數控車床加工精度的影響因素及解決措施探究

洪劍

摘 要：數控車床應用廣泛，但加工精度影響因素眾多。本文通過對數控車床的工作原理及生產特點介紹，通過對車床自身情況、控制系統、所用刀具參數三方面詳細分析了加工精度的影響因素，并提出了提高數控車床加工精度的方法和措施。

關鍵詞：數控車床;加工精度;影響因素

0 引言

隨著數控技術的不斷發展，應用范圍越來越廣，極大改善了機械制造業從業者的生產環境、降低了勞動強度，創造了巨大的經濟效益。在實際應用中，數控車床應用廣泛且各方面性能明顯優于普通車床，但其加工精度依然與車床自身的精度、剛性、穩定性、裝配工藝、伺服系統、插補精度等有著密切關系，同時，在使用時還受刀具材料、刀具角度、檢測裝置、生產環境等因素影響。任何一項影響因素，最終都可能會對最終產品精度造成重大影響。因此，必須對各項影響因素進行綜合分析，確保最終零件的加工精度。

1 數控車床工作原理及其加工特點

（1）數控車床的工作原理。數控車床是利用數字信息控制實際加工的車床。在使用過程中，要求操作者對加工圖紙的充分認識和掌握，并根據編程要求將刀具相對工件移動的軌跡、速度等信息編制成相應的加工程序， 然后送入數控系統。數控系統經過譯碼和運算后，將命令信息傳輸給伺服系統，通過伺服系統控制機床刀具與工件進行相對運動，最終加工出符合圖紙需要的零件。

（2）數控車床加工特點：與傳統加工方法相比， 數控車床使用時具有以下幾個特點：1）柔性好，適應能力強，可實現多種復雜零件生產;2）自動化生產程度高，勞動強度低;3）加工精度高，產品一致性好，人為因素對產品質量影響較低;4）對操作人員的專業能力要求較高。

2 數控車床加工精度的影響因素

影響數控車床加工精度的因素眾多，如：機床材料性能、裝配工藝、檢測手段、生產環境、所用刀具等。但就數控車床加工精度影響因素而言，主要由車床自身因素、驅動系統精度及刀具參數組成[1]。

（1）機床自身因素。數控車床屬于精密機械，在選材、設計、制造、安裝過程中要嚴格按照工藝流程進行。但由于目前國內廠家眾多，各廠家對選材要求，制造工藝、裝配流程等要求不同，檢測尺度不一，品控要求不嚴，致使很多機床實際使用性能遠達不到設計指標，同時還存在運行不穩定等諸多問題。

（2）驅動系統精度。當前，數控車床根據控制系統方式的不同將數控車床分為開環、閉環、半閉環三種控制類型。開環控制數控系統，主要采用步進電機控制機床加工進給，加工精度與所用電器元件質量有直接關系。此類數控車床，結構簡單，價格低廉，主要用于精度要求不太高的場合。而半閉環和閉環伺服驅動系統則應用于加工精度要求較高的場合。目前，我國民用市場中應用較多的為半閉環伺服控制系統。半閉環伺服驅動系統，由于檢測元件一般安裝在伺服電機或絲桿上，當數控系統發出指令，由伺服電機驅動數控車床上的滾珠絲桿進行反向旋轉時，會造成反向間隙誤差，而該反向間隙又不能及時通過檢測元件獲取準確數值并反饋給數控系統，從而造成傳動誤差，最終影響加工精度。工作原理見圖1所示。

（3）刀具參數。數控車床的生產使用過程，就是利用數控系統控制車刀對軸（或盤）類零件表面進行加工處理，從而獲得所需的形狀和尺寸。由于數控車刀直接參與切削加工，確定零件尺寸，因此刀具參數對加工精度起著決定性因素。在實際使用過程中，為獲得較高的加工精度，數控車刀在選用時，從刀具材質、刀具角度、刀具使用的切削用量等方面均要有所考慮。同時，在實際使用時，車刀安裝時同工件軸線高度差、車刀主偏角、刀尖過渡圓弧、車刀磨鈍標準等參數，也都會對零件的加工精度造成直接影響。

3 提高數控車床加工精度的措施探討

（1）對數控車床進行合理的優化設計。在進行數控車床設計制造過程中，采用提前預防措施，減小車床自身誤差。例如：在生產過程中，通過合理提高車床零部件的生產標準及裝配要求，增強數控車床系統剛性、提高車床穩定性，規范生產環境，嚴格工藝要求等方式，確保零件最終生產質量。同時，為適應高速、高精度要求，改進生產工藝，采用導軌安裝在底座導軌上后進行整體磨削，以獲得較高的導軌幾何精度。

（2）合理運用誤差補償。采用誤差補償，就是當車床運動坐標軸上出現誤差時，可利用數控系統自帶的補償功能消除誤差產生的影響，從而有效提高數控車床實際生產加工精度。采用誤差補償，可以實現在較低精度的數控車床上加工出高精度的零件。在半閉環數控系統中，反向偏差直接影響車床的定位精度，從而造成零件生產質量不合要求。對于國內所用數控車床，當其定位精度高于0.01mm時，該機床均缺少自動補償反向間隙功能。此時可利用相應軟件，進行編程，實現對反向間隙有效清除。在其他類型的數控車床中，可在數控系統內設置多個存儲單元，對各軸的反向間隙進行存儲。當某軸在實際加工中，需要改變運動反向時，可從運行的存儲單元內讀取反向間隙值，對坐標位置進行補償修正，從而實現車床的準確定位，消除反向間隙造成的加工誤差。

（3）對生產工藝優化處理。在數控車床進行孔系加工時，當加工路線、加工順序不當時，會出現加工誤差。因此在實際生產中，要嚴格按照相關要求，對孔系的生產進行合理安排、精確設計。同時，在實際生產中，要密切關注數控車刀的運行狀態，確保車刀處于最佳切削狀態，在磨鈍前能及時更換。

4 結語

數控車床作為一項集機械制造、控制技術、檢測技術等多項技術于一體的高效、高精度生產設備，在當今社會已得到廣泛應用。因此，準確了解加工精度的影響因素及解決方案，對有效提高設備使用性能有著積極的促進作用。

參考文獻：

[1]丁美玲.數控車床加工精度的影響因素分析及對策[J].設備管理與改造，2014（15）：75-77.