基于數控車床加工精度的影響因素及提高策略研究

王治平

（廣州市機電技師學院， 廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著現代社會市場經濟的迅速發展， 許多產業對機械加工生產產品的品質要求也愈來愈高， 特別是部分高級精密機械零件， 對加工產品的質量和加工精度水平都要求很高， 對機械加工產業的發展趨勢也提出了非常大的挑戰。而數控車床又是數術中的重要組成部分。因此許多工件的加工技術都離不開數控車床。 但由于現代加工程度的逐步提高， 數控車床的機械加工效率已無法良好地適應高精密零構件的生產需要。所以，有必要對數控車床加工中的所有不利影響因素加以控制。 但從目前數控車床加工的現狀分析， 對于小批量零部件的加工質量仍有較大的提升空間，因此為了機械加工某些外形不規范、但加工精度高的零部件，數控車床還需要進行一些調整。根據這些情況， 數控車床加工企業應該深入分析限制加工精度的主要原因，以便針對性地加以改進，進而為提升數控車床的機械加工品質打下了基礎。

1 提高數控車床加工精度的重要意義

1.1 進一步提升數控車床加工技術水平

隨著工業科技的飛速進步， 社會各行各業對加工技術與制造業的要求也日益提高。 現代工業技術是發展實體經濟的主要基礎。 而數控車床等加工科學技術的提高，是加工與制造業總體技術水平提升的主要標志。 同傳統車床與夾具比較， 數控車床的廣泛應用也極大地提高了數字控制工藝的總體技術。 但數控車床本身的加工精度仍然受許多各種因素的影響， 在一定程度上也影響著數控車床的加工精確度與效果。 所以，要提高數控車床的加工技術水平， 就有必要逐漸減少影響數控車床加工精確度的各種因素。

1.2 拓寬數控車床在制造業領域中的應用范圍

數控車床因其加工精確、 制造效能高等優勢正在快速替代傳統機械。 數控機械加工技術的蓬勃發展，導致了數控車床在機械加工制造領域的使用范圍更加廣闊，而影響數控車床機械加工產品質量的各種因素， 也抑制了數控車床在機械加工制造領域的廣泛應用， 但一些精密加工領域仍對數控車床的機械加工精度有著更高的需求，對精密工件的加工技術尚有較大的上升空間。

所以， 深入研究數控車床生產精度的影響因子和改善策略，對于擴大其在工業方面的使用有著重大價值。

2 數控車床的加工作業原理

數控車床還可以按照加工過程中的不同造型特點加工工件（見圖1）。 數控車床一般設有多個工作站和多功能加工區，具備了加工范圍廣、加工量大的特征。 并且具備了進行復雜工藝和補償加工的功能，可簡單、快捷地進行工件加工。 數控車床是一個集電腦與機械為一身的現代化機械加工裝置。 其一般含有傳感設備、測控裝置以及電源設備等。 能完成相應的加工自控功能。 操作者必須提前給數控車床提供一定的加工工藝，而后數控車床將按照控制系統指示進行加工工藝，和控制刀具完成機械加工。

圖1 數控車床工作示意圖

3 影響數控車床加工精度的具體因素

據調查， 目前數控車床的生產精度與現實要求存在很大偏差，見表1。 在加工過程中，加工效率受到設備、程序、編程等諸多因素的影響。各種各樣的各種影響也會各種各樣的危害數控車床的機械加工準確度。 偏差統計方法一般采用數控車床加工偏差和總工藝偏差之間的比值。當鑄件對數控車床的加工精度需求較高時，則數控車床加工偏差占整體加工誤差的比重就會更高。所以，為了要合理提升鑄件的加工精度，以適應實際要求，有關技術人員就必須認識并控制數控機床的各項精度影響因素，并結合加工具體情況加以改進。唯有如此，方可合理地提升數控車床的加工效率。

表1 當前的數控車床的加工誤差

3.1 伺服系統驅動因素

伺服控制系統的驅動器原因也將直接危害數控車床的機器加工準確度。通常，通過伺服驅動器控制系統可以利用帶動車床夾具的各種設備來加工工件。 其具體流程為：使用數控車床的定位滾珠絲杠對電動機實施伺服、驅動器和監控， 以確保數控系統車床加工各項任務的順利完成。但此時，滾珠絲杠傳動偏差也或許會威脅數控車床的機器加工準確度。 數控車床通常使用半閉環控制伺服進給系統，來調節一個數控車床的發電機。在操作的過程中，絲杠必須反向裝置。在此時，或許會有空轉，從而產生反向間隙偏差。 同時數控車床的傳動裝置也可以在外力影響下扭曲或變化， 從而使得部分機械加工區域形成了彈性間隙，限制數控車床的總體加工精度。

3.2 車刀控制影響因素

在數控車床制造刀具的過程中， 必須對材料進行切削，以獲得要求的刀具外形。 在車刀操作過程中，車刀控制面和軸尺寸之間可能出現一些誤差， 從而造成工件加工偏差。 因此，在數控車床編程時，盡管選擇了合適的加工工藝參數，但由于車刀運動軌跡不易控制，也可能造成了加工過程中的偏差。

4 提高數控車床加工精度的應對策略

4.1 伺服系統驅動因素誤差控制

在數控車床的設計過程中， 如果想要把加工精度限制在合理的范圍之內， 就需要對伺服驅動系統加以嚴格的管理。因此，對伺服驅動系統的加工誤差管理就必須從改善驅動設備的動作特性開始， 逐步改變整個裝置的驅動設備，甚至改變特性更良好的驅動設備，以保證數控車床在驅動過程中可以進行更加良好的管理。另外，伺服驅動系統的偏差控制系統還必須改善設備的壓力水平和承載能力， 從而使得伺服驅動系統可以更合理地承載機械零部件，從而提高加工零部件的控制精度。 當伺服設備裝配到數控車床上之后，還必須按照實際的工藝條件進行優化控制系統參數，從而提高對數控車床的偏差控制能力。

4.2 控制車刀運行的幾何精度

車刀的幾何精度，直接關系數控車床的制造精度。所以，數控車床的總設計師就必須按照具體生產條件，在加工技術方面進一步完善數控車床的本體導軌，以提升其幾何精度， 從而使得整個導軌都具備了良好的加工精度和壓縮功能，并能更有效控制車刀具的運用情況。在車刀生產工藝中，為更好地實現數控車床的各種特性，一些數控車床還會采用斜床形式以取代過去較復雜的鑄件整體構造，以便更有效地改善數控車床的抗彎能力和承載能力。

4.3 誤差補償改進策略

誤差補償技術是提升數控車床制造效率的一種重要方法。誤差補償技術通常指對現有坐標軸加以補充。通過利用軟硬件的組合，就能夠提升生產效率。在零點五閉環伺服系統的設計中，由于反向誤差也會降低位置準確度。所以，在誤差補償技術設計時，要考慮通過反向誤差彌補的手段，來抵消這一偏差。和產品設計中的加工精度限制一樣， 誤差補償技術能夠合理地使用現有數控車床而不須改變設計，為降低成本提供了關鍵作用。 另外，誤差補償技術中還包括了在釘狀進給操作時的滾珠絲杠。 在數控車床制造過程中， 由于釘狀供彈的加工精度會給數控車床的準確度造成一定偏差。 因此在數控車床的設計階段，這種偏差往往比較難控制。 尤其是螺紋加工，由于一般使用水平和垂直連桿加工的方式， 平面與垂直螺桿之間的縫隙不可避免地會造成螺紋工藝的很大偏差。 因此數控機床控制器必須通過縫隙彌補方法， 來補充滾珠絲杠的偏差，從而減少了間隙，改善數控車床滾珠絲杠的穩定性和使用壽命。

4.4 誤差防止策略

誤差預防策略需要在數控車床的設計與生產階段中進一步提高對車床夾具機器零件的加工準確度，以便于從總體上減少對工藝精度的偏差。但是，對制造商而言，在原來數控車床的基礎上很難提升精確度，因此往往必須改變原數控車床。 所以，防錯策略的使用成本也相對較高。

4.5 選用適當的加工工藝

為了進一步提高數控車床的機器加工準確度， 不但要控制數控車床本身， 還要調控其生產技術和機械加工方法，以進一步提高機器加工準確度和效率，從而改善制件的加工產品質量。 也因此，在第一步，數控車床控制器須嚴格管理加工工序，并盡量一次順利完成工藝程序。對無法一次順利完成的工藝，注意盡量減少換刀頻次，以區分于粗機器加工與精機器加工， 從而盡可能地進一步提高機器加工準確度與效率。同時，還必須對數控車床的工藝路徑進行優選。在選用走行路徑時，注意縮短機器加工時限，增加刀具切削效率，去掉無用的加工工序，以進一步提高數控車床加工的經濟性。在數控車床加工前，經過調整后， 再進行重新編程及啟動， 機床就可自動持續生產， 直到全部生產完成。 操作者需要做的是加工程序錄入、編輯、零部件裝入與拆卸、切刀準備、生產狀況監視、零部件檢查等其他工作。勞動強度降低，機床作業人員的勞動也更加智能化。 另外，在數控車床的過程中，還要求掌握表面精確度與粗獷度。在計算該數值時，還需要對其進行簡化以降低工作量。

5 結束語

近年來，中國工業得到快速發展，這和數控車床的應用分不開。提升中國數控車床的加工精度，對于提升各企業的生產精度有著關鍵意義。為此，有關工程設計技術人員必須確定并分解影響中國數控車床加工精度的各種因素，在整個產品設計過程中嚴格控制，并通過各種合理的措施， 爭取把上述各種因素對機械加工精度的影響減至最小化， 為提升中國數控車床的機械加工精度做出了一定的貢獻，進而帶動工業快速發展。