影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素與優(yōu)化策略的探究

沈德志

（廣東省粵東商貿(mào)技工學(xué)校，廣東 梅州 514000）

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影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素與優(yōu)化策略的探究

沈德志

（廣東省粵東商貿(mào)技工學(xué)校，廣東 梅州 514000）

摘 要：在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，現(xiàn)代制造業(yè)也隨之發(fā)展。相應(yīng)地，數(shù)控機(jī)床的使用范圍也越來(lái)越廣泛。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床相比較，無(wú)論是在機(jī)械結(jié)構(gòu)，還是在控制系統(tǒng)，亦或是伺服驅(qū)動(dòng)上，都發(fā)生了較大的改變，通過計(jì)算機(jī)的數(shù)字控制技術(shù)，有效提高了機(jī)械生產(chǎn)效率，并降低了機(jī)械的磨損，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。但在數(shù)控機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于影響機(jī)床精度的因素較多，使得數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)精準(zhǔn)性受到了較大的影響。因此，一定要對(duì)影響數(shù)控機(jī)床精度的各因素進(jìn)行深入的分析，并結(jié)合這些原因，制定出有效的優(yōu)化策略，確保產(chǎn)品質(zhì)量合格、穩(wěn)定、效率高。

關(guān)鍵詞：影響；數(shù)控機(jī)床；加工精度；因素；優(yōu)化策略

0. 前言

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)化程度、加工精度較高，但由于影響數(shù)控機(jī)床精度的因素較多，常常會(huì)在生產(chǎn)過程中造成各種誤差的產(chǎn)生，使得產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障。因此，在數(shù)控機(jī)床實(shí)際運(yùn)用中，要提高其生產(chǎn)精準(zhǔn)度，還需要對(duì)數(shù)控機(jī)床精度影響因素進(jìn)行系統(tǒng)、全面地分析，并制定出切實(shí)可行的方法，最大限度地控制誤差產(chǎn)生，確保數(shù)控機(jī)床的使用價(jià)值能夠得到體現(xiàn)。

1. 數(shù)控機(jī)床加工精度的影響因素

我國(guó)的數(shù)控機(jī)床多使用半閉路控制與伺服控制，實(shí)現(xiàn)加工過程的控制，而數(shù)控機(jī)床在傳動(dòng)與運(yùn)動(dòng)中，部件會(huì)出現(xiàn)一定的彈性變形，而部件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不均勻地受力，會(huì)使得彈性間隙形成變化，而影響到數(shù)控裝置的精度。半閉環(huán)的控制系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

1.1 編程原點(diǎn)的影響

在數(shù)控機(jī)床投入生產(chǎn)前，首先需要對(duì)機(jī)床的數(shù)控編程原點(diǎn)進(jìn)行確定。數(shù)控機(jī)床的編程坐標(biāo)系通常是由編程人員依據(jù)零件的加工特征及零件圖紙來(lái)進(jìn)行確定。數(shù)控編程原點(diǎn)，會(huì)對(duì)零件的加工精度有著對(duì)直接的影響。而在實(shí)際原點(diǎn)制定中，由于編程人員對(duì)于工藝基準(zhǔn)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)等沒有進(jìn)行深入地了解，使得在計(jì)算時(shí)，尺寸公差的換算會(huì)引起誤差的出現(xiàn)。

1.2 編程數(shù)據(jù)處理影響

數(shù)控機(jī)床對(duì)應(yīng)的數(shù)控編程中，若數(shù)據(jù)處理不精準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工序出現(xiàn)較大的誤差，并對(duì)輪廓軌跡加工精度造成直接的影響。尤其是未知編程節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)編程尺寸公差的換算過程中，若沒有結(jié)合每一零件的形狀與裝配關(guān)系，對(duì)于余量沒有進(jìn)行充分地考慮，就會(huì)導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，進(jìn)而造成零件的報(bào)廢。部分?jǐn)?shù)控機(jī)床的系統(tǒng)，可以依據(jù)已知的輪廓幾何條件，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的自動(dòng)計(jì)算。而有的數(shù)控系統(tǒng)卻必須通過手動(dòng)預(yù)算才能夠完成。在這個(gè)過程中，就不可避免地會(huì)有誤差產(chǎn)生。數(shù)控機(jī)床工件各處的尺寸公差若不對(duì)稱或存在不一致的情況，就需要通過人工計(jì)算的方式，來(lái)進(jìn)行編程尺寸的確定。如果使用同一刀具進(jìn)行加工，還需要取公差的中值進(jìn)行編程，為機(jī)床的加工誤差留出一定的空間，確保加工的進(jìn)度。而在實(shí)際計(jì)算過程中，由于各方面的因素，計(jì)算量較大，數(shù)據(jù)誤差時(shí)有發(fā)生。

1.3 加工線路的影響

通常，數(shù)控機(jī)床加工線路中，進(jìn)、退刀的方式會(huì)對(duì)輪廓的加工質(zhì)量造成較大的影響。如果刀具在內(nèi)、外輪廓表面進(jìn)行直接、連續(xù)下刀及抬刀，就極有可能由于會(huì)刀具直徑、運(yùn)行速度、機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差等，在產(chǎn)品的加工表面造成一定的小凹痕；同時(shí)，若刀具的磨損較大，熱伸長(zhǎng)，且在換刀安裝過程中，對(duì)刀具彈性變形、中誤差等沒有進(jìn)行確定，就會(huì)導(dǎo)致刀具工作誤差的產(chǎn)生；而在機(jī)床各部件的工作表面上，若位置及工作表面有誤差，也會(huì)造成加工路線中誤差的產(chǎn)生；工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差通常由偏擺角、滾轉(zhuǎn)角、俯仰角造成；在部件的移動(dòng)中，垂直方向、縱向、橫向三個(gè)方位也能夠造成垂直度的誤差；而加工過程中產(chǎn)生的熱誤差，會(huì)導(dǎo)致各機(jī)床部件存在直接的溫度差，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)床與零件的熱膨脹系統(tǒng)各不相同，甚至造成部件的變形，致使刀具與工件相應(yīng)的位置產(chǎn)生改變，各坐標(biāo)軸形成附加的位移。

1.4 加工現(xiàn)場(chǎng)的影響

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，各種因素也會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)造成較大的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致誤差的差生。包括：數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)運(yùn)行中，由于受到電磁波的干擾，而出現(xiàn)電火花或高頻震蕩的現(xiàn)象，對(duì)數(shù)控機(jī)床造成較大的損失，甚至?xí)?yán)重威脅到機(jī)床的正常使用；同時(shí)，每一數(shù)控機(jī)床都有相對(duì)應(yīng)的電壓輸入范圍，若電壓不在輸入范圍，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床受到電壓波動(dòng)干擾，引發(fā)電源中電壓監(jiān)控產(chǎn)生報(bào)警，形成設(shè)備的暫停運(yùn)行；當(dāng)然，在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，不可避免的會(huì)有粉塵的出現(xiàn)，而粉塵與鉗工及車工等不同的工種混合，會(huì)造成一定的加工誤差。

2. 優(yōu)化數(shù)控機(jī)床加工精度的措施

2.1 提高數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)合理性

雖然，我國(guó)的數(shù)控車床在制造過程中，已經(jīng)取得了一定的成就，并被廣泛的應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，還存在一定的欠缺，導(dǎo)致生產(chǎn)誤差的出現(xiàn)。因此，在對(duì)主機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。而針對(duì)一些重要的部件或精密儀器，則需要通過外購(gòu)的方式，確保機(jī)床的整體質(zhì)量，降低機(jī)床的造價(jià)成本。同時(shí)，在機(jī)床的整體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循一定的等剛度原則，確保機(jī)床變形能夠均勻地分配到傳遞的每一部件之上，以免剛度不均，而致使車床導(dǎo)出現(xiàn)較大的局部結(jié)構(gòu)變形。對(duì)于零件加工的進(jìn)度，需要對(duì)加工要求進(jìn)行深入的了解，嚴(yán)格控制每一零件的加工尺寸，提高零件加工的精準(zhǔn)度。而在刀具的選擇上，要結(jié)合實(shí)際加工需要，對(duì)刀具的平滑程度、加工材料、刀具類型、加工深度等進(jìn)行綜合考慮。

由于數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)重心，對(duì)自身動(dòng)態(tài)形式會(huì)產(chǎn)生較大的影響，所以，在設(shè)計(jì)過程中，要有意降低車床的中心高度，提高車床的擺動(dòng)模態(tài)頻率。并盡量減少上部結(jié)構(gòu)的材料使用。對(duì)主軸系統(tǒng)的熱態(tài)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，也是提高數(shù)控車床加工精度的有效措施。若數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行批量生產(chǎn)之后，存在著一定的熱誤差，則需要，則需要對(duì)主軸進(jìn)行熱態(tài)特性的設(shè)計(jì)，把影響加工精度最大的零件放于熱對(duì)稱面上，進(jìn)而最大限度的消除主軸中心的箱體發(fā)熱產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移，以免熱變形產(chǎn)生較大的加工誤差。

2.2 提高機(jī)床導(dǎo)軌幾何精度

要提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)精準(zhǔn)度，還需要對(duì)機(jī)床導(dǎo)軌幾何進(jìn)行精確化計(jì)算。若數(shù)控機(jī)床為全功能，一般需要采用斜床身形式，且床身呈封閉筒形結(jié)構(gòu)，有效簡(jiǎn)化鑄造工藝，并減輕自身的重量。從科學(xué)的角度來(lái)講，筒形結(jié)構(gòu)能夠有效提高斜床身的抗彎、抗扭剛度，以保證數(shù)控機(jī)床在復(fù)雜切削負(fù)荷環(huán)境下，依然能夠保持良好的精準(zhǔn)度。而車床導(dǎo)軌可以選擇負(fù)載能力較大的圓柱滾子的直線導(dǎo)軌。為確保數(shù)控車床擁有較強(qiáng)剛性與精度，也可使用鑲鋼滑動(dòng)的導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)，確保導(dǎo)軌的幾何精度。

2.3 提高設(shè)備檢查與誤差防止

通常來(lái)說，數(shù)控機(jī)床的誤差防止法，是對(duì)誤差的事先預(yù)防，通過事先的合理設(shè)計(jì)，將誤差元進(jìn)行消除，以免在生產(chǎn)過程中，誤差的出現(xiàn)。誤差防止可以通過改善機(jī)床的結(jié)構(gòu)、對(duì)零部件的裝配精度進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要提高數(shù)控機(jī)床的整體剛度。同時(shí)，對(duì)于加工現(xiàn)場(chǎng)，還要注意數(shù)控機(jī)床所處環(huán)境的濕度、電磁波狀況、電壓波動(dòng)干擾、粉塵干擾等，并對(duì)機(jī)床設(shè)備生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱量進(jìn)行仔細(xì)分析，通過對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境控制，以提高機(jī)械加工精準(zhǔn)度。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)控機(jī)床的緊密程度、自動(dòng)化程度都較高。在當(dāng)前制造業(yè)的不斷發(fā)展下，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的應(yīng)用。而數(shù)控機(jī)床的加工精度，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起到直接的影響。若在數(shù)控機(jī)床加工過程中，沒有對(duì)其生產(chǎn)精準(zhǔn)度進(jìn)行控制，就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的部件位置、形狀及尺寸等造成較大的誤差。因此，要提高數(shù)控機(jī)床的工作效率與生產(chǎn)精準(zhǔn)度，還需要對(duì)影響機(jī)床精準(zhǔn)度的各個(gè)因素進(jìn)行有效的分析，通過科學(xué)、合理的措施，提高數(shù)控機(jī)床的加工精度，提高其整體生產(chǎn)水平，推動(dòng)數(shù)控機(jī)床的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)較大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TG75

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