鄧柏祥

摘要：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)機(jī)械設(shè)備及零部件的質(zhì)量要求越來(lái)越高，這就為數(shù)控車床加工精度帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。數(shù)控車床是一種非常高效的加工技術(shù)，能夠顯著提高加工質(zhì)量與加工速度，但在實(shí)際操作過(guò)程中往往會(huì)存在加工精度難以保障的問題，這種現(xiàn)象是由多種因素造成的。因此，本文主要對(duì)數(shù)控車床加工精度的影響因素進(jìn)行詳細(xì)的分析與討論，并給出相應(yīng)的解決措施，以供同行專家參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;機(jī)加工;加工精度;影響與策略

0 ?引言

近些年，隨著我國(guó)機(jī)械裝備行業(yè)的迅速發(fā)展，其對(duì)機(jī)械零部件的精度要求越來(lái)越高。數(shù)控車床是現(xiàn)代機(jī)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(shù)控車床的加工精度的因素可分為外因和內(nèi)因，外因有加工材料、加工環(huán)境、操作人員等;內(nèi)因有數(shù)控車床自身的編程精度、伺服精度以及插補(bǔ)精度等都會(huì)影響到機(jī)械產(chǎn)品的精度。機(jī)械零部件的精度直接影響到機(jī)械設(shè)備的整體質(zhì)量，因此控制數(shù)控車床的加工精度對(duì)于我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展具有非常重要的意義。

1 ?數(shù)控車床概述

1.1 數(shù)控車床的分類

數(shù)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(shù)控車床、CNC數(shù)控車床與多坐標(biāo)數(shù)控車床。一般數(shù)控車床具有數(shù)控的車、銑、刨、磨、鉆等機(jī)加工方式，此類大型車床的加工工藝與機(jī)床類似，不同的是車床能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜零部件的加工;CNC數(shù)控車床是在一般數(shù)控車床上通過(guò)加裝刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置而組成的一種多工序數(shù)控車床，又稱加工中心，其使加工效率顯著提高，并且自動(dòng)化程度高;多坐標(biāo)數(shù)控車床，是指通過(guò)數(shù)控裝置進(jìn)行多坐標(biāo)軸的控制，進(jìn)而完成一些非常復(fù)雜的零部件，例如螺旋槳、飛機(jī)汽車等曲面零部件的加工，這種數(shù)控車床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，實(shí)際加工坐標(biāo)軸數(shù)取決于加工零部件的設(shè)計(jì)要求。按照運(yùn)動(dòng)方式分類，可分為點(diǎn)位控制、線位控制以及輪廓控制數(shù)控車床。點(diǎn)位控制數(shù)控車床是指從一定點(diǎn)位置到另一定點(diǎn)位置，期間不控制運(yùn)動(dòng)軌跡，各坐標(biāo)軸之間相互獨(dú)立互不影響，并且在移動(dòng)過(guò)程中不會(huì)對(duì)工件進(jìn)行加工。常見的車床有數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床等等;線位控制數(shù)控車床，是指在上述點(diǎn)位控制的基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行控制，并且保證其是按照直線運(yùn)動(dòng)的，并且可以控制運(yùn)動(dòng)速度，也成為直線控制，常見的直線控制數(shù)控車床有數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等等;輪廓控制數(shù)控車床通常是指對(duì)兩點(diǎn)及以上的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)進(jìn)行控制，不僅可以控制其位移過(guò)程，還要控制位移速度。在實(shí)際加工時(shí)對(duì)整個(gè)加工過(guò)程中每一點(diǎn)的加工速度、加工方向以及位移量進(jìn)行精確的控制，這種控制方式也被稱為連續(xù)控制。按照控制方式可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制以及閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。

1.2 數(shù)控車床的特點(diǎn)

數(shù)控車床是通過(guò)程序?qū)C(jī)床進(jìn)行控制，該程序能夠?qū)斎氲闹噶顚⑵渥g碼，從而控制車床高效有序的進(jìn)行加工?，F(xiàn)代數(shù)控車床與傳統(tǒng)的數(shù)控車床相比較具有以下特點(diǎn)：①加工精度高，由于現(xiàn)代數(shù)控車床中應(yīng)用了較多的精度控制系統(tǒng)，所以其加工精度與加工穩(wěn)定性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的機(jī)床;②多坐標(biāo)軸數(shù)控車床可進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)加工，對(duì)于一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，數(shù)控車床可以根據(jù)輸入的指令進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)加工，從而顯著提高接加工效率;③節(jié)約工時(shí)，在臨時(shí)修改零件尺寸或規(guī)格時(shí)不需要再畫圖紙，直接在數(shù)控車床上修改參數(shù)即可，可顯著節(jié)約圖紙修改等時(shí)間;④自動(dòng)化程度高，現(xiàn)代車床具有高度的自動(dòng)化，可顯著降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;⑤對(duì)操作人員要求較高，由于現(xiàn)代的數(shù)控車床專業(yè)性較強(qiáng)，自然對(duì)操作人員要求也較高，同時(shí)對(duì)數(shù)控車床的機(jī)械維護(hù)保養(yǎng)人員也提出了較高要求。

1.3 數(shù)控車床的構(gòu)成

通常數(shù)控車床是由主機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置、數(shù)控裝置以及輔助裝置構(gòu)成。主機(jī)是數(shù)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(qū)動(dòng)裝置主要是由進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)、主軸控制單元以及進(jìn)給控制單元等構(gòu)成，其主要是利用液壓或電氣伺服系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)主軸驅(qū)動(dòng)與進(jìn)給驅(qū)動(dòng);數(shù)控裝置主要是指硬件設(shè)備與軟件設(shè)備，操作者將執(zhí)行代碼輸入進(jìn)去后，需要硬件與軟件裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理與分析，并進(jìn)行優(yōu)化處理，從而指揮數(shù)控車床進(jìn)行加工;輔助裝置主要是指潤(rùn)滑、照明、清理切削屑以及冷卻裝置等，這些輔助裝置是數(shù)控車床必不可缺的，若缺少這些輔助裝置會(huì)導(dǎo)致數(shù)控車床無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間正常工作。

2 ?影響數(shù)控車床加工精度的因素

2.1 電氣伺服系統(tǒng)的影響

在利用數(shù)控車床對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，電氣伺服系統(tǒng)主要是提供車床運(yùn)轉(zhuǎn)的工作。在對(duì)零部件進(jìn)行加工時(shí)，需要控制零部件與刀具之間的位置，這時(shí)就需要伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的前移或者后退，在進(jìn)行兩者之間位置調(diào)節(jié)時(shí)，若伺服驅(qū)動(dòng)與滾珠絲杠之間出現(xiàn)傳動(dòng)誤差，則會(huì)對(duì)零部件的精確度產(chǎn)生較大的影響，甚至工件失效。

2.2 切削刀具的影響

數(shù)控車床是通過(guò)刀具對(duì)工件進(jìn)行切削加工的，刀具本身存在主偏角與刀尖圓弧，在對(duì)工件進(jìn)行切削加工時(shí)會(huì)由于刀具的特點(diǎn)而產(chǎn)生細(xì)微的誤差，但隨著加工的不斷進(jìn)行，這種誤差會(huì)越來(lái)越大。因此，在數(shù)控加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮刀具與軸線之間的誤差，通過(guò)編程合理的對(duì)刀具誤差進(jìn)行修正。此外，還可以通過(guò)優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)階段刀具的特點(diǎn)，不可避免的存在加工誤差，刀具設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化以減小在數(shù)控加工過(guò)程中帶來(lái)的誤差。

2.3 圓整誤差的影響

圓整誤差是指在進(jìn)行圓弧或者圓軌跡運(yùn)動(dòng)加工時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡與真實(shí)值之間的誤差。對(duì)于部分?jǐn)?shù)控車床而言，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡是由步進(jìn)電機(jī)控制，因此步進(jìn)電機(jī)的脈沖就決定了刀具運(yùn)動(dòng)的最小直線距離。根據(jù)圖紙?jiān)跀?shù)控車床上對(duì)工件進(jìn)行編程，應(yīng)該根據(jù)圖紙要求設(shè)置脈沖個(gè)數(shù)，使之成為固定參數(shù)。在進(jìn)行工件加工時(shí)，設(shè)置的脈沖當(dāng)量就是加工時(shí)的最小位移量，因此在加工過(guò)程中脈沖個(gè)數(shù)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(jù)圖紙?jiān)跀?shù)控機(jī)床上進(jìn)行編程時(shí)，會(huì)存在編程誤差，這主要是由于數(shù)控機(jī)床內(nèi)部的數(shù)學(xué)邏輯問題導(dǎo)致的，對(duì)于這種編程誤差通常采用插值法或者直接提高數(shù)控車床的分辨率，從而降低誤差，提高精度。對(duì)于這種編程誤差一般不需要采用額外的添加補(bǔ)差程序。

2.5 數(shù)控車床軌道的影響

在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，數(shù)控車床的軌道相對(duì)位置對(duì)加工精度有重要影響。在進(jìn)行數(shù)控加工前，需要對(duì)各個(gè)部件的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行校準(zhǔn)并測(cè)量，這是數(shù)控車床能夠精確的加工非常重要的前提工作。如果在數(shù)控加工的過(guò)程中，車床軌道發(fā)生了不規(guī)則的磨損或者微量的偏移都會(huì)對(duì)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(dǎo)致車床軌道偏移，從而對(duì)工件質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。

3 ?提高數(shù)控車床精度的措施

3.1 伺服系統(tǒng)誤差解決方案

在數(shù)控車床中，伺服系統(tǒng)數(shù)控車床中的重要組成部分，其對(duì)于數(shù)控車床的精度有著重要的影響，同時(shí)也是對(duì)零部件的質(zhì)量的重要保障。為了盡可能地提高伺服系統(tǒng)的精度，應(yīng)當(dāng)選取性能較好的伺服系統(tǒng)配件，包括伺服電機(jī)、伺服進(jìn)給單元、伺服控制單元等，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。在利用伺服系統(tǒng)進(jìn)行圓弧或者圓環(huán)加工時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)進(jìn)給軸為為開環(huán)增益，從而提高零部件輪廓的加工精度;在加工過(guò)程中，進(jìn)給軸應(yīng)當(dāng)一直處于45度的位置，只有在這種傾斜的條件下進(jìn)行加工，才能進(jìn)一步保障加工的精度與加工的質(zhì)量。

3.2 數(shù)控車床軌道精度的控制

隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)工件加工精度要求越來(lái)越高，這就為數(shù)控車床加工帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。為了更好的提高數(shù)控車床的整體功能，可以采用斜床造型機(jī)體，這種結(jié)構(gòu)能有顯著降低數(shù)控車床的自重，而且該設(shè)計(jì)采用的是封閉式筒形結(jié)構(gòu)，有利于提高機(jī)床的抗扭、抗壓水平，并且可以提高數(shù)控車床的運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。

數(shù)控車床軌道精度的改善措施，需要對(duì)車床的車座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，此外還有軌道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要改進(jìn)，數(shù)控車床在高負(fù)荷功率下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，車床軌道會(huì)因長(zhǎng)期的震動(dòng)而產(chǎn)生細(xì)微的偏差或者磨損，因此，對(duì)于數(shù)控車床的軌道需要定期邀請(qǐng)專業(yè)的機(jī)械維護(hù)人員對(duì)數(shù)控車床的軌道進(jìn)行校準(zhǔn)。

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(diǎn)，在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。對(duì)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(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，刀具設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)刀具現(xiàn)有的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，由于數(shù)控車床的自動(dòng)化程度較高，在對(duì)車床配備刀具庫(kù)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)刀具庫(kù)中的所有刀具采用統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將刀具庫(kù)中所有刀具進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而降低在對(duì)工件加工時(shí)產(chǎn)生的誤差;另一方面，根據(jù)刀具的特點(diǎn)計(jì)算誤差大小，然后在數(shù)控車床中內(nèi)嵌如誤差修補(bǔ)系統(tǒng)，在進(jìn)行機(jī)加工時(shí)不斷對(duì)加工的誤差進(jìn)行修正，以保證工件的加工精度。

3.4 提高人員操作技術(shù)水平

數(shù)控車床對(duì)操作的專業(yè)技術(shù)水平要求較高，在對(duì)工件進(jìn)行編程或者閱讀圖紙時(shí)產(chǎn)生不合規(guī)范的操作都會(huì)導(dǎo)致數(shù)控車床加工精度顯著下降。因此，對(duì)于提高數(shù)控車床操作人員的水平應(yīng)當(dāng)從以下兩方面入手，一方面是聘請(qǐng)專業(yè)能力過(guò)硬的數(shù)控車床操作者與管理者，在對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行操作時(shí)需要閱讀工件圖紙、車床編程，這就要求操作者必須具有機(jī)械圖紙閱讀的能力與數(shù)控機(jī)床編程能力。對(duì)于管理者而言，其除了具備上述的兩種能力以外，還應(yīng)當(dāng)具備專業(yè)管理能力，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)具有良好的溝通與協(xié)調(diào)能力，以保證在對(duì)工件進(jìn)行加工時(shí)出現(xiàn)的各種狀況可以協(xié)調(diào)各個(gè)部門及時(shí)解決;另一方面，企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)人員與操作人員的培訓(xùn)與考核，并且設(shè)立明確的賞罰制度，對(duì)于技術(shù)與操作能力較好的員工給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)，相反對(duì)于培訓(xùn)考核不合格的員工應(yīng)當(dāng)給予一定的處罰，最終目的是讓整個(gè)團(tuán)隊(duì)意識(shí)到專業(yè)水平對(duì)于數(shù)控車床的重要性，只有擁有較強(qiáng)的專業(yè)能力，才能夠使數(shù)控車床的加工精度不帶能提高，從而贏得市場(chǎng)的肯定。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)控車床在機(jī)械行業(yè)中的作用越來(lái)越重要，數(shù)控車床與傳統(tǒng)的車床相比具有多軸聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)化程度高、加工精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)。而加工精度對(duì)于工件質(zhì)量具有非常重要的影響，因此企業(yè)應(yīng)當(dāng)注重提高數(shù)控車床的加工精度，這樣能夠降低廢品率，提高良率，從而創(chuàng)造更大的價(jià)值。

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