便后期對(duì)工件誤差精度范圍的掌控，有效提高元件生產(chǎn)效率及精度。

3.4車床的維修與維護(hù)

數(shù)控車床對(duì)加工精度的要求極高，所以在工作過程中要做到對(duì)車床進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障提示必須馬上進(jìn)行處理，調(diào)整并優(yōu)化加工相關(guān)工作數(shù)據(jù)的安全系數(shù)，并根據(jù)反饋的錯(cuò)誤信息，進(jìn)行控制端定點(diǎn)控制與管理。在修復(fù)導(dǎo)軌精度的時(shí)候，使用環(huán)保導(dǎo)軌涂層來提高車床導(dǎo)軌的耐用性能，減少因?qū)к壩锢硪蛩匾鸬恼`差。同時(shí)也可以在系統(tǒng)的維護(hù)過程中，提高車床的測(cè)量加工定位精度，減小切削精度對(duì)工件質(zhì)量的一系列影響。

4結(jié)束語

數(shù)控車床在進(jìn)行工件加工過程中，影響加工精度的原因種類有多種，并且因?yàn)槠溆绊懗潭炔煌?，產(chǎn)生的誤差效果也不一樣。所以，操作人員必須要根據(jù)具體原因進(jìn)行分析，并以數(shù)控車床為基礎(chǔ)，采用伺服偏差控制、性能控制及誤差補(bǔ)償控制等方式來完善工件的加工質(zhì)量，同時(shí)定時(shí)對(duì)車床進(jìn)行維修與維護(hù)，排除潛在問題危機(jī)的影響，提高數(shù)控車床的整體性能和精度比，從而有效保障機(jī)械工件的加工精度和質(zhì)量，促進(jìn)我國數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展水平的進(jìn)一步提高。

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作者:馮鋒 單位:江蘇財(cái)經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院