車床加工精度控制的方法研究

楊麗娟

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

車床加工精度控制的方法研究

楊麗娟

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)再不是傳統(tǒng)的鉗工、車工等又臟又累的工作，它也跟著時(shí)代的變遷而進(jìn)入了數(shù)字化信息的時(shí)代，數(shù)控車床已經(jīng)成為機(jī)械加工業(yè)重要的設(shè)備，而數(shù)控車床在開展機(jī)械工件生產(chǎn)加工活動(dòng)過(guò)程中的技術(shù)精度控制，是影響我國(guó)機(jī)械工件生產(chǎn)加工活動(dòng)綜合質(zhì)量水平的重要因素，本文即針對(duì)車床加工精度控制的方法開展了具體分析。

車床加工；數(shù)控機(jī)床；影響因素；精度控制

1 引言

隨著機(jī)械制造業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工已逐漸成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要趨勢(shì)，在應(yīng)用數(shù)控車床設(shè)備開展機(jī)械設(shè)備及其工件生產(chǎn)加工活動(dòng)過(guò)程中，數(shù)控車床設(shè)備自身具備的加工技術(shù)精度水平，對(duì)機(jī)械設(shè)備工件的實(shí)際技術(shù)質(zhì)量和性能表現(xiàn)狀態(tài)具有深刻影響，因而做好數(shù)控車床設(shè)備在機(jī)械工件身材高加工活動(dòng)過(guò)程中的精度控制，對(duì)于提升我國(guó)工件生產(chǎn)加工活動(dòng)的質(zhì)量水平具有重要意義。

2 車床加工技術(shù)的發(fā)展歷程

傳統(tǒng)加工工藝主要是由人們不斷積累加工的經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)，通過(guò)持續(xù)的創(chuàng)新、改革，實(shí)現(xiàn)代代相傳，而最終形成的一種加工工藝。傳統(tǒng)加工工藝主要材料大多來(lái)源于可獲取的自然資源，經(jīng)過(guò)工程技術(shù)加工、機(jī)械測(cè)量和最終固定模式的套用形成的加工技術(shù)。由于傳統(tǒng)加工工藝對(duì)經(jīng)驗(yàn)的要求較高，加工人員的經(jīng)驗(yàn)和方式有所不同，因此傳統(tǒng)加工技術(shù)具有隨意性和不確定性的特點(diǎn)。

數(shù)控加工技術(shù)是在傳統(tǒng)加工工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要應(yīng)用的是設(shè)備是數(shù)控加工機(jī)床，其既包括傳統(tǒng)加工工藝的技術(shù)，又包括先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)等，并結(jié)合編程和控制系統(tǒng)等程序的應(yīng)用，其對(duì)操作零件的質(zhì)量和精度都有較為嚴(yán)格要求，因此其生產(chǎn)的產(chǎn)品都具有較高的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，可生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精確度較高的高質(zhì)量產(chǎn)品。

數(shù)控車床設(shè)備是在現(xiàn)代加工制造技術(shù)以及一系列先進(jìn)科學(xué)技術(shù)形態(tài)融合發(fā)展背景下產(chǎn)生的全新設(shè)備。數(shù)控車床設(shè)備在部件結(jié)構(gòu)體系配備層次，本身同時(shí)安裝應(yīng)用了多工位刀塔技術(shù)結(jié)構(gòu)，或者是動(dòng)力刀塔技術(shù)結(jié)構(gòu)，因而這種車床生產(chǎn)設(shè)備，客觀上具備了極其廣泛的機(jī)械工件加工性能，能夠具體加工生產(chǎn)直線圓柱工件、斜線圓柱工件、圓弧工件以及形態(tài)各異的螺紋工件、槽工件、蝸桿工件等具備復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征和多元性使用功能要求的機(jī)械工件。數(shù)控車床已經(jīng)成為機(jī)械加工業(yè)重要的設(shè)備，而衡量數(shù)控車床的標(biāo)準(zhǔn)就是其加工的精密程度，只有減小誤差和，提高加工的精確度，才能制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品。

3 數(shù)控車床加工精度的影響因素

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑角度分析，數(shù)控車床設(shè)備的加工技術(shù)精度主要由數(shù)控部件系統(tǒng)的技術(shù)控制精度，以及車床加工技術(shù)系統(tǒng)本身具備的機(jī)械精度共同構(gòu)成，而且上述因素客觀上都會(huì)對(duì)數(shù)控車床在開展機(jī)械工件加工活動(dòng)過(guò)程中的綜合性精度水平造成嚴(yán)重影響。

結(jié)合我國(guó)機(jī)械工件生產(chǎn)加工技術(shù)活動(dòng)的以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際針對(duì)數(shù)控車床設(shè)備加工精度影響因素展開分析過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注如下幾個(gè)方面：①因數(shù)控車床加工運(yùn)行過(guò)程中的熱變形現(xiàn)象而引致的技術(shù)誤差。②車床加工系統(tǒng)自身具備的幾何技術(shù)誤差。③因車床加工系統(tǒng)刀具部件磨損現(xiàn)象而引致的誤差。④因車刀部件幾何參數(shù)隨機(jī)改變引致的誤差。⑤伺服進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)行誤差。

4 車床加工精度控制的方法分析

4.1 合理利用車床的補(bǔ)償功能

一般的數(shù)控車床所采用的伺服系統(tǒng)其精度會(huì)受到反向偏差的影響，這時(shí)在工件加工時(shí)就可以利用數(shù)控車床所具有的補(bǔ)償功能，對(duì)其采取相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償措施來(lái)降低這種反向偏差所帶來(lái)的影響，使其精度在一定程度上得到及時(shí)的補(bǔ)償和修正。常見的數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償方法主要有以下幾種：

4.1.1 NC代碼修正補(bǔ)償法

在數(shù)控機(jī)床誤差的影響下，如果按照理想的NC代碼對(duì)零件進(jìn)行加工則存在加工誤差，為了消除數(shù)控機(jī)床誤差對(duì)加工過(guò)程的影響，可以對(duì)NC代碼進(jìn)行修正，用修正后的數(shù)控加工程序?qū)ぜM(jìn)行加工，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床誤差的補(bǔ)償。補(bǔ)償流程圖如圖1所示，將NC代碼輸入到誤差補(bǔ)償軟件中，然后生成理想刀具路徑，并根據(jù)誤差補(bǔ)償預(yù)測(cè)模型對(duì)理想刀具路徑進(jìn)行修正，得到實(shí)際的刀具路徑軌跡，最后生成修正后的NC代碼。該方法對(duì)數(shù)控機(jī)床幾何誤差的補(bǔ)償具有良好的效果。

圖1 數(shù)控加工指令修正補(bǔ)償示意圖

4.1.2 接口式NC型誤差補(bǔ)償法

接口式NC型誤差補(bǔ)償方法是將由誤差預(yù)測(cè)模型計(jì)算得到的誤差值，疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)過(guò)程。基本工作原理如下：通過(guò)特定的誤差補(bǔ)償接口，NC系統(tǒng)將當(dāng)前機(jī)床的各項(xiàng)參數(shù)（機(jī)床位置參數(shù)和刀具信息等）傳遞給誤差預(yù)測(cè)模型，經(jīng)過(guò)誤差預(yù)測(cè)模型計(jì)算出相應(yīng)的誤差值反饋給NC系統(tǒng)，NC系統(tǒng)對(duì)誤差值進(jìn)行處理，生成新的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償，如圖2所示。

圖2 接口式NC型誤差補(bǔ)償示意圖

4.2 加強(qiáng)事前預(yù)防，消除誤差源

事前預(yù)防第一要做的就是要消除誤差源，對(duì)車床的生產(chǎn)加工及裝配精度嚴(yán)格要求，增加車床的鋼度以及生產(chǎn)環(huán)境溫度的適宜度，防止熱變形，這些措施都是一些硬性的條件，當(dāng)車床的質(zhì)量達(dá)到一定的要求后，就很難再提高，但是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，這個(gè)方法在使用過(guò)程中受到了一定的限制。

4.3 合理選擇和控制刀具

數(shù)控車床加工過(guò)程中，零件的質(zhì)量會(huì)受到多種因素的影響，例如車刀刀具刀尖圓弧半徑、主偏角等幾何參數(shù)，刀具使用過(guò)程中幾何參數(shù)將會(huì)出現(xiàn)變化，影響零件的加工質(zhì)量、尺寸精度和形狀精度，加快刀具的磨損程度。因此，刀具的選擇與控制是提高機(jī)床加工精度的關(guān)鍵所在，具體要遵循以下幾點(diǎn)原則：

（1）刀具要耐磨、耐高溫、強(qiáng)度系數(shù)高。

（2）要求刀具必須要能承受沖擊力、壓力、震動(dòng)等。

（3）刀具必須與所加工的工件相匹配，例如加工圖3中的環(huán)形槽，因?yàn)榄h(huán)形槽直徑及深度尺寸較小，用普通車刀很難加工，可能在加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)斷刀現(xiàn)象，所以需要選擇專用刀具方可完成，圖4根據(jù)環(huán)形槽的結(jié)構(gòu)及尺寸大小，設(shè)計(jì)專用環(huán)形槽刀進(jìn)行切削加工，可保證圖紙要求尺寸及結(jié)構(gòu)。

（4）嚴(yán)格控制好刀具在生產(chǎn)加工工件時(shí)的幾何角度，在軟件編程過(guò)程中，可以對(duì)刀具刀尖的軌跡進(jìn)行調(diào)整，保證刀尖的實(shí)際加工軌跡和理想軌跡相符合，借助幾何計(jì)算的方法將刀尖軌跡轉(zhuǎn)換為理想刀尖軌跡，編程過(guò)程中嚴(yán)格遵守草圖繪制、軌跡模擬、編程的步驟。另外在實(shí)際加工過(guò)程中需要及時(shí)檢查所應(yīng)用刀具的圓弧半徑r，對(duì)刀過(guò)程中充分考慮刀具刀尖圓弧半徑的影響，可以借助數(shù)控車床系統(tǒng)刀具補(bǔ)償功能進(jìn)行尺寸優(yōu)化。例如：在加工圓柱類零件的過(guò)程中，車刀刀具刀尖圓弧半徑和車刀的主偏角將會(huì)對(duì)被加工零件的軸向尺寸產(chǎn)生較大的影響，在刀尖圓弧半徑不斷增大的過(guò)程中，軸向尺寸的變化量也會(huì)越大，反之亦然。因此在編制零件加工程序的同時(shí)，必須注重軸向位移尺寸的改變。

圖3 加工產(chǎn)品示意圖

圖4 環(huán)槽刀

4.4 重視設(shè)備檢修，減少加工誤差

車床在應(yīng)用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一定的機(jī)械問(wèn)題，影響車床的正常使用，并且對(duì)于車床加工的精度控制產(chǎn)生阻礙。因此在今后的工作過(guò)程中，有關(guān)企業(yè)管理人員應(yīng)做到重視設(shè)備檢修，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)設(shè)備維護(hù)，組織專業(yè)人員進(jìn)行車床的維護(hù)與檢修工作，并且制定出符合工作實(shí)際的維護(hù)與檢修計(jì)劃。通過(guò)周期性的維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保證車床加工精確度。

5 結(jié)語(yǔ)

從現(xiàn)有的階段性發(fā)展特征角度分析，我國(guó)數(shù)控車床機(jī)械生產(chǎn)應(yīng)用設(shè)備，在未來(lái)短暫的一段時(shí)期之內(nèi)，將會(huì)朝著高速度、高負(fù)荷、以及高精度的技術(shù)演進(jìn)方向深入發(fā)展，這就要求相關(guān)操作人員的專業(yè)素質(zhì)及操作技能也必須要進(jìn)一步的提高，只有這樣才能更好的解決數(shù)控車床加工過(guò)程中所出現(xiàn)的一系列影響精度的問(wèn)題，并能找出原因，掌握規(guī)律，采取措施，防止誤差的產(chǎn)生，加工出高精度、高質(zhì)量的工件，使數(shù)控車床更好的服務(wù)于我國(guó)的機(jī)械加工制造業(yè)。

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TG519.1

A

1004-7344（2016）21-0343-02

2016-7-9

楊麗娟（1973-），女，白族，貴州盤縣人，助理工程師，中專，主要從事工作和研究方向?yàn)榛痣姀S汽輪機(jī)檢修，車床機(jī)加工方面。