數控車床加工精度的影響因素及提高策略

張朝國

摘要：工業化改革促使科技不斷進步，機械制造業在發展中獲得數控技術的支持，結合數控車床提高生產效率，隨著數控技術的廣泛應用，使高端精密制造技術不斷進步。實際工況下由于生產條件等多方面影響，使得產品狀況與理論情形存在差距，為確保生產加工零件質量，了解數控車床加工精度影響因素，制定合理的改進對策非常關鍵。通過介紹數控車床構成，提出數控車床加工精度提高對策，推動我國制造業不斷發展。

關鍵詞：數控車床;加工精度;影響因素

引言：

隨著社會需求多樣化發展，機械制造業經歷向多品種生產方式發展。網絡化、智能化、全球化成為先進制造技術發展的主流。數控加工技術憑借其加工精度高、可重復性高、可一機多用等特點改良零件加工條件。數控車床加工設備在機械制造中得到廣泛應用，創造巨大的社會經濟效益。數控車床加工中精度控制對產品品質有重要影響，生產自動化技術發展，對數控車床加工精度提出了更高的要求。數控車床加工精度由編程精度等因素決定，數控車床加工精度受到材料等諸多因素影響，每個因素可能成為影響車床加工誤差主要原因，提高數控車床加工精度需要分析各影響因素，掌握數控車床操作中的技巧。

1.數控加工精度控制概述

數控車床是機電一體化產品，是集自動控制技術、計算機信息技術等于一體的高效率、高柔性的現代機械加工設備，由機械本體、伺服驅動裝置、檢測與反饋裝置及輸入輸出部分組成，普通車床加工零件時根據零件圖紙要求，改變刀具與工件運動軌跡，數控車床加工零件將加工順序與車床運動要求用數控語言編制出加工程序，由伺服系統運動完成零件加工【1】。

科技的迅猛發展造成產品更新加速，產業高投入是與可持續發展戰略相悖的，人類經濟水平不斷進步，各行業對產品各方面質量要求提高，數控設備顯露出其高精度等優勢，由于技術水平等因素影響，生產加工中得到效果與預期存在差距。機械零件切削加工中難以實現高精度加工。人類進入21世紀，電子技術大規模集成，影響成品工件得到加工精度因素復雜，多因素彼此疊加同時作用，僅靠單一方法分析得出結論難以說明問題。通過對生產加工工件監控，結合數理統計分析法，得出精度規律找出解決提升加工精度問題的方法，使工藝過程更加高效【2】。

電腦硬件具有高穩定性等特點，可大批量制造加工生產，數控車床系統中通過對不同系統生產程序執行，將數控系統使用各專業設備與制造任務使用設備結合。隨著世界經濟格局變化，制造業在中國地位發生變化。數控加工工藝中，機械制造時常規機床加工遇到很多難題有效解決，數控機床適應性強，可用于保障生產加工質量穩定，用于生產加工多批量零件。仿真技術研究較為豐富，目前物理仿真研究多采用理論建模方法進行，能進行正確建模顯示切削加工過程，國際生產工程學會仿真研究金屬切削過程。目前物理仿真不能考慮所有因素建立精度預測模型，研究精度預測模型包括切削力，切削熱，震顫預測模型。

目前世界環境受到沖擊，國民經濟中機械制造業占很大比重，機械制造業發展水平是國家生產技術水平的指標，數控車床是通過主機程序對伺服系統控制達到控制操作機床，自動控制機床由CNC、輔助數控裝置及其他機床附件組成。通過刀具與工件運動獲得零件輪廓，機床作運動精度影響形位精度。應從基準誤差、刀具制造誤差等多方面分析，通過誤差補償法等措施提高加工精度。

2.數控車床加工精度

傳統上理解制造是加工過程，國際公認生產工程學會定義制造包括原材料選擇、制定生產計劃、質量檢測等活動。加工精度是零件表面通過金屬切削加工得到參數與理論參數一致度不同為誤差，生產加工中通過誤差可衡量加工水平。機械加工精度包括形狀、位置與尺寸精度【3】。

尺寸精度是成品零件表面尺寸值與理想值一致度，零件尺寸理論值是零件圖標注尺寸，較高尺寸精度可通過試切法、自動控制法、定尺寸刀具法等方法獲得。根據試樣工件尺寸，將刀具對工件位置調整好，在對工件加工中調整位置不變，如需退刀應使刀具回到原來調整位置，零件尺寸精度由調整決定。刀具形狀獲得工件加工表面形狀精度方法，如鍵槽銑刀加工槽，拉刀加工孔等，槽寬度由刀具尺寸獲得。自動控制法是通過由進給、控制裝置組成控制系統，由控制系統完成測量尺寸等工作，獲得所需尺寸精度。在數控機床上測量裝置通過控制刀具與工件位置保證工件尺寸精度。

3.數控車床加工精度影響因素

數控車床加工精度由控制精度與車床機械精度組成，數控系統精度影響數控車床加工精度，數控車床加工不精確原因包括車床幾何誤差、車床熱變形誤差、車刀幾何參數誤差在實際生產中最常見【4】。

數控車床通過伺服電機驅動滾珠絲杠控制位置，我國數控機床數控大多采用半閉環控制伺服進給系統控制，數控車床工作中伺服電機絲杠反向運動使空隙空轉，導致軸承空隙產生反向間隙誤差，數控車床誤差為正向運轉誤差，部件受力不均導致彈性間隙變化。零件通過數控車床車刀按運行軌跡運動產生，導致對圓柱類零件加工軸向尺寸變化，刀尖圓弧半徑增大軸向尺寸變化量增大，對加工零件編程應根據軸向尺寸變化改變軸向位移長度，車刀刀尖圓弧半徑、車刀刀尖距等參數對加工零件精度產生影響，相關參數不合理會影響車床刀具使用壽命。[5]

數控加工中需明確編程逼近誤差，零件輪廓編程中計算近似逼近零件廓形誤差，對不規則零件加工可采用近似對非圓曲線線性分割方式，形成刀具廓形狀難以與被加工廓形重復，需采用列表曲線逼近編程。數控加工中受到圓整誤差因素影響，經濟型數控機床加工中采用步進電機控制，零件圖紙尺寸規格為要求進行數控車床編程。工件尺寸中脈沖當量值對數控車床加工精度起到決定作用。數控車床工件規格進行數據處理，需降低補償間隙等方式降低精度影響。

現代社會建設發展對機械工業加工制造需求較高，手表精密零件等都是發揮機械設備使用性能的必然裝置。將機械設備與信息技術相結合，工業生產工藝更加高效。數控車床應用可降低人工操作中人為失誤現象，采用數字文字下達指令控制加工車床。

研究表明各種因素對數控車床加工精度影響不同，數控機床加工精度與機床、夾具及加工環境等因素有關。數控車床自身精度是影響加工件精度重要因素，數控車床幾何誤差占總誤差的20%，超精密數控車床比例系數更高。[6]

4.數控車床加工精度提高策略

中國是最大的發展中國家，但我國很多企業技術方面水平較低，處于能源材料高投入高污染形式，隨著科技發展水平提升，改善產品質量成為社會對制造業的要求，加工精度成為質檢重要指標。針對數控車床加工精度不高問題，可采用誤差防止法等方法提高加工精度。

誤差防止法是事前預防，加大車床系統剛度，通過控制機械加工環境等方法提高機械加工精度傳統方法。誤差防止法缺點是車床性能成幾何數關系增長，僅采用誤差防治法精度達到一定要求后難以提高。車刀幾何參數引發加工精度誤差可通過編程使用刀尖軌跡加工輪廓與理想輪廓相符，通過人為計算使需要圓弧形刀尖軌跡換算為假象軌跡。編程中以刀尖圓弧中心為刀尖點，刀尖圓弧中心軌跡繪制較為繁瑣，為避免減少誤差，可通過使用CAD軟件中等距線繪制功能完成操作，采用方法注意檢查使用刀具刀尖圓弧半徑值與程序值相符。

誤差補償法是利用數控系統補償功能對存在誤差補償的方法，可由軟硬件實施完成。采用半閉環伺服系統數控車床定位精度受反向偏差影響，可采用補償法對反向偏差給予補償，我國機械加工業數控車床中有很多車床定位精度大于0.02mm，車床無補償功能，可采用編程法單位定位清除反向間隙。編程法可在機械部分不便情況下，實現數控車床插補加工，給反向間隙值正式插補可滿足零件公差要求。其他類型數控車床在設有若干地址，車床主軸被指令改變運動方向，數控車床裝置讀取反向間隙值，根據要求將車床定位在指定位置。

提高數控機床加工精度主要方法有減小原始誤差，轉移原始誤差。提高夾具精度，測量誤差等是直接減少原始誤差常見方法。需對可能引起誤差加工原始誤差分析，根據不同情況采取相應措施解決。編程時制造誤差低效工藝系統的速查，使人為誤差與原始誤差抵消。誤差轉移法是使誤差轉移到不影響加工精度的方面。將切削加工中誤差分均分為多部分，為均勻原始誤差。薄壁套類零件壁薄，加工中受切削力及夾緊力等因素影響，薄壁類零件加工中可從切削量等方面改進。[7]

結語

數控車床加工精度直接影響產品品質，反映在被加工零件尺寸精度上，數控機床加工精度是機床制造者最關心的問題。探究數控車床加工精度影響因素有利于提高數控車床加工零部件加工精度，本文通過介紹數控車床構成，對數控車床加工精度影響因素分析，運用增強導軌幾何精度等方法，說明數控車床加工精度提升對策。

參考文獻：

[1]鄧柏祥.數控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內燃機與配件，2020（13）：62-63.

[2]孫楊鋒，劉榮偉，侯和龍，朱樂，劉雅聰，李萬東.機械加工工藝對零件加工精度的影響因素分析[J].南方農機，2020，51（10）：172.

[3]雷少梁.數控車床加工精度的影響因素及改進措施[J].南方農機，2020，51（10）：176.

[4]陸道泉.新時期數控車床加工精度的影響因素及優化方法[J].計算機產品與流通，2020（08）：132-133.

[5]鄧柏祥.數控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內燃機與配件，2020（13）：62-63.

[6]張曉華.解析數控車床加工精度的影響因素及提高措施[J].內燃機與配件，2019（22）：49-50.

[7]張娟，周丹.數控車床加工精度的影響因素及提高措施研究[J].數字通信世界，2019（10）：274.