張 瑞

（安徽省蕪湖市煤田地質(zhì)第二勘探隊(duì)，安徽 蕪湖 241000）

數(shù)控車床的出現(xiàn)和應(yīng)用不僅改變了加工生產(chǎn)領(lǐng)域的生產(chǎn)加工形式，促進(jìn)了生產(chǎn)效益的提升，并且對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益的提升也起到促進(jìn)作用。在自動(dòng)化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)融合應(yīng)用的前提下，也再次對(duì)其加工精度提出了更高的要求。因客觀因素對(duì)加工精度的干擾會(huì)造成生產(chǎn)質(zhì)量的下降，如編程精度、位置精度、伺服精度等出現(xiàn)誤差，將會(huì)影響整體加工質(zhì)量，若不及時(shí)進(jìn)行處理和改進(jìn)，那么為生產(chǎn)企業(yè)所帶來的就不僅僅是經(jīng)濟(jì)損失了。因此，必須加強(qiáng)對(duì)數(shù)控車床加工精度的保障，完善數(shù)控車床的質(zhì)量控制。

1 數(shù)控車床的相關(guān)概述

1.1 數(shù)控車床的組成

數(shù)控車床的構(gòu)成共包括四個(gè)部分，分別為：

1.主機(jī)系統(tǒng)，這是完成機(jī)械加工的關(guān)鍵，也是數(shù)控車床的主體，其由幾個(gè)基礎(chǔ)加工部件組成，如主軸、立柱等，作用是切削工件。

2.數(shù)控編程系統(tǒng)，是機(jī)械加工處理的核心，以相應(yīng)硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，將機(jī)械加工處理中的一些數(shù)據(jù)、參數(shù)輸入并存儲(chǔ)其中，然后經(jīng)過軟件程序進(jìn)行數(shù)據(jù)、參數(shù)的分析，并發(fā)出一些控制指令執(zhí)行操作。

3.驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為數(shù)控車床的加工提供動(dòng)力，沒有驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)做支撐就很難完成機(jī)械加工，一般驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也分為幾個(gè)關(guān)鍵的組成部分，如主軸電機(jī)、主軸驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、進(jìn)給結(jié)構(gòu)等，而且驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)作還需要伺服系統(tǒng)提供支撐。

4.加工輔助系統(tǒng)，主要為數(shù)控車床的加工運(yùn)行提供輔助，如噴射機(jī)構(gòu)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)、排屑機(jī)構(gòu)等都屬于加工輔助系統(tǒng)的組成部分，一般負(fù)責(zé)給予照明、冷卻和排屑等輔助作用。

1.2 數(shù)控車床的工作原理

數(shù)控車床的基本工作原理是按照加工需要將數(shù)控編程系統(tǒng)設(shè)置為可行程序，輸入相關(guān)參數(shù)信息經(jīng)程序做處理后傳輸至伺服系統(tǒng)和可編程程序控制器，由其將處理后的結(jié)果轉(zhuǎn)化為執(zhí)行指令，主機(jī)系統(tǒng)收到指令后依據(jù)其要求開展對(duì)工件的加工處理，之后即可獲得處理后的工件。數(shù)控車床的自動(dòng)化加工處理過程中，最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是參數(shù)的輸入、加工程序的編制，只有程序完整可行、參數(shù)準(zhǔn)確，才能確保加工的質(zhì)量。

1.3 數(shù)控車床的特點(diǎn)

數(shù)控車床的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：一是數(shù)控車床自動(dòng)化程度高，現(xiàn)代數(shù)控車床中所運(yùn)用的構(gòu)件和技術(shù)都較為先進(jìn)、智能，有效降低人工操作強(qiáng)度，提高加工效率，體現(xiàn)明顯的自動(dòng)化特征；二是數(shù)控車床對(duì)操作員工的能力要求較高，自動(dòng)化加工處理過程的技術(shù)性、專業(yè)性突出，只有綜合能力水平高的操作人員才可以保證數(shù)控車床的順利運(yùn)行；三是數(shù)控機(jī)床縮短加工處理時(shí)間，用自動(dòng)化程序代替人工處理方式，在操作與調(diào)整等工序中以更高的效率完成加工任務(wù)，大大減少了工件的加工處理時(shí)間。

2 影響數(shù)控車床加工精度的因素分析

2.1 位置誤差的影響

位置誤差是數(shù)控車床加工中出現(xiàn)概率較多的誤差形式，因?yàn)楫a(chǎn)品加工對(duì)細(xì)節(jié)的要求是比較高的，一旦某一位置出現(xiàn)偏差必然會(huì)影響到其加工精度。從加工生產(chǎn)實(shí)際來看，位置誤差一般指的是理想位置的變化和偏差程度的變化，如機(jī)械工件的軸和預(yù)期理想位置存在偏離、對(duì)稱平面存在偏離以及垂直度偏差等，都直接影響到加工的規(guī)范性。導(dǎo)致位置誤差出現(xiàn)的原因通常是生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備在傳動(dòng)時(shí)發(fā)生變形或出現(xiàn)間隙、摩擦過重，造成生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的部分結(jié)構(gòu)部件參數(shù)不符合標(biāo)準(zhǔn)范疇，繼而在加工過程中直接影響加工質(zhì)量[1]。

2.2 伺服系統(tǒng)的影響

數(shù)控車床的實(shí)際運(yùn)作與其伺服系統(tǒng)有著緊密聯(lián)系。數(shù)控車床主要就是在伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下完成的生產(chǎn)加工，即伺服系統(tǒng)對(duì)滾珠絲杠施加控制，而滾珠絲杠又對(duì)數(shù)控車床施加定位，以此保證其正常運(yùn)作。當(dāng)滾珠絲杠在傳動(dòng)過程中出現(xiàn)誤差，那么就會(huì)直接影響數(shù)控車床的定位，繼而影響其運(yùn)作精度和加工精度。結(jié)合當(dāng)前實(shí)際加工生產(chǎn)來看，半閉環(huán)控制形式的數(shù)控車床（見圖1 所示）是應(yīng)用最廣泛的，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)的有效控制。在此系統(tǒng)下進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)加工，伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)絲杠進(jìn)行逆向運(yùn)作控制，這個(gè)環(huán)節(jié)則存在空運(yùn)轉(zhuǎn)的幾率，當(dāng)絲杠發(fā)生空運(yùn)轉(zhuǎn)后就會(huì)造成誤差問題，即反向間隙偏差，影響加工精度。而且，數(shù)控車床在此系統(tǒng)控制運(yùn)行下，容易遭到外力作用的加持而導(dǎo)致彈性形變，繼而影響其加工過程中的受力分布，產(chǎn)生一定誤差，也影響其加工精度。

圖1 數(shù)控車床半閉環(huán)控制系統(tǒng)

2.3 刀具參數(shù)的影響

數(shù)控車床在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工生產(chǎn)的運(yùn)作過程中，一般會(huì)應(yīng)用車刀來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切削處理，具體切削是根據(jù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)而定的，所加工制成的產(chǎn)品需要符合相應(yīng)的規(guī)格要求。然而，因車刀長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用后其主偏角與刀尖圓弧半徑對(duì)比最初安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些偏差，這種誤差在可接受范圍內(nèi)通常不會(huì)影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，但若其偏差越來越大超出可控范疇，如主偏角逐漸縮小，則會(huì)對(duì)產(chǎn)品的加工精度造成嚴(yán)重影響。對(duì)此，在優(yōu)化數(shù)控車床加工精度時(shí)應(yīng)綜合考慮到刀具參數(shù)的影響[2]。

3 提高數(shù)控車床加工精度的有效方法

3.1 改進(jìn)數(shù)控車床的設(shè)計(jì)工作

因位置誤差而造成的數(shù)控車床加工精度問題需從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)完善，優(yōu)化數(shù)控車床的基本結(jié)構(gòu)，保持各部件的安裝精度，從而才能確保其加工生產(chǎn)的精度。依據(jù)數(shù)控車床的應(yīng)用途徑進(jìn)行分析，明確其生產(chǎn)加工的實(shí)際需求和周圍環(huán)境，再對(duì)機(jī)械設(shè)備不同位置的功能部件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，尤其是主體結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能把重心高度降低，這樣可以避免長(zhǎng)期加工帶來的位置變化誤差。同時(shí)，對(duì)于數(shù)控車床結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度也要進(jìn)行嚴(yán)格把控，在不影響剛度的基礎(chǔ)上盡量降低結(jié)構(gòu)材料使用量，控制結(jié)構(gòu)和部件的制造質(zhì)量，防止在加工過程中出現(xiàn)磨損、位置偏離等情況。切實(shí)優(yōu)化改進(jìn)數(shù)控車床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其設(shè)計(jì)合理性與科學(xué)性，能夠有效規(guī)避誤差影響，進(jìn)而提高數(shù)控車床的加工精度。

3.2 科學(xué)修正伺服系統(tǒng)的誤差

數(shù)控車床運(yùn)作中伺服系統(tǒng)的運(yùn)行是非常關(guān)鍵的，因其誤差的存在會(huì)直接影響產(chǎn)品加工精度與質(zhì)量，因此要加強(qiáng)對(duì)伺服系統(tǒng)誤差的科學(xué)修正，規(guī)避其誤差的出現(xiàn)，以此提高產(chǎn)品加工質(zhì)量。伺服系統(tǒng)誤差出現(xiàn)后最容易影響產(chǎn)品直線、產(chǎn)品圓弧位置的標(biāo)準(zhǔn)性，對(duì)這些誤差進(jìn)行修正需進(jìn)行全面考量。一是對(duì)于產(chǎn)品圓弧面的加工處理，伺服系統(tǒng)進(jìn)給軸位置的開環(huán)增益需保持一致，盡可能提高開環(huán)增益，讓圓弧面得到更好的處理，能夠避免因處理誤差而影響加工質(zhì)量。二是對(duì)于產(chǎn)品加工中速度誤差的分析，因加工運(yùn)作中刀具在啟動(dòng)后是持續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)其被停止后會(huì)存在一些時(shí)間的滯后狀態(tài)，這一速度誤差的存在會(huì)影響產(chǎn)品圓弧位置的加工品質(zhì)，因此在速度和運(yùn)作時(shí)間控制上要進(jìn)行一定的合理調(diào)整，以免影響圓弧部位的加工處理精度[3]。三是進(jìn)給軸位置的開環(huán)增益不同，當(dāng)差異過大時(shí)會(huì)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響，對(duì)此則需盡可能保證進(jìn)給軸軸線的角度和運(yùn)動(dòng)方向的角度保持在45°，縮小其誤差，達(dá)到提高加工精度的目的。

3.3 增強(qiáng)數(shù)控車床的整體性能

數(shù)控車床隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而在不斷改進(jìn)，對(duì)加工質(zhì)量和加工效率提出了更高的要求，從其性能結(jié)構(gòu)方面來看，在改進(jìn)的同時(shí)也存在許多需要注意的問題，因車床底座的規(guī)格越來越大，要求底座必須具備較強(qiáng)承載力，且導(dǎo)軌精準(zhǔn)度也要進(jìn)行提升，因而數(shù)控車床的整體性能要隨之強(qiáng)化，否則將影響加工精度。提高數(shù)控車床的整體性能，要進(jìn)一步優(yōu)化降低車床底座的重量，將鑄件更換為斜床造型，增加數(shù)控車床的抗彎能力與抗扭能力，提高其整體安全性與穩(wěn)定性，保證底座承載力的平穩(wěn)。提高數(shù)控車床的整體性能，要統(tǒng)一刀具標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)，通常而言，為確保數(shù)控車床對(duì)車刀的應(yīng)用需求會(huì)設(shè)置相應(yīng)的刀具庫，按照規(guī)格、材質(zhì)和性能將其進(jìn)行分類整理，并通過自動(dòng)換刀裝置可以優(yōu)化其切削效果。因刀具參數(shù)影響切削效果，需結(jié)合實(shí)際加工需要對(duì)車削方式進(jìn)行調(diào)整，以保證車削的精準(zhǔn)度，從而提升數(shù)控車床的加工精度。

3.4 合理選用誤差補(bǔ)償?shù)姆绞?/h3>

數(shù)控車床加工中需要重點(diǎn)關(guān)注的兩種誤差是逼近誤差和圓整誤差，這兩種誤差對(duì)于運(yùn)作加工精度有著較大的影響，逼近誤差指的是精密零件生產(chǎn)中因編程問題而引起的誤差，基于近似算法計(jì)算所生產(chǎn)零件的外形規(guī)格，對(duì)于不規(guī)則處則按照近似法進(jìn)行計(jì)算，由此構(gòu)成模型，這一過程中由于實(shí)際操作差異的可能性，而出現(xiàn)誤差影響加工精度。對(duì)此，則可以通過合理選用誤差補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行控制，從硬件和軟件兩個(gè)方面著手，通過增強(qiáng)硬件機(jī)械設(shè)備精度實(shí)現(xiàn)硬件補(bǔ)償，以及通過升級(jí)軟件控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)軟件補(bǔ)償，結(jié)合應(yīng)用兩種補(bǔ)償方式可以進(jìn)一步降低誤差帶來的加工精度影響。在選擇應(yīng)用誤差補(bǔ)償方式時(shí)，其前提是要根據(jù)實(shí)際情況全面分析經(jīng)濟(jì)效益，了解數(shù)控車床加工中的各種問題，對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改進(jìn)。同時(shí)，對(duì)于技術(shù)的應(yīng)用效益也要開展相應(yīng)的分析，評(píng)估技術(shù)應(yīng)用過程中對(duì)數(shù)控車床加工時(shí)可能造成的影響，判斷產(chǎn)品加工單元與整體加工之間的聯(lián)系，對(duì)技術(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化升級(jí)，由此提高數(shù)控車床控制系統(tǒng)的性能，滿足生產(chǎn)加工的需求[4]。為確保數(shù)控車床加工精度得到進(jìn)一步提升，在實(shí)際加工生產(chǎn)中也要對(duì)一些細(xì)微環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格把控，加工生產(chǎn)之前調(diào)試各個(gè)機(jī)械設(shè)備，對(duì)所應(yīng)用的技術(shù)、工藝等開展可行性分析，確保生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備符合標(biāo)準(zhǔn)且足夠穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步操作加工。如當(dāng)?shù)毒吣p嚴(yán)重時(shí)要對(duì)其進(jìn)行更換，零部件松動(dòng)時(shí)要及時(shí)進(jìn)行加固等。另外，為了更快速地找到誤差問題所在，以及掌握誤差補(bǔ)償措施的實(shí)際運(yùn)用效果，按照動(dòng)態(tài)監(jiān)控方式對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行監(jiān)管，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)誤差的及時(shí)處理，從而能夠有效提升數(shù)控車床的加工精度。

3.5 進(jìn)一步提升自動(dòng)編程水平

數(shù)控車床的運(yùn)行是依照提前設(shè)定好的程序而進(jìn)行的，從數(shù)控車床的加工原理可知加工程序的編制非常關(guān)鍵，若程序編制出現(xiàn)失誤則必然會(huì)影響到加工精度，因此為提高數(shù)控車床加工精度則必須重視自動(dòng)編程水平的提升。在加工程序的編制過程中，編程人員要先確定原點(diǎn)位置，按照統(tǒng)一的編程基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)明確原點(diǎn)。在原點(diǎn)確定之后，需進(jìn)一步明確參數(shù)計(jì)算方法，設(shè)置與數(shù)控車床加工處理相符合的計(jì)算方法與程序，以此保障計(jì)算精準(zhǔn)，奠定加工精度的基礎(chǔ)。在加工程序編程過程中也要對(duì)工序進(jìn)行合理安排，結(jié)合實(shí)際需求詳細(xì)分析零件加工的精度標(biāo)準(zhǔn)、剛性要求和變形范圍等，分別按照精加工和粗加工兩種不同處理操作確定適合的比例，并綜合考量加工處理順序。此外，還應(yīng)提高操作人員的綜合技術(shù)能力水平，因數(shù)控車床操作過程中涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，自動(dòng)編程是操作人員必須掌握的能力，因此若想提升其編程水平，保障加工精度，則需定期組織開展對(duì)操作人員、技術(shù)人員的培訓(xùn)，不斷強(qiáng)化操作隊(duì)伍的總體水平，實(shí)現(xiàn)更好的工作協(xié)調(diào)，也有助于加工問題能夠得到及時(shí)解決。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國生產(chǎn)力快速發(fā)展的背景下，數(shù)控車床所起到的作用不容忽視，作為一種創(chuàng)新型的加工技術(shù)，運(yùn)用自動(dòng)化、數(shù)字化的數(shù)控車床開展加工能夠強(qiáng)化生產(chǎn)效果。而因位置誤差、伺服系統(tǒng)、刀具參數(shù)等因素的影響，導(dǎo)致數(shù)控車床的加工質(zhì)量受到影響。因此，生產(chǎn)加工企業(yè)在實(shí)際應(yīng)用數(shù)控車床進(jìn)行加工生產(chǎn)時(shí)應(yīng)積極改進(jìn)其設(shè)計(jì)，科學(xué)修正伺服系統(tǒng)誤差，增強(qiáng)整體性能，并合理選擇給誤差補(bǔ)償方式，以此降低加工過程中誤差的出現(xiàn)概率，提高加工精度并保障生產(chǎn)質(zhì)量，有助于推動(dòng)加工生產(chǎn)領(lǐng)域的穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展。