影響數控車床加工精度的因素及其優化方案

門小會

摘要：隨著科學技術的發展，數控技術應運而生。數控車床是在普通車床的基礎上加入CNC系統，屬于數字化控制的自動化機床。該機床具有加工精度高、質量穩定、自動化程度高等優點，是機械加工行業一次新的技術革命。文章介紹了數控車床的工作原理和特點，從伺服系統、刀具參數和切削用量的選擇等方面分析了影響數控車床加工精度的因素，并針對這些影響因素提出了相應的優化方案。

關鍵詞：數控車床;加工精度;影響因素;優化方案

0? 引言

隨著科技的發展，機械在人們生活中出現的頻率越來越高，人們生活的各領域都有數控技術的應用。與普通車床相比較數控車床在加工精度、作業效率、自動化程度等方面具有明顯的優勢。隨著數控技術的發展，對零件加工精度的要求也越來越高。在實際加工生產中，數控機床還不能完全發揮它的性能，在高精度工件加工上還存在許多不足，想要滿足人們對工件加工的精度要求，就需要弄清楚影響數控車床加工精度的因素，并針對這些因素做出相應的優化方案[1]。

1? 概述

1.1 數控車床的工作原理

在普通車床的機床本體基礎上加入CNC系統（計算機數字化控制系統）形成一種新的車床就是數控車床，其融合了多項先進科學技術，具有加工精度高、作業效率高、自動化程度高等優點，目前已經廣泛應用于機械加工行業。數控車床的工作原理與傳統車床不同，它是通過數控設備對實際要加工零件進行描述和編織語言，傳輸到計算機控制系統中去，再進行操作，該流程通過數字傳輸設備、CNC裝置、控制面板等去完成，如圖1所示為數控車床的硬件組成部分。

由圖1可以更好的看出數控車床的工作原理，其工作過程為：工作人員先將待加工零件裝置在機床本體的卡具上;工作人員將待加工零件需要加工的要求（加工形狀、尺寸和精度等）通過控制面板輸入到CNC系統中;工作人員在CNC系統中繪制出零件需要加工的信息（刀具移動軌跡及其他相關信息）;以上信息通過CNC裝置轉化為代碼記錄在程序中，之后再傳輸到數控系統中[2];傳輸到控制系統中的信息通過PLC系統進行譯碼和運算，然后傳出指令，下發給電氣回路、主軸伺服裝置及其他輔助裝置等;CNC系統中的各裝置將帶動機床進行工作（依據之前錄入和轉化的數據），從而加工出符合要求的零件。

1.2 數控車床的特點

與傳統機床相比較數控車床加入了CNC系統，在各方面工作中數控車床零件加工具有明顯優勢。主要體現在四點：

①加工精度高。數控車床在傳統車床的基礎上加入了CNC控制系統，該系統的精準度很高，可以為機械零件加工提供穩定性和一致性保障。

②加工深度高。CNC控制系統可以通過匯編多種程序實現多個坐標聯動的功能，因此可以加工出形狀更加復雜的機械零件[3]。

③提高工作效率。該系統可以通過改變輸入程序去控制不同的加工零件，這種系統可以節省零件的計算評估時間，從而提高工作效率。

④自動化程度高。數控車床加工零件的效率時傳統車床的好幾倍，其自動化程度高，在零件加工上能夠批量進行，提高了工作效率減少了工作人員的工作強度。

2? 影響數控車床加工精度的因素

2.1 伺服系統

伺服系統可以精準的跟隨或復制車床工作的某一過程，因此還被稱為隨動系統、反饋控制系統等，是整個數控車床系統的中樞系統。車床的零部件加工工作就是伺服系統通過驅動機床部件來完成的，而零件的加工精度也是由伺服系統控制的（由其自身的電機驅動絲杠的傳動精度決定）。在實際的加工工作中，數控車床多使用閉環控制伺服進給系統，該系統在傳遞信號之后絲杠會發生反向運轉，從而會出現短時間的空轉狀況?？辙D狀況會引起反向間隙誤差，進而會對零件加工精度造成影響[4]。

2.2 刀具參數

數控車床通過程序控制的刀具對零件進行加工完成產品的切削。在實際工作中，切削棒料零件的車刀軸線不是固定的，會產生一定程度的變化，從而導致刀尖圓弧半徑變大，切削產品的偏差也就越大。這些變化會導致軸線尺寸變大、車床刀的主偏角變小等。如果這些偏差不被及時糾正，就會導致偏差越來越嚴重。因此，在CNC控制系統中設置刀具參數時，要實事求是，在遵循軸向尺寸變化規律的基礎上設定合理的軸向位移長度、刀尖圓弧半徑和主偏角等全面分析車刀的各項參數[5]。在進行程序編程之前要清楚待加工產品的特性，對刀具軸線偏差進行科學的分析與修正，從而完成理想的零件加工。

2.3 切削用量的選擇

切削速度、切削深度和進給量這三者被稱為切削三要素，即切削用量;這三個因素直接影響到零件加工的精度和表面粗糙程度。在零件加工的初級階段，大多選擇較大的背吃刀量來提高效率，但是背吃刀量越大切削力就越大，這種切削用量容易造成刀具和零件的損壞，對產品的加工精度造成很大的影響。在零件的精加工階段，對工件的精度要求更加嚴格，所以該階段要選擇較快的切削速度和較小的進給量，同時還要根據實際的背吃刀量預留出適當的精度余量。

3? 數控車床加工精度的優化方案

3.1 誤差改進方法

誤差對數控機床加工產品的精度具有很大的影響，想要提高加工產品的精度，就一定要善于利用誤差補償法，即在系統的補償功能基礎上，將軟件和硬件進行有機結合，補償已經存在的坐標軸，以此來提高加工零件的精度。如果在半閉環伺服系統中出現誤差問題，最好的解決辦法是使用反向偏差補償法來消除潛在誤差和提高定位精度。反向偏差補償法與誤差補償法是不同的，它是在機床工作過程中，盡量縮減零件的誤差和潛伏誤差，把總的誤差縮減在一個可控的范圍內，如圖2所示為半閉環控制系統工作原理[6]。但是，該方法與誤差補償法相比費用較高，因此，還需要不斷的創新與發展，以求達到低成本、低誤差、高精度的加工過程。

3.2 重視對車床機控的維護

數控車床的工作原理是通過內置的CNC控制系統對信息進行加工處理，通過變換程序和主軸更換刀具完成產品的加工，屬于機電一體化產品。因此，機床需要時常進行檢查，在重要部位進行油位和潤滑，同時還需要定期進行濾網清理、精度調整等工作。而且，數控車床不宜長時間閑置，該機床是通過計算機進行控制的，與電氣系統和機床系統有著密切關聯，如果長時間沒有作業，系統的插頭接觸、電池等容易出現問題，再次使用時可能需要進行更換才能正常工作。

3.3 抑制伺服系統的誤差

伺服系統是整個數控車床系統的中樞系統，在車床加工中具有重要的作用，它出現問題后會直接影響到工件加工的精準度[7]。因此，在數控機床的工作過程中一定要重視伺服系統的誤差問題?？梢詮囊韵聝蓚€方面進行優化：從車床開始的設計環節就要引起重視，驅動裝置要采用動態性能好的，良好的動態性能可以增強伺服裝置的抗壓水平和、抗載能力等，盡可能的縮減了伺服系統產生的誤差可能性;伺服裝置設置好之后，要對CNC控制系統的參數進行進一步的優化。

3.4 防止熱變形誤差

隨著現代制造業的發展，生產制造業對機床加工的精度要求也越來越高，而影響數控車床質量的一個重要因素之一就是熱加工。在機床工作過程中，當工件的精準度越高時，往往受熱誤差的影響越高。熱誤差是由機床的零部件軸承和馬達由于工作受溫或者其他零部件的摩擦接觸所產生的，同時機床零部件的摩擦會導致周圍部件產生變形。我國現代制造業相對于發達國家來說發展緩慢，人們對數控機床的熱誤差認識不夠，因此在日常生產中多會出現熱誤差。想要減少熱誤差的產生，就要從控制熱源開始，可以通過建造冷卻回路來控制溫差，減少熱量的產生和傳播。

3.5 優化床身導軌的幾何精度

隨著科學技術發展，數控車床的加工精度和效率都得到了改善。數控車床的性能和機構也隨著科技的發展在進一步的更新，同時也對車床底座鑄件的重量、導軌精度等提出了更高的要求。主要表現在以下兩個方面：全新的數控車床需要更加靈活的斜床造型來支撐，傳統的復雜鑄件無法完成;企業要確保數控車床運行的穩定性，不斷提高數控車床的抗彎水平和抗扭水平。

4? 結語

隨著科學技術的發展，數控車床加工技術的應用也越來越廣泛，生產制造業對機床加工的精度要求也越來越高，零件加工的精度與質量受數控車床技術的多方面影響[8]，相對于普通車床技術來說，在精度和質量上已經有所提高。但是，數控車床技術在工件精度加工方面還存在一些問題，只有將這些影響車床加工零件精度的因素抑制住，才可以提高數控車床加工技術的精度和質量，從而提高企業在市場中的競爭力，促進企業經濟增長。

參考文獻：

[1]張清郁.數控車床加工精度的影響因素及控制方法分析[J].南方農機，2018，49（10）：95，97.

[2]李寧.數控車床加工精度的影響因素及提高方法分析[J].工程技術研究，2018（07）：118-119.

[3]張涵.關于數控車床加工精度的影響因素分析及提高方法探討[J].山東工業技術，2017（08）：59.

[4]薛命全.數控車床加工精度的影響因素及提高方法分析[J].工業設計，2017（07）：139-140.

[5]劉京苑.數控車床加工精度影響因素分析及其控制[J].技術與市場，2020，27（08）：101，103.

[6]高廣春.影響數控車床加工精度的因素與提高方案探析[J].內燃機與配件，2019（05）：94-95.

[7]梁光明.提高數控車床加工精度的方法[J].現代制造技術與裝備，2019（05）：198-199.

[8]段信剛.數控車床加工精度優化策略淺析[J].建材與裝飾，2019（29）：195-196.