數控車床加工精度的影響因素及對策

劉 悅

（江蘇省揚中中等專業學校，揚中 212200）

數控車床作為一種先進的加工設備，目前在機械制造業中有著廣泛的應用價值，為機械制造業創造了可觀的經濟效益與社會效益。在數控車床生產加工過程中，其產品質量與車床自身加工精度有著密切的關系。通常來講，數控車床的加工精度是由車的精度、編程精度、伺服精度以及插補精度等因素決定，同時還受到材料、制造、安裝、檢測、控制、環境等因素影響。在產品加工過程中，無論是決定因素還是影響因素最終都可能成為影響加工精度的主要原因。因此，從客觀全面的角度分析數控車床加工精度的影響因素，有著極其重要的現實意義。

1 數控車床的工作原理

數控車床是一款加工處理全自動化的現代機械，主要由主機、驅動、數控編程、輔助加工四大裝置構成。主機裝置在數控機床中占據主體地位，其主要功能是加工、切割工件。加工部位主要為床身、進給機構、立軸以及主軸等，可加工斜線圓柱、直線圓柱、圓弧以及槽、旋螺紋、蝸桿之類的較精細工件，加工工藝性能范圍較廣。驅動裝置主要由主軸電機、驅動單元、進給電機、進給單元組成，用于執行數控車床主機發布的指令，是數控車床執行機構的驅動部件，在數控系統的作用下，可以通過電液伺服裝置完成主軸驅動和進給驅動。數控編程設備是將其與普通機床區分開來的核心部位，主要由硬件裝置和軟件內核構成，通過編程輸入和存儲功能實現對數據的加工處理，完成指定程序。輔助加工裝置在車床加工時會進行相應的輔助，兼顧照明、制冷、潤滑的作用，由噴射、排屑、監測幾大裝置組成。

數控車床具有效率高、精度高、質量穩定、自動化程度高的特點，與普通車床比，無需工作人員控制機件，按照相應次序，運用數控專業語言，編制加工程序，輸入數控編程設備，完善對加工程序的處理，后對主機發布指令，通過主機設備驅使車床推動刀具前進，以此完成對工件的加工。數控車床促使復雜工件的生產批量化，節省了生產成本，推動了加工制造業的發展。

2 數控車床加工精度的影響因素

數控車床加工精度受是由車的精度、編程精度、伺服精度以及插補精度等因素決定，同時還受到材料、制造、安裝、檢測、控制、環境等諸多因素的影響。下面我們從實際出發，主要從以下四方面加以分析。

第一，伺服系統進給誤差。伺服系統對于數控車床的整體構造體系起著至關重要的作用，它能根據數控車床的實際運行狀況自動操作控制，跟隨程序運作并及時進行反饋，驅使機床部件運動。它的控制精度很多時候受電機驅動滾動絲杠的傳動影響，雙方呈正相關的關系，同步上升或下降。伺服系統在實際操作中常處于關閉狀態，如有信號傳導使滾動絲杠出現反方向運動的錯誤，則可能會降低零件的加工質量，出現間隙致使車床空轉，降低加工精密度及準確性[1]。

第二，車刀參數誤差。數控車床主要依靠車刀對零件進行加工，按對應的參數完成加工處理。在應用過程中，如對棒料零件進行切割時，若車道軸線尺寸變大，那么刀具的半徑弧度也會隨之變大，若車道軸線尺寸變小，則刀具的半徑弧度將隨之減小。由此可知，車道軸線與刀具的半徑弧度呈正相關的變化關系，而與車道的主偏角則是反方向變化。這些細微誤差如未及時調正，最終將會影響零件的加工精度。因此，在數控車床的程序編制及加工過程中，需要技術人員合理規劃設置。

第三，切割量的選擇。切割深度、進給量和切割速度都會對切割量的選擇產生影響，直接影響到加工零件的表層粗糙度和加工精度。為提高生產效率，在車床的粗車加工過程中我們通常選用相對較大的背吃刀量。切割力度的大小取決于背吃刀量的大小，因此，較大的切割力度就會磨損零件及刀具，從而影響車床的加工精度。

3 提高數控車床加工精度的對策

3.1 做好數控車床的總體設計

目前，我國大部分機床制造企業生產上對主機結構一般進行自行設計，而對一些重要的功能部件選用外購的辦法，這樣可以在保證車床整體質量的前提下有效降低制造成本。因此，在對數控車床進行整體設計時一定要遵循等剛度的原則，要將機床的變形均勻分配到應力傳遞的每個部件上，從而避免因剛度不均導致車床局部結構變形過大，產生剛度薄弱的部件。

同時，要對主軸系統的熱態特性進行優化設計，以提高數控車床加工精度的有效措施。一般情況下，主軸系統的設計需要結合“熱對稱面”理論，將最容易影響加工精度的零件放置在熱對稱面上，通過這樣的處理方式，就可以有效消除主軸中心存在的因箱體發熱所致的零點漂移現象，改善因熱變形所引起的加工精度誤差現象[2]。

3.2 誤差補償法

誤差補償法是一種常用的有效補償方法，可控制車床零件加工誤差在合理范圍內。依據數控系統的補償作用，使系統軟件和硬件結合起來，準確定位其工具，減小當中間隙，對數控車床進行合理的加工插補，以此提高零件的加工精度。通過對實際操作過程的分析，解決在半閉環伺服系統遇到的反轉誤差問題的最優方案，是利用反轉誤差補償的方法來提高機械工件的精度、除去潛在的偏差[3]，以獲得高質量和高精度的零件。半閉環控制系統工作原理如圖1所示。當然，也可內設多個地址儲存數據，達到軸反向間隙補償和儲存的效果。

圖1 半閉環控制系統工作邏輯圖

3.3 誤差防止法

誤差防止是對于誤差的提前防范，通過對數控機床的控制程序及機械部件的合理設計，強化車床裝置的剛度，從根源上防止誤差；也可以設計改善數控機床加工的環境，防止處理加工的環境出現污染、溫度失控的現象，從而提高其加工精度。

3.4 提高床身導軌的幾何精度

目前，數控技術發展迅速，人們也越來越重視數控車床的導軌結構、床身設計，要求其具有更高的剛強度和抗振性。選擇斜車床身的形式，設計成閉封狀的筒形結構，可減輕工部件的重量，減少鑄造步驟，節省不必要的成本浪費。筒形結構在物理力學性質上使斜車床身在進行切割加工時，保證其高精密度。

綜上所述，本文對數控車床加工精度的影響因素及其對策進行了詳細分析。數控車床在機械加工行業被廣泛運用，零件的質量受其加工精度的直接影響，加工時伺服進給系統、車道參數以及切割量的誤差都會影響加工精度，設計工程師在車床鑄造時應盡量避免這些誤差的存在，采取有效措施，提高數控車床的加工精度。