董劍

（寶鈦集團有限公司，陜西 寶雞 721000）

0 前言

在機械裝備行業(yè)快速發(fā)展的同時，相關(guān)行業(yè)對于機械零部件的精度有了越來越高的需求，作為一種重要的現(xiàn)代機械加工方式，數(shù)控車床加工方式安全、可靠、高效；但其加工精度受到多種因素的影響，會在很大程度上影響機械設(shè)備的整體質(zhì)量。本文對當(dāng)前影響數(shù)控車床加工精度的主要因素進行分析，并結(jié)合企業(yè)對設(shè)備的實際使用情況，提出了提高數(shù)控車床加工精度的具體措施，進而為機械制造行業(yè)的高品質(zhì)發(fā)展提供保障。

1 數(shù)控車床概述

1.1 工作原理

數(shù)控車床集自動控制技術(shù)、電子技術(shù)、計算機技術(shù)、機械制造、傳感測量于一體，是典型的機電一體化產(chǎn)品。運用數(shù)控車床有利于提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短加工時間，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

數(shù)控機床由測量裝置、機床本體、輔助裝置、電氣控制裝置、可編程控制器、驅(qū)動裝置、數(shù)控裝置、輸出裝置組成，具體硬件構(gòu)成如圖1所示。

圖1 數(shù)控車床硬件組成

數(shù)控車床在普通車床的基礎(chǔ)上引進了數(shù)控技術(shù)，借助數(shù)字信號對機床加工及運動過程進行控制，利用數(shù)字化代碼于程序介質(zhì)上記錄刀具移動軌跡等信息，之后輸入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過運算、譯碼后，發(fā)出指令自動控制工件與刀具的運動，最后得到符合要求的零件。

1.2 數(shù)控車床特點

與傳統(tǒng)數(shù)控車床相比，現(xiàn)代數(shù)控車床具有以下5個方面的特點：一是加工精度高，現(xiàn)代數(shù)控車床引入精度控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)車床相比，具備更高的加工穩(wěn)定性與加工精度。二是多坐標(biāo)軸數(shù)控車床能夠完成多軸聯(lián)動加工，數(shù)控車床能夠依據(jù)預(yù)先設(shè)置的指令對結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的零件進行多軸聯(lián)動加工，有效提升了工作效率。三是縮短加工時間，在對零件的規(guī)格或尺寸進行臨時修改時不需要畫圖紙，可直接用于對數(shù)控車床的參數(shù)調(diào)整，減少了修改圖紙的時間。四是具備較高自動化程度，能夠進行機械化自動操作，降低了工作人員的操作強度。五是對操作人員技術(shù)水平要求高，現(xiàn)代數(shù)控車床引進了大量先進技術(shù)，操作過程具有較高的專業(yè)性，同時其維護保養(yǎng)人員也應(yīng)具備相應(yīng)的技術(shù)水平。

2 數(shù)控車床加工精度的主要影響因素分析

2.1 切削車刀規(guī)格及幾何參數(shù)誤差

在進行工件加工的過程中，數(shù)控車床的車刀依據(jù)預(yù)先設(shè)置的程序規(guī)劃走刀路徑，完成車削加工。在車削加工過程中，最重要的是進行圓弧半徑與車刀偏角參數(shù)的設(shè)置，一旦出現(xiàn)誤差，將直接影響工件精度。但是，數(shù)控車床在運行時往往會因軸線尺寸誤差而降低加工精度，導(dǎo)致車刀圓弧半徑隨之變化，進而影響軸向尺寸誤差。

車床的車刀位移長度與軸向尺寸相互影響，車刀幾何參數(shù)與規(guī)格會引發(fā)潛在的軸向尺寸誤差，車刀移動軌跡直接影響位移長度，在對于數(shù)控車床進行調(diào)整時，應(yīng)充分考慮刀尖距、車刀圓弧半徑等細節(jié)參數(shù)。

2.2 電氣伺服系統(tǒng)傳動誤差

在具體進行加工過程中，利用滾珠絲杠和電氣伺服系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對車刀平面移動的控制。在對滾珠絲杠進行驅(qū)動的過程中，伺服電機能夠?qū)ぜ蛙嚨吨g的相對位置進行實時調(diào)整，所以在運行時，絲杠滑臺的傳動誤差也會隨之被伺服系統(tǒng)傳輸給工件與刀具之間的相對位置，致使無法完全依照程序規(guī)劃的軌跡進行刀尖的移動，最終導(dǎo)致數(shù)控車床加工精度被降低。

2.3 逼近誤差與圓整誤差影響

編程零件輪廓利用逼近誤差表示時，利用擬合或近似理念算法，可以在控制精確值的基礎(chǔ)上實現(xiàn)向零件基礎(chǔ)誤差的逼近。當(dāng)精確值較低時，零部件加工精度將會出現(xiàn)誤差。在進行零部件制作過程中，數(shù)控車床的加工應(yīng)用需要預(yù)先進行編程作業(yè)，利用數(shù)學(xué)理論對外形不規(guī)則的零部件的加工作業(yè)進行處理，如針對非圓線性，利用近似原理進行處理，借助直線輪廓取代零部件曲線輪廓。在具體使用過程中，該措施具有較強的實用性，但是完成的零部件的形狀輪廓非常容易出現(xiàn)不能夠與待加工目標(biāo)形狀輪廓重合的情況，出現(xiàn)加工誤差，例如在進行具體加工過程中，圓整誤差即在加工圓弧運動或圓軌跡時，實際數(shù)值與車床預(yù)設(shè)的運動軌跡之間存在的較大誤差［1］。一些數(shù)控車床的刀具的具體運行軌跡是由電機控制的，刀具最小運動距離由步進電機脈沖決定，當(dāng)處于運作狀態(tài)時，如其作業(yè)達到圓整脈沖當(dāng)量值，不可避免地會出現(xiàn)圓整誤差，進而影響部件規(guī)格與尺寸。

2.4 車床熱變形誤差影響

作業(yè)狀態(tài)下的車床會受到不同類型熱源的影響，在車床出現(xiàn)發(fā)熱的狀況時，相關(guān)元件將會受到熱脹冷縮的作用，表現(xiàn)出嚴重的變形，對于程序的有序性產(chǎn)生嚴重阻礙，最終對車床加工精度造成影響。不僅如此，在車床進行切削作業(yè)的過程中，會出現(xiàn)摩擦熱，在同時出現(xiàn)外部溫度變化的情況時，車床元件會出現(xiàn)部位受熱不均的情況，影響機械運轉(zhuǎn)狀態(tài)，同時溫度的變化也會影響到元件的體積大小，進而嚴重影響高精度設(shè)備的生產(chǎn)與制定。除此之外，在元件的體積達不到具體的要求時，有可能出現(xiàn)車刀切削角度偏移、絲杠軸心線傾斜等故障，不能保證后續(xù)待加工零件的精度［2］。

2.5 數(shù)控車床導(dǎo)軌偏移誤差

數(shù)控車床運行時始終存在導(dǎo)軌相對位置偏移誤差，嚴重影響數(shù)控車床加工精度，在進行車削加工操作時，車床導(dǎo)軌會出現(xiàn)無規(guī)則磨損，致使刀尖位置后續(xù)會出現(xiàn)微量偏移，降低最終加工工件的精度。

2.6 程序運行

操作人員在進行作業(yè)過程中如果存在不按規(guī)范操作的情況，也會導(dǎo)致數(shù)控車床導(dǎo)軌偏移誤差，對車削加工質(zhì)量產(chǎn)生影響?，F(xiàn)代數(shù)控車床引進了先進的控制系統(tǒng)，具有較高的規(guī)范性與順序性。在進行操作的過程中，如操作人員的操作順序不合規(guī)、數(shù)據(jù)處理有誤差、程序設(shè)定不科學(xué)等，都會對程序運行的正當(dāng)性造成影響，致使加工精度出現(xiàn)誤差。

3 提高數(shù)控車床加工精度的有效策略

3.1 優(yōu)化數(shù)控車床總體設(shè)計方案

對數(shù)控車床的設(shè)計方案進行優(yōu)化，工程人員與設(shè)計人員應(yīng)該不斷創(chuàng)新數(shù)控車床主機結(jié)構(gòu)，進行精度高、剛度高的零部件的引入，在進行設(shè)計與加工制造時，站在全局的角度對車床進行全面優(yōu)化。優(yōu)化處理數(shù)控車床主軸形變故障，合理控制數(shù)控車床主軸箱系統(tǒng)熱態(tài)性能，適當(dāng)調(diào)整數(shù)控車床重心位置，盡可能地提升數(shù)控車床關(guān)鍵部件的幾何精度與整體結(jié)構(gòu)形態(tài)，使數(shù)控加工的質(zhì)量與精度得到改善。

3.2 改進電氣伺服系統(tǒng)

電氣伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床的關(guān)鍵組成部分，能夠?qū)嚧策\行的有序性與穩(wěn)定性起決定性作用，同時直接影響車床加工精度，影響零部件的加工質(zhì)量。因此，在對于數(shù)控車床加工精度進行改善的過程中，應(yīng)該進行電氣伺服系統(tǒng)準(zhǔn)確性的優(yōu)化，合理提升伺服系統(tǒng)設(shè)備的性能指標(biāo)，具體可對伺服控制單元、伺服進給單元、伺服電機進行改良，同時要關(guān)注伺服控制系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。在借助伺服系統(tǒng)進行圓弧、圓環(huán)等零件的加工時，需要對進給軸進行精確設(shè)計，具體可進行開環(huán)增益的設(shè)計，提升加工零部件輪廓的精度。除此之外，在具體進行作業(yè)的過程中應(yīng)該保持45°的進給軸位置，根據(jù)相關(guān)實踐數(shù)據(jù)可知，該角度可提升零部件精度與質(zhì)量，確保零件符合需求［1］。

3.3 車床導(dǎo)軌影響的改進策略

在實際運行數(shù)控車床過程中，為了盡可能防止由車身導(dǎo)致的精度誤差，在最初設(shè)計階段應(yīng)該對底座和導(dǎo)軌進行優(yōu)化。對于功能需求多的控車床，在進行床身設(shè)計過程中，可將其設(shè)置為斜床身，借助合適的筒型結(jié)構(gòu)，合理控制車床重量，同時對制造工藝進行改進。在保證確切的切削載荷的基礎(chǔ)上，借助筒形結(jié)構(gòu)進一步保障數(shù)控車床的穩(wěn)定性，避免車床在運行過程當(dāng)中出現(xiàn)幾何誤差。在安裝滑動導(dǎo)軌的過程中，不僅要對于零件的加工精度進行明確，還要按照規(guī)范流程進行具體安裝，保障潤滑油填充完善，降低運行過程中的摩擦系數(shù)，提高數(shù)控車床的精度。在選擇導(dǎo)軌時，應(yīng)該注重其實用性，保證導(dǎo)軌的載荷能夠滿足實際生產(chǎn)需求，防止后續(xù)發(fā)生因載荷問題而導(dǎo)致的精度降低［3］。

3.4 細化誤差補償措施

在具體實施誤差補償過程中，需要加強對圓整誤差和逼近誤差的重視。在針對圓整誤差進行控制時，可以借助硬件處理進行防控，同時可以借助軟件處理，提升數(shù)據(jù)處理的精度，盡最大可能防止在實際運行過程中出現(xiàn)不確定因素引發(fā)誤差風(fēng)險。針對逼近誤差的補償，要提升近似算法、擬合思想應(yīng)用的精準(zhǔn)性，通過對零件外輪廓的精確運算，實現(xiàn)零件外輪廓的精準(zhǔn)勾勒，防止出現(xiàn)控制系統(tǒng)的補償誤差。針對需要重復(fù)定位的工藝和工件，在具體數(shù)控加工之前，就應(yīng)該加強誤差測算，提升測算的精確性，防止后續(xù)加工出現(xiàn)誤差。針對于不可避免的誤差，要及時對其進行控制，將誤差在合理范圍內(nèi)，保障加工產(chǎn)品的質(zhì)量。

3.5 嚴格控制溫度

分析上述影響因素可知，數(shù)控車床在加工運行過程中可能會出現(xiàn)溫度的變化，當(dāng)外部環(huán)境也同時發(fā)生變化時，會對數(shù)控車床加工精度產(chǎn)生影響，因此相關(guān)人員也要加強對車間溫度因素的重視，嚴格把控車間溫度，對車床運行環(huán)境進行整體改善，避免在加工過程中出現(xiàn)溫度過高或過低的狀況，防止設(shè)備在運行過程當(dāng)中因熱脹冷縮作用出現(xiàn)設(shè)備變形。針對無法防止的溫度升高狀況，如摩擦生熱等，可借助冷卻回路加強對溫度差的控制，降低熱量的形成，保障數(shù)控車床的運行環(huán)境溫度。

3.6 合理減少刀具偏差

刀具是數(shù)控車床在具體進行零件加工過程中經(jīng)常會使用到的部件，刀具通常具有刀尖圓弧或偏圓角的特性，在進行加工作業(yè)時極易出現(xiàn)誤差。因此，在進行零件加工時，應(yīng)該合理優(yōu)化刀具，降低因刀具問題引發(fā)的零件不合格情況。首先，需要對于刀具的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整優(yōu)化，工作人員應(yīng)該根據(jù)以往工作經(jīng)驗全面了解刀具存在的缺陷，有針對性地對于刀具進行調(diào)整。其次，由于數(shù)控車床具備較高的自動化水平，因此在進行具體刀具優(yōu)化的過程中，應(yīng)該依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對全部道具進行規(guī)劃設(shè)計，對車床使用的刀具庫的全部刀具進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整，防止在加工過程中出現(xiàn)刀具加工誤差［3］。此外，需要精確計算在作業(yè)過程中因刀具問題而導(dǎo)致的誤差，依據(jù)實際計算結(jié)果進行刀具的調(diào)整，在具體作業(yè)過程中根據(jù)實際運轉(zhuǎn)情況進行修正，保障數(shù)控車床加工零件的精度。

3.7 提高人員操作技術(shù)水平

現(xiàn)代數(shù)控車床具備較高的技術(shù)水平，操作較為復(fù)雜，對于操作人員具有較高的專業(yè)技術(shù)水平要求，一旦在閱讀圖紙或編程時出現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)牟僮?，將會嚴重影響?shù)控車床加工精度。在對相關(guān)操作人員的專業(yè)技術(shù)水平和實際操作能力進行提升時，可以聘請專業(yè)人才采用培訓(xùn)方式，提升數(shù)控車床管理者和操作者的能力。在進行車床操作時需要操作人員編程和了解圖紙，所以相關(guān)人員必須具備較高的數(shù)控機床編程能力和機械圖紙閱讀能力。除此之外，管理人員應(yīng)具備較高的管理能力、良好的協(xié)調(diào)及溝通能力，確保在后續(xù)操作過程中面對突發(fā)狀況時能夠及時進行協(xié)調(diào)解決。此外，企業(yè)不能忽視對于內(nèi)部原有員工的培養(yǎng)，加強對現(xiàn)有操作人員和技術(shù)人員的考核與培訓(xùn)，制定明確的賞罰制度，獎勵操作能力強的員工，激勵其不斷學(xué)習(xí)，對于操作不合格且不改正的員工給予處罰，提升操作人員對數(shù)控車床專業(yè)技術(shù)的重視程度，激發(fā)員工自覺學(xué)習(xí)。

數(shù)控車床具備較高的自動化水平，其操作依賴于預(yù)先編寫的程序，加工精度受數(shù)據(jù)編程的影響。員工在進行編程的過程中，應(yīng)該精確定位原點位置，在進行程序編制時要嚴格遵循工藝基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)、編程基準(zhǔn)原則，依據(jù)圖紙基準(zhǔn)進行編程原點的設(shè)置。在對數(shù)據(jù)進行運算時，必須保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，合理安排具體工序，防止加工過程中出現(xiàn)誤差。在進行工序編制過程中，全面分析毛坯變形、剛性、零件加工需求等要素，確定粗加工和精加工的比例與順序。

4 結(jié)論

隨著數(shù)控車床技術(shù)的提升，其在機械行業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床具備加工精度高、自動化程度高、多軸聯(lián)動等優(yōu)勢，但在進行零件加工中依舊存在誤差，相關(guān)企業(yè)應(yīng)加強對數(shù)控車床加工精度影響因素的分析，提高良品率，降低廢品率。在數(shù)控車床技術(shù)快速發(fā)展的同時，應(yīng)加大技術(shù)投入，使企業(yè)在同行業(yè)中具有競爭優(yōu)勢。