數(shù)控車床加工精度影響因素淺議

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摘要：機械加工領(lǐng)域，數(shù)控車床作為重要機械設(shè)備之一，發(fā)展至今已具備自動化、智能化等特點，整體加工效率和質(zhì)量更顯著。但是，數(shù)控車床實際運行中可能存在一系列會帶給加工精度影響的因素，如果未能及時發(fā)現(xiàn)并改進，必定會對加工結(jié)果構(gòu)成影響。本文在闡述數(shù)控車床工作原理及特點的基礎(chǔ)上，指出了影響加工精度的因素，并探討了相應(yīng)的改進策略，以供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工精度；影響因素；改進策略

0引言

作為現(xiàn)代化機械加工設(shè)備之一的數(shù)控車床，可助力各行業(yè)產(chǎn)品精加工的實現(xiàn)，且能大幅提升加工效率及精準度，從而提高各行業(yè)的經(jīng)濟效益。但是，現(xiàn)階段市場面向產(chǎn)品提出更高精細度要求，而數(shù)控車床實際運行中可能面臨伺服系統(tǒng)、數(shù)控軌道等因素影響的緣故，無法保證加工精度，也就難以滿足產(chǎn)品高精度的需求?；诖?，設(shè)計及控制人員在數(shù)控車床設(shè)計與操作實踐中有必要對各類因素予以綜合考慮，以帶動數(shù)控車床加工精度的全面提升。

1數(shù)控車床概述

1.1工作原理

數(shù)控車床實質(zhì)上便是在普通車床中引入計算機數(shù)字化控制系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)），涉及了多項現(xiàn)代化科學技術(shù)的應(yīng)用，在機械加工行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[1]。從工作原理來看，數(shù)控車床與傳統(tǒng)車床的區(qū)別在于依托數(shù)控設(shè)備描述待加工零件并編制語言，同時向計算機控制系統(tǒng)傳輸后展開后續(xù)操作，該流程中應(yīng)用了CNC裝置、數(shù)字傳輸設(shè)備及控制面板等。圖1呈現(xiàn)了數(shù)控車床硬件組成部分。工作人員在機床本體卡具上裝置待加工零件后。通過控制面板的應(yīng)用輸入待加工零件加工形狀、尺寸及精度等加工要求至CNC系統(tǒng)內(nèi)；工作人員依托CNC系統(tǒng)完成刀具移動軌跡等零件需加工信息的繪制，同時CNC裝置會轉(zhuǎn)化上述信息為代碼并在程序中完成記錄后，向數(shù)控系統(tǒng)傳輸；控制系統(tǒng)接收到傳輸?shù)男畔⒑?，結(jié)合PLC系統(tǒng)展開譯碼、運算，并向主軸伺服裝置、電氣回路及相關(guān)輔助裝置傳達指令，機床在CNC系統(tǒng)各裝置的帶動下，依據(jù)提前錄入及轉(zhuǎn)化的數(shù)據(jù)完成零件的精細化加工。

1.2特點

引入CNC系統(tǒng)的數(shù)控車床，相比傳統(tǒng)機床而言在零件加工方面的優(yōu)勢顯著，主要包含“四高”，分別為：一是加工精度高。CNC控制系統(tǒng)具備極高的精準度，引入數(shù)控車床中后，能保障機械零件加工一致性及穩(wěn)定性。二是加工深度高。CNC控制系統(tǒng)通過多種程序的匯編，能夠聯(lián)動多個坐標，故而支持具備更復雜形狀的機械零件的加工[2]。三是工作效率高。該系統(tǒng)在輸入程序調(diào)整的前提下可實現(xiàn)不同加工零件的控制，能減少計算評估零件的時間，因此具備更高的工作效率。四是自動化程度高。數(shù)控車床支持批量加工零件，能夠減輕操作人員工作強度，具備遠超傳統(tǒng)機床的工作效率。

2數(shù)控車床加工精度影響因素

2.1電氣伺服系統(tǒng)影響

數(shù)控車床加工零件時，負責車床正常運轉(zhuǎn)的電氣伺服系統(tǒng)，是影響車床實際運行效果的主要因素之一，其準確度高低會對零件加工精度構(gòu)成直接影響。應(yīng)用數(shù)控車床加工各種機械零件時，需對刀具及零部件位置予以重點關(guān)注和嚴格把控，運轉(zhuǎn)中的伺服電機可前移或后調(diào)滾珠絲杠，而在調(diào)整兩者位置的過程中，伺服驅(qū)動與滾珠絲杠中一旦有轉(zhuǎn)動誤差問題產(chǎn)生，必然會影響零部件加工精度，甚至導致零部件無法使用或失效。

2.2數(shù)控軌道影響

數(shù)控車床加工零件時，車床本身軌道位置同樣可能影響零件的加工精度，且其偏差越大時，構(gòu)成的影響也會隨之增長。具體加工中，需提前精準測量并校對各個零件的具體位置，該步驟是加工的必要前提，會對數(shù)控車床加工精度構(gòu)成直接影響。而在加工實踐中，當車床軌道出現(xiàn)小量偏移或程度不一的磨損等情況時，零部件加工精度都會下降。同時，操作人員如果出現(xiàn)有誤的操作引起了車床軌道偏移，難以保證零部件加工質(zhì)量達標。

2.3逼近誤差與圓整誤差影響

逼近誤差表示編程零件輪廓時，通過近似或擬合理念算法的應(yīng)用，在控制精確值的基礎(chǔ)上逼近零件基礎(chǔ)誤差。如果出現(xiàn)偏低的精確值，零部件加工精度就會受影響。應(yīng)用數(shù)控車床加工制作零部件時，需提前做好編程作業(yè)任務(wù)，不規(guī)則外形零部件的加工中涉及了數(shù)學相關(guān)知識的應(yīng)用，如近似對非圓線性處理，零部件曲線輪廓可用直線輪廓取代。但是，雖然該方法呈現(xiàn)出一定優(yōu)勢，但形成的零部件輪廓形狀可能無法或難以重合待加工目標輪廓形狀，此時就會有加工誤差產(chǎn)生。圓整誤差表示加工實踐中應(yīng)用圓軌跡或圓弧運動加工時，此類運動軌跡與實際數(shù)值間有較大誤差存在。部分數(shù)控車床是由電機負責控制刀具實際運行軌跡，步進電機產(chǎn)生的脈沖往往決定了刀具最小運動距離，處于工作狀態(tài)的數(shù)控車床工件，操作至圓整脈沖當量值時，難免會有圓整誤差產(chǎn)生，進而對加工部件尺寸及規(guī)格構(gòu)成影響。

2.4車床熱變形誤差影響

工作中的數(shù)控車床，可能會受到不同類型熱源的影響，當車床有發(fā)熱的情況出現(xiàn)后，元件可能出現(xiàn)膨脹，甚至出現(xiàn)嚴重變形，此時會阻礙程序運行的有序性，進而影響車床加工實際精度。同時，車床車刀切削過程中，會有摩擦熱產(chǎn)生，且當外部環(huán)境溫度產(chǎn)生變化后，同樣會導致車床元件溫度局部不均勻，此時就會帶給機械運轉(zhuǎn)一定的影響，且元件體積大小可能會因溫度影響產(chǎn)生變化，對于高精度設(shè)備的數(shù)控車床而言也就會構(gòu)成嚴重影響[3]。此外，當元件體積與設(shè)備實際要求不符合時，會出現(xiàn)絲杠軸心線傾斜、車刀切削角度偏移等問題，以致無法保障待加工零件精度。

2.5切削刀具影響

數(shù)控車床工作中會使用刀具切削零件，由于刀具本身具備刀尖圓弧及主偏角，因此在切削時難免會有程度不一的誤差形成，且在不斷加工零件的過程中會逐步擴大此類誤差。同時，切削速度、深度及進給量也會對待加工零件表面粗糙程度及精度構(gòu)成影響，如初加工階段為促進效率的提高多選擇較大背吃刀量，越大的背吃刀量具備越大的切削力，稍有不慎就會損壞刀具和零件，進而影響加工精度。

2.6程序運行

數(shù)控車床運行中，有著順序與規(guī)范極為嚴格的控制系統(tǒng)，工作人員如果未參照對應(yīng)的程序?qū)嵤┎僮?，?shù)據(jù)處理有誤差、操作順序不科學，或數(shù)控車床運行程序欠缺合理性，會帶給程序正常運行一定的影響，進而造成加工精度出現(xiàn)誤差的情況。

3數(shù)控車床加工精度影響改進策略

3.1電氣伺服系統(tǒng)影響的改進策略

作為數(shù)控車床關(guān)鍵組成之一的電氣伺服系統(tǒng)，是決定車床運行穩(wěn)定性、有序性的重要因素，同時與車床加工精度間的關(guān)聯(lián)十分密切，是影響零部件加工質(zhì)量的主要內(nèi)容?；诖?，要想保證數(shù)控車床加工精度，就必須關(guān)注電氣伺服系統(tǒng)準確性的提高，在伺服系統(tǒng)設(shè)備選擇中適當提高性能指標，可供選擇的包含伺服電機、伺服進給單元及伺服控制單元等。同時，要注重伺服控制系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化。結(jié)合伺服系統(tǒng)加工圓環(huán)或圓弧等零件時，應(yīng)當精確設(shè)計進給軸，設(shè)計為開環(huán)增益，以便促進加工零部件輪廓時精度的提升。此外，零件實際加工過程中，需維持進給軸在45°的位置，加工時處于此類傾斜角度能為零部件質(zhì)量及精度提供可靠保障，以便加工結(jié)束后能獲取與相關(guān)需求完全符合的零件。

3.2車床導軌影響的改進策略

數(shù)控機床實際運轉(zhuǎn)中，為了避免車床床身可能引起的精度誤差影響，有必要優(yōu)化設(shè)計導軌及底座。針對功能要求較多的數(shù)控車床，在設(shè)計中可優(yōu)先選擇斜床身方案，挑選適宜的筒形結(jié)構(gòu)，做好車床重量的控制，并酌情改進制造工藝。保持一定切削載荷的情況下，通過筒形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，能為數(shù)控車床本身的穩(wěn)定性提供保障，并最大限度降低幾何誤差?；瑒訉к壍陌惭b中，明確零件加工精度要求的同時，以規(guī)范流程為根據(jù)展開安裝，并做好潤滑油的填充，不僅能降低摩擦系數(shù)，且有利于數(shù)控機床幾何精度的提高，從而為零件加工精度提供保障[4]。此外，在導軌選擇中應(yīng)當著重突出實用性這一指標，確保其具備能滿足工作實際需要的負載能力，以此帶動車床加工水平、精度的提高。

3.3細化誤差補償措施

補償誤差措施的實施中，需高度重視逼近誤差和圓整誤差兩類。有關(guān)逼近誤差的補償方面，需突出擬合思想、近似算法應(yīng)用的精準性，實現(xiàn)對零件外廓型的精準計算與勾勒，由此降低控制系統(tǒng)補償誤差。同時，在控制圓整誤差方面，可結(jié)合硬件處理做好前期預防工作，或是結(jié)合軟件處理對誤差精度值展開彌補，最大限度規(guī)避可能出現(xiàn)在實際加工中的不確定性因素。此外，工件或工藝如有重復定位的需要時，數(shù)控加工前應(yīng)做好相關(guān)測量誤差測算工作，規(guī)避測量誤差的產(chǎn)生，提高計算量的準確性，為后續(xù)深度精細加工中掌控工件誤差精度范圍提供保障，以此促進產(chǎn)品加工質(zhì)量及精度的提高。

3.4嚴格控制溫度

鑒于生產(chǎn)車間溫度變化可能會對數(shù)控車床加工精度構(gòu)成影響，所以相關(guān)管理人員有必要做好車間溫度的嚴格控制，全面優(yōu)化整個生產(chǎn)加工環(huán)境，消除過高或過低溫度的情況，避免設(shè)備因熱脹冷縮而受到影響。針對摩擦熱等難以避免的溫度升高情況，工作人員可引入相應(yīng)的改善措施，最大限度消除此類影響，為數(shù)控車床加工精度提供保障。同時，可進行冷卻回路的建造，已實現(xiàn)溫差的精準控制，減少形成的熱量，為數(shù)控車床提供適宜的運行環(huán)境。

3.5合理減少刀具偏差

數(shù)控車床實施零件加工作業(yè)的過程中會涉及到刀具，但刀具往往存在偏圓角或者刀尖圓弧的特征，在開展加工作業(yè)時容易出現(xiàn)一定誤差。所以應(yīng)當對數(shù)控車床零件加工過程中的刀具實施合理調(diào)整，從而盡可能避免因為刀具誤差而導致零件質(zhì)量不達標[5]。一方面，應(yīng)當對刀具結(jié)構(gòu)實施優(yōu)化調(diào)整，刀具設(shè)計工作人員應(yīng)當全面掌握刀具可能存在的缺陷和問題，同時根據(jù)數(shù)控車床加工實際要求實施有針對性地調(diào)整，數(shù)控車床屬于一種自動化水平較高的設(shè)備，所以在刀具配置過程中應(yīng)當對所有刀具都按照統(tǒng)一的標準予以設(shè)計，同時將刀具庫內(nèi)部所有刀具都進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如此一來能夠在很大程度上避免因為刀具導致的加工誤差。另一方面應(yīng)當根據(jù)刀具具體特征對誤差實施準確計算，再根據(jù)計算結(jié)果來進行誤差修補，在開展加工作業(yè)時對加工過程中可能出現(xiàn)的誤差予以有效修正，從而保證數(shù)控車床加工中相關(guān)零件的精度。

3.6注重自動編程水平的提升

數(shù)控車床是圍繞預先編寫的程序運行，故而數(shù)據(jù)編程會帶給加工精度直接影響。自動編程中，需為原點位置提供精準性保障，嚴格遵循統(tǒng)一編程基準、設(shè)計基準、工藝基準的原則，且編程原點需要一致于圖紙基準。計算數(shù)據(jù)的過程中，要確保能夠獲取精準的計算結(jié)果。同時，突出工序安排的合理性也能規(guī)避加工中可能出現(xiàn)的誤差，所以在工序編制中需詳細分析毛坯剛性、變形及零件加工要求，并做好粗加工與精加工順序及比例的確定。

4結(jié)束語

在數(shù)控車床加工作業(yè)中開展好精度控制，對可能影響加工精度的因素進行有效管控，制定有針對性的解決措施，可以在很大程度上保障零件加工的準確性，讓最終得到的零件尺寸能夠滿足設(shè)計標準。所以專業(yè)技術(shù)人員必須要引起充分重視，明確可能影響加工精度的因素，制定有效處理方案，確保數(shù)控車床加工作業(yè)的有效開展。

參考文獻：

[1]高海兵.數(shù)控車床加工精度的影響因素及對策分析[J].內(nèi)燃機與配件，2020，18.

[2]王凌.數(shù)控車床加工精度影響因素及提升方法[J].南方農(nóng)機，2020，18.

[3]王繼成.數(shù)控車床加工精度的工藝處理及優(yōu)化路徑探討[J].新型工業(yè)化，2020，8.

[4]王新峰.影響數(shù)控車床加工精度因素與控制策略微探[J].內(nèi)燃機與配件，2020，14.

[5]祁豪.有效提升數(shù)控車床加工精度的路徑探索[J].南方農(nóng)機，2020，14.

作者:張玉香 單位:錦州市機電工程學校