數控車床的加工精度影響因素探析

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摘要：數控車床因為其高精度和高柔性化的零件制造模式能較好地兼顧生產效率與零件加工質量，所以在現代機械制造行業之中已經得到相當廣泛的應用。但在實際生產中，由于數控車床的系統誤差與加工人員的不規范操作，加工精度難以精確控制，導致零件良品率偏低。基于這一近況，本文從數控車床的組成與加工流程出發，闡述影響數控車床加工精度的因素，并從數控車床系統、零件制造工藝和人員勞務角度提出一些提升加工精度的方法。

關鍵詞：數控車床；加工精度；提升方法

0引言

現代化數控車床一般由輸入/輸出裝置、數控裝置、伺服裝置、檢測和反饋裝置等部分組成。數控車床的工作流程：①操作者根據數控車床的編程方法編制成加工程序，加工程序要體現被加工零件的工藝信息和零件的幾何信息；②將加工程序輸入數控車床，檢查程序的可執行性；③數控車床根據加工程序生成刀具路徑，以電信號傳遞至輸入裝置；④由輸入裝置送往數控裝置，數控裝置接收處理運算程序后，按照XZ等各坐標軸的分量將信息傳輸給伺服裝置，伺服裝置中的伺服電機帶動車床的整體運動，使得刀具等其他裝置和輔助裝置按照加工程序，加工出零件。綜上所述，數控車床在機械制造流程中有數控車床和操作者兩大基礎要素，因此解決數控車床的加工精度控制問題也應從這兩大基礎要素著手。

1數控車床加工精度的主要影響因素

1.1刀具參數的影響數控車床中的刀具體系是數控

車床的主要組成部分。為了適應快速加工的相關要求，數控車床經常使用自動換刀系統進行工件表面的加工。數控車床加工過程中，車刀的規格、參數和特性影響著數控車床使用性能，進而決定著精密零部件的加工水平。針對目前部分車間出現刀具使用規格不標準的情況，可對傳統車削加工方式進行調整，促使加工條件滿足最新要求。[1]例如，在數控車床使用車刀進行加工的過程中，經常出現因為操作人員對于控制數控車床加工精度的技能不熟練而導致圓弧半徑偏差和車刀主偏角隨著加工次數的增加而導致偏差不斷擴大的問題。如果數控車床的操作人員不能及時地了解加工所用刀具的主偏角和圓弧半徑的變化狀況，并且對加工程序進行相對應的修正，使得加工出的工件表面較為粗糙，將導致加工零件無法達到圖紙的相關要求。因此，在數控車床的使用過程中需要學會使用合適的刀具和程序進行工件的加工。

1.2伺服系統的影響伺服系統實現了數控車床與機

床本體間的電傳動，同時伺服系統也是數控車床的執行部分。伺服系統包括了驅動機構和執行機構兩大機構，伺服系統的工作原理是將數控裝置輸入車床的脈沖信號經過放大驅動車床的執行機構完成相應的加工指令。在實際加工的過程中，操作人員需要使用伺服系統完成從毛坯到零件的這一關鍵性轉變。由于伺服系統對于傳動系統中的滾珠絲杠具有驅動能力，操作人員如果不能及時對該因素進行合理控制，滾珠絲杠將因為發生間隙偏差而影響加工精度。

1.3圓整誤差的影響

圓整誤差指的是在數據處理時，將工件的坐標值四舍五入圓整成整數脈沖當量值而發生的誤差。脈沖當量是指每個單位脈沖對應坐標軸的位移量，普通等級數控車床的脈沖當量要大于精密級別的數控車床。價格較低的數控車床通常會采用步進電機進行控制，當對零件的尺寸進行實際控制時，只能夠圓整到脈沖當量，圓整誤差對于數控車床的加工精度將會造成不利影響，需要采取相對應的誤差來減小圓整誤差。

1.4編程誤差的影響

在進行數控車床的加工過程中，需要根據車床的實際情況進行合理的編程，根據圖紙在數控機床上進行編程時，會存在編程誤差，這主要是由于數控機床內部的數學邏輯問題導致的，對于這種編程誤差通常采用插值法或者直接提高數控車床的分辨率，從而降低誤差，提高精度。[2]1.5數控車床導軌的影響在實際生產過程中，數控車床所承擔的加工任務往往較為繁重，因此導軌精度對于數控車床的工件加工同樣有著很大的影響，隨著數控車床使用次數的不斷增加，數控車床的導軌將不可避免的產生自然磨損。倘若不對數控車床磨損嚴重的部件及時進行更換，將嚴重影響到數控車床的加工質量。因此數控車床的操作人員在使用數控車床之前應該認真檢查車床的部件情況，在重視加工速度的同時更要重視加工精度。

2提高加工精度的方法

2.1降低數控車床的刀具誤差

根據不同的加工要求，在加工過程中往往會使用多種刀具，例如常見的刀具種類有外圓刀、螺紋刀、切槽刀、鉆孔等，不同加工刀具的使用勢必會對工件的加工精度造成一定的影響。在實際加工之中需要采用刀具半徑補償措施，才能有效提高加工精度。為了減少車刀的刀尖圓弧半徑、主偏角等對加工精度的影響，在編程時可以加入誤差補償和處理代碼，優化數控車削程序來減少累積誤差[3]。同時可以根據生產車間的加工情況建立一份專門的刀具使用管理辦法，對于刀具的使用實現一刀一制、專人專管。數控車床在經過長時間的運行之后，對于使用磨損較大的刀具和刀架及時進行更換，避免產生加工誤差。同時針對不同的工件選擇不同的刀具和切削方法，有效提高加工精度。

2.2解決伺服系統誤差的措施

伺服系統對于數控車床的加工起到了舉足輕重的作用，由此我們必須重視由于伺服系統所帶來的加工誤差。伺服系統不僅會對數控車床的加工精度產生影響，同時也會影響到加工完成的產品質量。在條件允許的情況下，應當為伺服系統配置高性能的組件，例如配備一些性能較好的驅動系統等。這一措施可以減少伺服系統對于數控車床加工精度所產生的影響。同時在使用數控車床的加工過程中，對于伺服系統的相關參數及時進行調整由此減小伺服系統帶來的加工誤差。對于伺服系統的控制措施主要有以下3點：①在使用數控車床對工件進行單軸直線加工時，伺服系統的速度誤差只會導致工件的加工完成到達停止的時間有所延遲，并不會對工件的加工精度產生影響。②在車削加工的過程中，伺服系統經常被用來進行圓環或圓弧形的加工；在加工過程中對于伺服系統應當采用開環增益，不同位置的開環增益不同將對加工精度造成不良影響，同時進給軸的不同位置需要開環增益相同。③通過對于數控車床進給軸角度的反復測試，可以得出位于45度的位置時加工完成效果最好。

2.3誤差補償法

在數控車床的實際使用過程中，誤差補償法經常會被用來減少圓整誤差和編進誤差對于產品質量所產生的影響。誤差補償法是通過在對工件進行實際性的加工之前，考慮可能會存在的誤差影響因素，提前采取手段消除在實際加工中可能會存在的不確定性因素。常見的誤差補償法主要是通過數控車床的控制系統進行誤差控制，同時也需要考慮工件的具體情況采取具體的誤差補償方法。例如，在數控車床采用半閉環伺服系統實際加工過程中，經常會出現反向偏差的問題，對于反向偏差這一類問題，需要采取相關的誤差補償措施，減少對定位精度造成的不良影響。同時也可以采用偏差補償的方法消除其對于零件加工精度的不利影響。在保證車床低速單向定位的基礎上進行插補加工，反向問題是考慮的重點內容，在把握好間隙值以后進行適當的插補處理，進而提高零件加工的精度。[4]

2.4優化整體結構設計

數控車床作為零件加工的重要主體，因為其設計的優化程度關系到各環節零部件加工情況，所以利用創新設計主機結構、引進高質量部件、優化各生產環節等措施都能對加強數控車床零件加工工作起到重要作用。[5]目前國內使用的大部分數控車床都是國內自主研發制造完成的，設計人員在進行數控車床的相關設計時需要考慮進一步優化數控車床的整體結構，同時充分考慮數控車床在實際生產過程中可能會出現的各種誤差，例如車床的導軌精度等，對誤差提前進行針對性的設計。同時可以結合別國先進的數控車床設計理念，將設計方案轉化成實際的生產力，從而有效提高數控車床的加工精度。

2.5選擇合適的加工工藝與流程

數控車床的操作人員同樣需要在加工零件時選擇合適的加工工藝與流程，例如在加工零件的過程中有時候會存在空程過多的情況，這時候需要加工人員根據加工需求編制合適的加工程序。如果數控車床的加工工藝與流程不符合加工的相關要求，那么最后加工完成所得到的工件精度同樣會無法滿足相關要求。加工人員需要根據零件的精度要求選擇最為合適的加工方案有效提升工件的精度，并且將科學合理加工思想一以貫之。

2.6加強設備日常管理與員工培訓

對于數控車床的加工操作，企業需要根據自身的實際情況和未來發展規劃制定合理可行的數控車床加工日常管理辦法，將加工操作具體化制度化。企業需要安排專人負責加工質量的監管工作，同時在日常工作過程中及時發現問題解決問題，一切從提高工件的加工精度出發。對于員工上崗之前需要進行數控車床的系統化培訓，不僅僅是理論部分的培訓同時需要進行實際操作方面的培訓。此外，目前常見的數控車床軟件有CAM、UNIG等，這些程序的熟練使用將有效提高加工精度。企業需要定期定時組織員工進行培訓，提高員工的職業素養同時也是提升產品質量的有效手段。

3結語

影響數控車床加工精度的核心要素在于數控車床與操作者的交互，數控車床系統性能限制了操作者的加工鄰域與操作上限，操作者憑借經驗與感知調整數控機床的設置參數以保證數控機床的加工質量。采用性能優良的數控車床甚至是某個核心部件、應用工藝性良好的加工方法，提高操作者職業素養將顯著提升數控車床加工精度的控制能力，進而保障零件的加工質量。控制好數控車床加工精度是充分發揮數控車床在機械制造領域的高精度、高柔性化和智能化的關鍵命題，解決數控車床加工精度問題將推動中國機械制造向世界先進水平發展。

參考文獻：

[1]時小廣.數控車床加工精度的影響因素及提高措施研究[J].科技與創新，2020（19）：128-129，131.

[2]鄧柏祥.數控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內燃機與配件，2020（13）：62-63.

[3]曾凡柏，徐志鵬．數控車床加工精度的影響因素分析及對策[J].南方農機，2019，50（3）：47.

[4]李明星.基于數控車床加工精度的影響因素分析及應對策略探究[J].冶金與材料，2020，40（4）：41.

[5]李婷.數控車床加工精度的影響因素與控制策略[J].南方農機，2020，51（18）：154-155.

作者:童敘豪 蔡嘉賓 單位:湖州師范學院