馮鋒

摘要： 在我國(guó)，數(shù)控車床的使用率極高，且對(duì)加工精度的要求也非常高。數(shù)控車床是我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中比較具有代表性的應(yīng)用產(chǎn)品。然而，在數(shù)控車床的工件加工使用過(guò)程中，受多種因素的影響，其生產(chǎn)的效率和加工的質(zhì)量方面出現(xiàn)了各種問(wèn)題。本文以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，首先分析了影響其加工精度的潛在原因，然后針對(duì)性的探討了提高數(shù)控車床精度的有效技術(shù)措施。希望這些措施的應(yīng)用，能夠?yàn)橄嚓P(guān)工件加工質(zhì)量的提高作出有價(jià)值的貢獻(xiàn)，同時(shí)也能夠更好的促進(jìn)我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

Abstract： In China， the utilization rate of NUMERICAL control lathe is very high， and the requirement of processing accuracy is also very high. Numerical control lathe is a representative application product in China's machinery manufacturing industry. However， in the process of machining the workpiece of CNC lathe， affected by a variety of factors， the production efficiency and the quality of processing have appeared various problems. Based on the NUMERICAL control machine tool， this paper first analyzes the potential reasons that affect the machining precision， and then discusses the effective technical measures to improve the precision of numerical control lathe. I hope the application of these measures can make a valuable contribution to the improvement of the quality of the workpiece processing， but also can better promote the long-term development of China's machining industry.

關(guān)鍵詞： 數(shù)控車床;工件;加工精度;影響因素;提高方法

Key words： CNC lathe;artifacts;machining accuracy;influencing factors;improve the method

中圖分類號(hào)：TG506.9????????????????????????????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????????????????????????????????? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）21-0088-02

0? 引言

目前，在當(dāng)代機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控車床工藝因其表現(xiàn)出眾而獲得了廣大用戶的認(rèn)可。與此同時(shí)，用戶的需求日益提高，對(duì)工件的加工精度要求也越來(lái)越高。尤其是近幾年科技興起后，帶動(dòng)了高精密儀器制造技術(shù)的大量工業(yè)化生產(chǎn)，也引發(fā)了大量的數(shù)控車床加工誤差問(wèn)題。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，向數(shù)控車床技術(shù)的應(yīng)用發(fā)出了更大的挑戰(zhàn)。

在機(jī)械生產(chǎn)中不可避免的問(wèn)題是誤差，而誤差的有效解決（或減?。┦菙?shù)控加工的重點(diǎn)技術(shù)工作之一。因?yàn)閿?shù)控加工過(guò)程中的很多因素都能夠引起誤差，直接影響到加工部件的精度和質(zhì)量。所以，必須根據(jù)機(jī)械加工的實(shí)際要求，對(duì)影響因素進(jìn)行有效分析的同時(shí)，采取一定的措施來(lái)控制誤差，從而提高數(shù)控車床工件的加工精度。

1? 數(shù)控車床概念簡(jiǎn)述

1.1 數(shù)控車床常見(jiàn)分類及結(jié)構(gòu)

市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的興起帶動(dòng)數(shù)控車床加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用，該技術(shù)按照控制原理的不同可以分為3大類，分別為：

①普通數(shù)控車床加工;②點(diǎn)位控制數(shù)控車床加工;③其他數(shù)控車床加工。在具體的機(jī)械加工應(yīng)用中，數(shù)控加工技術(shù)一般用于復(fù)雜的、高質(zhì)量要求的成型設(shè)計(jì)，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶對(duì)高標(biāo)準(zhǔn)工件的加工要求。

一般的數(shù)控車床由以下幾部分組成，分別為：①車床控制系統(tǒng)，也稱之為配置加工機(jī)器，主要用來(lái)控制車床;

②車床伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要完成驅(qū)動(dòng)工作，數(shù)控機(jī)床通過(guò)工人控制完成工件制作的驅(qū)動(dòng)操作;③輔助加工系統(tǒng)，為數(shù)控支撐加工提供數(shù)學(xué)計(jì)算、繪圖等輔助功能;④車床數(shù)控編程系統(tǒng)，用來(lái)控制控車床的軟件應(yīng)用體系或代碼，該系統(tǒng)的應(yīng)用可以方便工件的自動(dòng)化加工。

1.2 性能指標(biāo)及特點(diǎn)

數(shù)控車床固有的特性，使得它更加適用于加工復(fù)雜工件和某些特殊零配件，其特有的性能指標(biāo)能夠讓工件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)（半自動(dòng)）化處理加工，從而有效提高工件的加工效率。同時(shí)，因?yàn)樽詣?dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，使得數(shù)控車床的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，維修和維護(hù)的困難系數(shù)都偏高，需要由專業(yè)人員進(jìn)行相關(guān)操作。

數(shù)控車床的控制是通過(guò)數(shù)控編程來(lái)完成的，編程系統(tǒng)能夠設(shè)定具體的車床加工工作步驟，是數(shù)控車床的關(guān)鍵性特征之一。數(shù)控編程技術(shù)采用伺服系統(tǒng)（多為機(jī)器語(yǔ)言）語(yǔ)言裝置進(jìn)行工件驅(qū)動(dòng)工作，由工人根據(jù)車床系統(tǒng)的提示信息進(jìn)行操作與加工，使工人從繁重的手工勞動(dòng)中解放出來(lái)，大大提高了加工的效率與質(zhì)量的同時(shí)，也簡(jiǎn)化了工作人員的工作內(nèi)容與強(qiáng)度。

但是，數(shù)控車床能夠提高工件加工精度的同時(shí)，對(duì)投資成本的要求也加大了許多。越是精度系數(shù)和質(zhì)量要求高的工件，其加工過(guò)程中使用的數(shù)控車床應(yīng)用系統(tǒng)就越復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員和操作人員的專業(yè)性要求也就越強(qiáng)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，工件質(zhì)量和數(shù)控加工成本是成正比的。

2? 影響數(shù)控車床精度的因素

人們對(duì)生活需求的提高，使得機(jī)械工業(yè)對(duì)工件或是工藝品的需求變高。各行各業(yè)的發(fā)展過(guò)程中，都離不開(kāi)零部件的使用與更新。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，數(shù)控車床采用數(shù)字及文字來(lái)控制零部件的精密加工，在有效降低手工制造出現(xiàn)的誤差和失誤的負(fù)面影響下，能夠減少誤差系數(shù)，加大產(chǎn)品的加工精度。數(shù)控車床的具體操作步驟如圖1所示。

但對(duì)于某類單一小批量工件的（半自動(dòng)化）自動(dòng)化加工，因?yàn)槠涔ぜ螤顝?fù)雜、精度系數(shù)要求高，使得加工效果不理想，在精度及工藝方面還有很大的提升空間。影響數(shù)控車床加工精度的主要因素有以下幾點(diǎn)：

2.1 伺服因素的影響

伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床加工操作中，主要承擔(dān)數(shù)控車床穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)操作的工作，在該系統(tǒng)的運(yùn)作下，數(shù)控車床提供機(jī)械動(dòng)力，并發(fā)揮協(xié)調(diào)控制功能。操作過(guò)程中，如果操作人員驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)速度誤差，就會(huì)引起傳動(dòng)誤差和其他一系列問(wèn)題，導(dǎo)致加工精度產(chǎn)生誤差，影響最終的工件質(zhì)量。

2.2 導(dǎo)軌誤差的影響

數(shù)控車床的很多工作都是在導(dǎo)軌上進(jìn)行的，因此在工具放入導(dǎo)軌的過(guò)程中，必須準(zhǔn)確確認(rèn)各個(gè)部件的最理想位置。如果在車床機(jī)械加工中發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌磨損，或是操作人員控制軌道失誤，都會(huì)引起導(dǎo)軌誤差，給工件的質(zhì)量造成不良的影響。

2.3 刀具參數(shù)的影響

數(shù)控車床加工任何部件都離不開(kāi)車刀，但在車刀進(jìn)行切削時(shí)，很多隨機(jī)問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生。如：①車刀主偏角問(wèn)題，當(dāng)主偏角位置偏移或是主偏角偏小，都會(huì)直接影響加工工件的精度系數(shù)。②刀尖外削問(wèn)題，當(dāng)對(duì)工件進(jìn)行外圓車削時(shí)，對(duì)刀具有更高的要求;一旦圓弧車刀有細(xì)微偏差，都會(huì)直接影響工件的加工精度系數(shù)。對(duì)車削程序進(jìn)行合理的編寫(xiě)，并認(rèn)真分析刀具軸線的偏差進(jìn)而修正刀具的位置。數(shù)控車床的車刀的刀尖存在圓弧半徑，還存在主偏角和工件之間高度差的問(wèn)題，也會(huì)對(duì)數(shù)控車床的加工精度造成一定的影響?；诖?，加工工件過(guò)程中必須對(duì)刀具的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行綜合參考，在編程時(shí)把誤差問(wèn)題考慮到其中，從參數(shù)因素上減小潛在誤差的發(fā)生。

2.4 逼近誤差和圓整誤差的影響

所謂逼近誤差，指的是機(jī)械控件編程時(shí)，采用數(shù)學(xué)近似算法，經(jīng)過(guò)精確值的控制來(lái)逼近零件的基礎(chǔ)誤差，一旦精確值過(guò)低，則會(huì)影響工件的精度。所謂圓整誤差，指的是在經(jīng)濟(jì)型步進(jìn)電機(jī)數(shù)控車床加工中，通過(guò)步進(jìn)脈沖有效控制加工零部件的直線位移量，其中脈沖當(dāng)量是產(chǎn)品規(guī)格的最小單位，直接影響數(shù)控車床工件的加工精度。當(dāng)數(shù)控車床工件處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)操作到圓整脈沖當(dāng)量值時(shí)，就會(huì)無(wú)法避免的產(chǎn)生圓整誤差。該誤差量直接影響加工部件的尺寸和規(guī)格。

3? 應(yīng)對(duì)策略的探討

影響數(shù)控車床加工精度的因素有很多，但是在數(shù)控車床加工過(guò)程中，不能被這些影響因素所左右，逆來(lái)順受。必須要找出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，針對(duì)可能出現(xiàn)的因素進(jìn)行應(yīng)對(duì)處理，從而更有效的降低誤差值，提高工件生產(chǎn)的精度。

3.1 伺服偏差的控制

對(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，伺服系統(tǒng)的作用最為重要，如果想降低車床加工工件的誤差，減少車床自身帶來(lái)的負(fù)面影響，那么就需要高度重視伺服系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。為伺服系統(tǒng)搭配高性能低功耗的驅(qū)動(dòng)裝置，能夠有效的優(yōu)化車床系統(tǒng)參數(shù)。同時(shí)，在車削加工過(guò)程中，針對(duì)直線工件的物理特性抑制速度誤差，能夠減少速度滯后帶來(lái)的一系列問(wèn)題;針對(duì)圓弧加工設(shè)置開(kāi)環(huán)增益功能，提高圓弧工件的輪廓加工精度。

3.2 數(shù)控車床性能控制

機(jī)械技術(shù)的迅速發(fā)展，給數(shù)控車床帶來(lái)了非常大的影響，近年來(lái)數(shù)控車床的加工質(zhì)量及效益都得到了明顯的提升。同時(shí)，數(shù)控車床的性能問(wèn)題也得到了越來(lái)越多專業(yè)人士的關(guān)注。如何能夠有效提高數(shù)控車床的性能，成為專家們?nèi)粘Ｌ接懙膯?wèn)題之一。通常來(lái)說(shuō)，出于提高車床的自身性能方面考慮，可以采用斜床造型來(lái)有效提高其抗彎扭能力。采用的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高的車刀刀具進(jìn)行切割，并且為車床配備自動(dòng)換刀功能，能夠有效的優(yōu)化車削效果，提高零部件的車削精度水平。以數(shù)控車床某軸類零件的具體加工為例，在零件進(jìn)行粗加工之前，預(yù)留1mm刀補(bǔ)控制。然后，采取2次車床車削加工處理，第一次徑向進(jìn)給量設(shè)置為0.5mm，進(jìn)行一次細(xì)加工，一次細(xì)加工完成后，還有0.5mm的刀補(bǔ)，此時(shí)即可進(jìn)行二次深加工，從而有效提高產(chǎn)品的精度。經(jīng)過(guò)實(shí)踐操作表明，從粗加工到一次細(xì)加工、二次細(xì)加工，通過(guò)三次加工的方式，能夠有效控制軸類工件的精度誤差。

3.3 誤差補(bǔ)償控制

在進(jìn)行數(shù)控加工時(shí)，考慮到逼近誤差對(duì)產(chǎn)品誤差率的影響，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，采用數(shù)學(xué)計(jì)算公式及原理勾勒工件廓形，提高精度系數(shù)，減少逼近誤差，從而保障工件在進(jìn)行不規(guī)則加工處理時(shí)，提高工件的質(zhì)量和精度系數(shù)。對(duì)圓整誤差的控制，可以通過(guò)硬件處理進(jìn)行前期預(yù)防，也可通過(guò)軟件處理彌補(bǔ)誤差的精度值，盡量消除實(shí)際操作中的不確定因素影響。針對(duì)需要重復(fù)定位的工件或工藝，需要在數(shù)控加工之前，進(jìn)行有效的測(cè)量誤差測(cè)算，盡量降低測(cè)量誤差，從而為深度精細(xì)加工提供更準(zhǔn)確的計(jì)算量，方便后期對(duì)工件誤差精度范圍的掌控，有效提高元件生產(chǎn)效率及精度。

3.4 車床的維修與維護(hù)

數(shù)控車床對(duì)加工精度的要求極高，所以在工作過(guò)程中要做到對(duì)車床進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障提示必須馬上進(jìn)行處理，調(diào)整并優(yōu)化加工相關(guān)工作數(shù)據(jù)的安全系數(shù)，并根據(jù)反饋的錯(cuò)誤信息，進(jìn)行控制端定點(diǎn)控制與管理。在修復(fù)導(dǎo)軌精度的時(shí)候，使用環(huán)保導(dǎo)軌涂層來(lái)提高車床導(dǎo)軌的耐用性能，減少因?qū)к壩锢硪蛩匾鸬恼`差。同時(shí)也可以在系統(tǒng)的維護(hù)過(guò)程中，提高車床的測(cè)量加工定位精度，減小切削精度對(duì)工件質(zhì)量的一系列影響。

4? 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控車床在進(jìn)行工件加工過(guò)程中，影響加工精度的原因種類有多種，并且因?yàn)槠溆绊懗潭炔煌?，產(chǎn)生的誤差效果也不一樣。所以，操作人員必須要根據(jù)具體原因進(jìn)行分析，并以數(shù)控車床為基礎(chǔ)，采用伺服偏差控制、性能控制及誤差補(bǔ)償控制等方式來(lái)完善工件的加工質(zhì)量，同時(shí)定時(shí)對(duì)車床進(jìn)行維修與維護(hù)，排除潛在問(wèn)題危機(jī)的影響，提高數(shù)控車床的整體性能和精度比，從而有效保障機(jī)械工件的加工精度和質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展水平的進(jìn)一步提高。

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