數控車床加工精度的影響因素及提高策略

鄧柏祥

摘要：隨著我國科學技術的不斷發展，我國對機械設備及零部件的質量要求越來越高，這就為數控車床加工精度帶來了新的挑戰。數控車床是一種非常高效的加工技術，能夠顯著提高加工質量與加工速度，但在實際操作過程中往往會存在加工精度難以保障的問題，這種現象是由多種因素造成的。因此，本文主要對數控車床加工精度的影響因素進行詳細的分析與討論，并給出相應的解決措施，以供同行專家參考。

關鍵詞：數控車床;機加工;加工精度;影響與策略

0 ?引言

近些年，隨著我國機械裝備行業的迅速發展，其對機械零部件的精度要求越來越高。數控車床是現代機械加工中非常重要的一種加工方式，可高效的完成各種各樣的零部件加工。影響數控車床的加工精度的因素可分為外因和內因，外因有加工材料、加工環境、操作人員等;內因有數控車床自身的編程精度、伺服精度以及插補精度等都會影響到機械產品的精度。機械零部件的精度直接影響到機械設備的整體質量，因此控制數控車床的加工精度對于我國機械行業發展具有非常重要的意義。

1 ?數控車床概述

1.1 數控車床的分類

數控車床按照不同的分類方法有不同的分類，按照工藝用途分類可分為一般數控車床、CNC數控車床與多坐標數控車床。一般數控車床具有數控的車、銑、刨、磨、鉆等機加工方式，此類大型車床的加工工藝與機床類似，不同的是車床能夠實現對復雜零部件的加工;CNC數控車床是在一般數控車床上通過加裝刀庫和自動換刀裝置而組成的一種多工序數控車床，又稱加工中心，其使加工效率顯著提高，并且自動化程度高;多坐標數控車床，是指通過數控裝置進行多坐標軸的控制，進而完成一些非常復雜的零部件，例如螺旋槳、飛機汽車等曲面零部件的加工，這種數控車床結構比較復雜，實際加工坐標軸數取決于加工零部件的設計要求。按照運動方式分類，可分為點位控制、線位控制以及輪廓控制數控車床。點位控制數控車床是指從一定點位置到另一定點位置，期間不控制運動軌跡，各坐標軸之間相互獨立互不影響，并且在移動過程中不會對工件進行加工。常見的車床有數控鉆床、數控沖床等等;線位控制數控車床，是指在上述點位控制的基礎上對運動軌跡進行控制，并且保證其是按照直線運動的，并且可以控制運動速度，也成為直線控制，常見的直線控制數控車床有數控銑床、數控磨床等等;輪廓控制數控車床通常是指對兩點及以上的運動坐標進行控制，不僅可以控制其位移過程，還要控制位移速度。在實際加工時對整個加工過程中每一點的加工速度、加工方向以及位移量進行精確的控制，這種控制方式也被稱為連續控制。按照控制方式可分為開環控制、半閉環控制以及閉環控制數控機床。

1.2 數控車床的特點

數控車床是通過程序對機床進行控制，該程序能夠對輸入的指令將其譯碼，從而控制車床高效有序的進行加工。現代數控車床與傳統的數控車床相比較具有以下特點：①加工精度高，由于現代數控車床中應用了較多的精度控制系統，所以其加工精度與加工穩定性要遠遠大于傳統的機床;②多坐標軸數控車床可進行多軸聯動加工，對于一些結構復雜的零件，數控車床可以根據輸入的指令進行多軸聯動加工，從而顯著提高接加工效率;③節約工時，在臨時修改零件尺寸或規格時不需要再畫圖紙，直接在數控車床上修改參數即可，可顯著節約圖紙修改等時間;④自動化程度高，現代車床具有高度的自動化，可顯著降低操作人員的勞動強度;⑤對操作人員要求較高，由于現代的數控車床專業性較強，自然對操作人員要求也較高，同時對數控車床的機械維護保養人員也提出了較高要求。

1.3 數控車床的構成

通常數控車床是由主機、驅動裝置、數控裝置以及輔助裝置構成。主機是數控車床的主體部分，主要包括了床身、立柱以及各種夾具等;驅動裝置主要是由進給電機、主軸電機、主軸控制單元以及進給控制單元等構成，其主要是利用液壓或電氣伺服系統來完成對主軸驅動與進給驅動;數控裝置主要是指硬件設備與軟件設備，操作者將執行代碼輸入進去后，需要硬件與軟件裝置進行數據的處理與分析，并進行優化處理，從而指揮數控車床進行加工;輔助裝置主要是指潤滑、照明、清理切削屑以及冷卻裝置等，這些輔助裝置是數控車床必不可缺的，若缺少這些輔助裝置會導致數控車床無法長時間正常工作。

2 ?影響數控車床加工精度的因素

2.1 電氣伺服系統的影響

在利用數控車床對零部件進行加工時，電氣伺服系統主要是提供車床運轉的工作。在對零部件進行加工時，需要控制零部件與刀具之間的位置，這時就需要伺服電機運轉以驅動滾珠絲杠的前移或者后退，在進行兩者之間位置調節時，若伺服驅動與滾珠絲杠之間出現傳動誤差，則會對零部件的精確度產生較大的影響，甚至工件失效。

2.2 切削刀具的影響

數控車床是通過刀具對工件進行切削加工的，刀具本身存在主偏角與刀尖圓弧，在對工件進行切削加工時會由于刀具的特點而產生細微的誤差，但隨著加工的不斷進行，這種誤差會越來越大。因此，在數控加工時，應當充分考慮刀具與軸線之間的誤差，通過編程合理的對刀具誤差進行修正。此外，還可以通過優化刀具結構，由于現階段刀具的特點，不可避免的存在加工誤差，刀具設計人員應當對刀具的結構進行適當優化以減小在數控加工過程中帶來的誤差。

2.3 圓整誤差的影響

圓整誤差是指在進行圓弧或者圓軌跡運動加工時，其運動軌跡與真實值之間的誤差。對于部分數控車床而言，刀具的運動軌跡是由步進電機控制，因此步進電機的脈沖就決定了刀具運動的最小直線距離。根據圖紙在數控車床上對工件進行編程，應該根據圖紙要求設置脈沖個數，使之成為固定參數。在進行工件加工時，設置的脈沖當量就是加工時的最小位移量，因此在加工過程中脈沖個數直接影響到了工件尺寸的精確度。

2.4 編程誤差的影響

根據圖紙在數控機床上進行編程時，會存在編程誤差，這主要是由于數控機床內部的數學邏輯問題導致的，對于這種編程誤差通常采用插值法或者直接提高數控車床的分辨率，從而降低誤差，提高精度。對于這種編程誤差一般不需要采用額外的添加補差程序。

2.5 數控車床軌道的影響

在進行數控加工時，數控車床的軌道相對位置對加工精度有重要影響。在進行數控加工前，需要對各個部件的相對位置關系進行校準并測量，這是數控車床能夠精確的加工非常重要的前提工作。如果在數控加工的過程中，車床軌道發生了不規則的磨損或者微量的偏移都會對最后的工件精度造成較大的影響。此外，還有可能存在由于操作人員的問題導致車床軌道偏移，從而對工件質量產生較大影響。

3 ?提高數控車床精度的措施

3.1 伺服系統誤差解決方案

在數控車床中，伺服系統數控車床中的重要組成部分，其對于數控車床的精度有著重要的影響，同時也是對零部件的質量的重要保障。為了盡可能地提高伺服系統的精度，應當選取性能較好的伺服系統配件，包括伺服電機、伺服進給單元、伺服控制單元等，同時還應當對伺服控制系統進行優化。在利用伺服系統進行圓弧或者圓環加工時，應當設計進給軸為為開環增益，從而提高零部件輪廓的加工精度;在加工過程中，進給軸應當一直處于45度的位置，只有在這種傾斜的條件下進行加工，才能進一步保障加工的精度與加工的質量。

3.2 數控車床軌道精度的控制

隨著我國機械行業的迅猛發展，對工件加工精度要求越來越高，這就為數控車床加工帶來了新的挑戰。為了更好的提高數控車床的整體功能，可以采用斜床造型機體，這種結構能有顯著降低數控車床的自重，而且該設計采用的是封閉式筒形結構，有利于提高機床的抗扭、抗壓水平，并且可以提高數控車床的運行時的穩定性。

數控車床軌道精度的改善措施，需要對車床的車座進行結構優化，此外還有軌道的結構設計需要改進，數控車床在高負荷功率下進行長時間運轉時，車床軌道會因長期的震動而產生細微的偏差或者磨損，因此，對于數控車床的軌道需要定期邀請專業的機械維護人員對數控車床的軌道進行校準。

3.3 降低刀具誤差的措施

由于刀具自身的偏圓角及刀尖圓弧特點，在進行數控加工時往往會產生一定的誤差。對于降低刀具誤差的措施主要從以下兩方面入手，一方面是優化刀具結構設計，刀具設計人員應當根據刀具現有的缺點進行改進，由于數控車床的自動化程度較高，在對車床配備刀具庫時應當對刀具庫中的所有刀具采用統一的設計標準，將刀具庫中所有刀具進行結構優化，從而降低在對工件加工時產生的誤差;另一方面，根據刀具的特點計算誤差大小，然后在數控車床中內嵌如誤差修補系統，在進行機加工時不斷對加工的誤差進行修正，以保證工件的加工精度。

3.4 提高人員操作技術水平

數控車床對操作的專業技術水平要求較高，在對工件進行編程或者閱讀圖紙時產生不合規范的操作都會導致數控車床加工精度顯著下降。因此，對于提高數控車床操作人員的水平應當從以下兩方面入手，一方面是聘請專業能力過硬的數控車床操作者與管理者，在對數控車床進行操作時需要閱讀工件圖紙、車床編程，這就要求操作者必須具有機械圖紙閱讀的能力與數控機床編程能力。對于管理者而言，其除了具備上述的兩種能力以外，還應當具備專業管理能力，同時還應當具有良好的溝通與協調能力，以保證在對工件進行加工時出現的各種狀況可以協調各個部門及時解決;另一方面，企業應當加強對現有的技術人員與操作人員的培訓與考核，并且設立明確的賞罰制度，對于技術與操作能力較好的員工給予一定的獎勵，相反對于培訓考核不合格的員工應當給予一定的處罰，最終目的是讓整個團隊意識到專業水平對于數控車床的重要性，只有擁有較強的專業能力，才能夠使數控車床的加工精度不帶能提高，從而贏得市場的肯定。

4 ?結束語

綜上所述，可以發現數控車床在機械行業中的作用越來越重要，數控車床與傳統的車床相比具有多軸聯動、自動化程度高、加工精度高等一系列優點。而加工精度對于工件質量具有非常重要的影響，因此企業應當注重提高數控車床的加工精度，這樣能夠降低廢品率，提高良率，從而創造更大的價值。

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