數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析
2022-7-5 來源： 江蘇財經(jīng)職業(yè)技術學院 作者：馮鋒
摘要： 在我國，數(shù)控車床的使用率極高，且對加工精度的要求也非常高。數(shù)控車床是我國機械制造行業(yè)中比較具有代表性的應用產品。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，其生產的效率和加工的質量方面出現(xiàn)了各種問題。本文以數(shù)控機床為基礎，首先分析了影響其加工精度的潛在原因，然后針對性的探討了提高數(shù)控車床精度的有效技術措施。希望這些措施的應用，能夠為相關工件加工質量的提高作出有價值的貢獻，同時也能夠更好的促進我國機械加工行業(yè)的長遠發(fā)展。
關鍵詞： 數(shù)控車床；工件；加工精度；影響因素；提高方法
0 引言
目前，在當代機械工業(yè)生產中，數(shù)控車床工藝因其表現(xiàn)出眾而獲得了廣大用戶的認可。與此同時，用戶的需求日益提高，對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，帶動了高精密儀器制造技術的大量工業(yè)化生產，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)控車床技術的應用發(fā)出了更大的挑戰(zhàn)。
在機械生產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)控加工的重點技術工作之一。因為數(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量。所以，必須根據(jù)機械加工的實際要求，對影響因素進行有效分析的同時，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)控車床概念簡述
1.1 數(shù)控車床常見分類及結構
市場經(jīng)濟的興起帶動數(shù)控車床加工技術的廣泛應用，該技術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。
在具體的機械加工應用中，數(shù)控加工技術一般用于復雜的、高質量要求的成型設計，該技術能夠實現(xiàn)用戶對高標準工件的加工要求。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器，主要用來控制車床；
②車床伺服驅動系統(tǒng)，主要完成驅動工作，數(shù)控機床通過工人控制完成工件制作的驅動操作；
③輔助加工系統(tǒng)，為數(shù)控支撐加工提供數(shù)學計算、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用體系或代碼，該系統(tǒng)的應用可以方便工件的自動化加工。
1.2 性能指標及特點
數(shù)控車床固有的特性，使得它更加適用于加工復雜工件和某些特殊零配件，其特有的性能指標能夠讓工件實現(xiàn)自動（半自動）化處理加工，從而有效提高工件的加工效率。同時，因為自動化技術的應用，使得數(shù)控車床的內部體系結構更為復雜，一旦出現(xiàn)問題，維修和維護的困難系數(shù)都偏高，需要由專業(yè)人員進行相關操作。
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)能夠設定具體的車床加工工作步驟，是數(shù)控車床的關鍵性特征之一。
數(shù)控編程技術采用伺服系統(tǒng)（多為機器語言）語言裝置進行工件驅動工作，由工人根據(jù)車床系統(tǒng)的提示信息進行操作與加工，使工人從繁重的手工勞動中解放出來，大大提高了加工的效率與質量的同時，也簡化了工作人員的工作內容與強度。
但是，數(shù)控車床能夠提高工件加工精度的同時，對投資成本的要求也加大了許多。越是精度系數(shù)和質量要求高的工件，其加工過程中使用的數(shù)控車床應用系統(tǒng)就越復雜，對技術人員和操作人員的專業(yè)性要求也就越強。簡單來說，工件質量和數(shù)控加工成本是成正比的。
2 、影響數(shù)控車床精度的因素
人們對生活需求的提高，使得機械工業(yè)對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。在實際應用過程中，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)的誤差和失誤的負面影響下，能夠減少誤差系數(shù)，加大產品的加工精度。數(shù)控車床的具體操作步驟如圖 1 所示。
圖 1 數(shù)控車床的操作步驟
但對于某類單一小批量工件的（半自動化）自動化加工，因為其工件形狀復雜、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：
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，主要承擔數(shù)控車床穩(wěn)定運轉操作的工作，在該系統(tǒng)的運作下，數(shù)控車床提供機械動力，并發(fā)揮協(xié)調控制功能。操作過程中，如果操作人員驅動系統(tǒng)時出現(xiàn)速度誤差，就會引起傳動誤差和其他一系列問題，導致加工精度產生誤差，影響最終的工件質量。
2.2 導軌誤差的影響
數(shù)控車床的很多工作都是在導軌上進行的，因此在工具放入導軌的過程中，必須準確確認各個部件的最理想位置。如果在車床機械加工中發(fā)現(xiàn)導軌磨損，或是操作人員控制軌道失誤，都會引起導軌誤差，給工件的質量造成不良的影響。
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，但在車刀進行切削時，很多隨機問題會產生。如：
①車刀主偏角問題，當主偏角位置偏移或是主偏角偏小，都會直接影響加工工件的精度系數(shù)。②刀尖外削問題，當對工件進行外圓車削時，對刀具有更高的要求；一旦圓弧車刀有細微偏差，都會直接影響工件的加工精度系數(shù)。對車削程序進行合理的編寫，并認真分析刀具軸線的偏差進而修正刀具的位置。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，也會對數(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刀具的相關參數(shù)進行綜合參考，在編程時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，指的是機械控件編程時，采用數(shù)學近似算法，經(jīng)過精確值的控制來逼近零件的基礎誤差，一旦精確值過低，則會影響工件的精度。所謂圓整誤差，指的是在經(jīng)濟型步進電機數(shù)控車床加工中，通過步進脈沖有效控制加工零部件的直線位移量，其中脈沖當量是產品規(guī)格的最小單位，直接影響數(shù)控車床工件的加工精度。
當數(shù)控車床工件處于工作狀態(tài)時，當操作到圓整脈沖當量值時，就會無法避免的產生圓整誤差。該誤差量直接影響加工部件的尺寸和規(guī)格。
3 、應對策略的探討
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。必須要找出相應的應對策略，針對可能出現(xiàn)的因素進行應對處理，從而更有效的降低誤差值，提高工件生產的精度。
3.1 伺服偏差的控制
對于數(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面影響，那么就需要高度重視伺服系統(tǒng)的實際應用。為伺服系統(tǒng)搭配高性能低功耗的驅動裝置，能夠有效的優(yōu)化車床系統(tǒng)參數(shù)。同時，在車削加工過程中，針對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；針對圓弧加工設置開環(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
機械技術的迅速發(fā)展，給數(shù)控車床帶來了非常大的影響，近年來數(shù)控車床的加工質量及效益都得到了明顯的提升。同時，數(shù)控車床的性能問題也得到了越來越多專業(yè)人士的關注。如何能夠有效提高數(shù)控車床的性能，成為專家們日常探討的問題之一。通常來說，出于提高車床的自身能方面考慮，可以采用斜床造型來有效提高其抗彎扭能力。
采用的標準化系數(shù)高的車刀刀具進行切割，并且為車床配備自動換刀功能，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，在零件進行粗加工之前，預留 1mm 刀補控制。然后，采取 2 次車床車削加工處理，第一次徑向進給量設置0.5mm，進行一次細加工，一次細加工完成后，還有 0.5mm的刀補，此時即可進行二次深加工，從而有效提高產品的精度。
經(jīng)過實踐操作表明，從粗加工到一次細加工、二次細加工，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 誤差補償控制
在進行數(shù)控加工時，考慮到逼近誤差對產品誤差率的影響，通過對控制系統(tǒng)進行升級，采用數(shù)學計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，從而保障工件在進行不規(guī)則加工處理時，提高工件的質量和精度系數(shù)。對圓整誤差的控制，可以通過硬件處理進行前期預防，也可通過軟件處理彌補誤差的精度值，盡量消除實際操作中的不確定因素影響。
針對需要重復定位的工件或工藝，需要在數(shù)控加工之前，進行有效的測量誤差測算，盡量降低測量誤差，從而為深度精細加工提供更準確的計算量，方便后期對工件誤差精度范圍的掌控，有效提高元件生產效率及精度
。
3.4 車床的維修與維護
數(shù)控車床對加工精度的要求極高，所以在工作過程中要做到對車床進行實時監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障提示必須馬上進行處理，調整并優(yōu)化加工相關工作數(shù)據(jù)的安全系數(shù)，并根據(jù)反饋的錯誤信息，進行控制端定點控制與管理。在修復導軌精度的時候，使用環(huán)保導軌涂層來提高車床導軌的耐用性能，減少因導軌物理因素引起的誤差。
同時也可以在系統(tǒng)的維護過程中，提高車床的測量加工定位精度，減小切削精度對工件質量的一系列影響。
4 、結束語
數(shù)控車床在進行工件加工過程中，影響加工精度的原因種類有多種，并且因為其影響程度不同，產生的誤差效果也不一樣。所以，操作人員必須要根據(jù)具體原因進行分析，并以數(shù)控車床為基礎，采用伺服偏差控制、性能控制及誤差補償控制等方式來完善工件的加工質量，同時定時對車床進行維修與維護，排除潛在問題危機的影響，提高數(shù)控車床的整體性能和精度比，從而有效保障機械工件的加工精度和質量，促進我國數(shù)控車床技術發(fā)展水平的進一步提高。
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