基于數(shù)控車床加工精度的影響因素分析及應(yīng)對策略探究
2019-4-28 來源：淮北工業(yè)與藝術(shù)學(xué)校 作者：顧宏
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，越來越多的先進(jìn)技術(shù)和工藝應(yīng)用到加工生產(chǎn)領(lǐng)域，促使生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量得到顯著提升。數(shù)控車床作為一種前沿的加工技術(shù)，具有較高的加工水平和精度水平，對工件質(zhì)量和性能具有決定性的影響。數(shù)控車床可通過計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，自動化水平較高，以其獨(dú)特的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用在機(jī)械加工領(lǐng)域。但是，數(shù)控車床加工工藝繁瑣，很容易受到客觀因素影響，為機(jī)械加工埋下質(zhì)量隱患。本文就數(shù)控車床加工精度的影響因素進(jìn)行深層次探究，從多種角度來提出有效對策，以求保證加工質(zhì)量和精準(zhǔn)度，以求推動機(jī)械加工領(lǐng)域的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工精度；影響因素；自動化控制
引言
數(shù)控車床作為一種先進(jìn)的加工設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。數(shù)控車床加工中，對于產(chǎn)品質(zhì)量的精度控制十分關(guān)鍵，尤其是自動化技術(shù)的應(yīng)用，較之傳統(tǒng)的加工技術(shù)而言優(yōu)勢較為突出，對新時期的數(shù)控車床加工精度提出了新的要求。在數(shù)控車床加工中，編程精度、伺服精度和插補(bǔ)精度直接關(guān)乎加工精準(zhǔn)度。此外，數(shù)控車床在生產(chǎn)加工中，還會受到環(huán)境、制造和材料等多種因素的影響，車床施工偏差如果不能得到有效的控制，將直接影響到零件加工質(zhì)量和精度，還有待進(jìn)一步完善。
1、數(shù)控車床的工作原理
數(shù)控車床作為一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中集合了眾多的現(xiàn)代化技術(shù)，有助于提升加工生產(chǎn)效率和精準(zhǔn)度。普通車床在零件加工中，操作者需要結(jié)合施工圖紙來改變工件運(yùn)動軌跡，新時期對工件的加工提出了更高的要求。在數(shù)控車床加工零件中，需要充分把握工藝參數(shù)和加工流程，通過數(shù)控語言編制加工流程，向伺服系統(tǒng)發(fā)布指令，實(shí)現(xiàn)零部件的自動化加工和制造。
2、數(shù)控車床加工精度的影響因素
數(shù)控車床加工過程中，影響因素較為多樣，而伺服控制方法和精度高低，將在很大程度上影響數(shù)控車床加工精度，為后續(xù)的零件加工埋下安全隱患。就數(shù)控車床加工精度來看，影響因素主要包括以下幾個方面：①車床幾何誤差；②車刀幾何參數(shù)誤差；③車床熱變形誤差；④伺服進(jìn)給系統(tǒng)誤差；⑤刀具磨損誤差。
就這些車床加工精度影響因素來看，伺服進(jìn)給系統(tǒng)誤差和車刀幾何參數(shù)誤差是常見的因素，在一定程度上影響著部件的加工質(zhì)量。當(dāng)前我國的數(shù)控車床加工中，主要是通過伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠來控制加工位置，而滾珠絲杠的傳動誤差，則是影響數(shù)控車床定位精度的主要因素之一。縱觀當(dāng)前我國的數(shù)控車床現(xiàn)狀，主要是以閉環(huán)控制系統(tǒng)為主。在實(shí)際作業(yè)中，如果伺服電機(jī)絲杠反方向運(yùn)動，不僅會影響到零件加工精度，還會由于空隙的出現(xiàn)導(dǎo)致數(shù)控車床空轉(zhuǎn)，而這種誤差很難避免[3]。受到外部作用力的影響，運(yùn)動部件可能出現(xiàn)彈性變形現(xiàn)象，加劇數(shù)控車床誤差問題的嚴(yán)重程度，無法有效控制數(shù)控車床加工精準(zhǔn)度。
數(shù)控車床在零件加工中，車刀在預(yù)設(shè)的運(yùn)動軌跡來切割零件。由于車刀的偏角和圓弧半徑，在加工零件時會出現(xiàn)一定的尺寸偏差，而軸向尺寸變化量隨著圓弧半徑的增加而增加。所以，在零件加工中，軸向位移長度的變化取決于軸向尺寸的調(diào)整。在數(shù)控車床的零件加工中，需要綜合分析軸向尺寸和位移長度，優(yōu)化編制加工流程。需要注意的是，刀尖距、圓弧半徑和零件中心高等參數(shù)，將直接影響到零件加工精準(zhǔn)度，而數(shù)控車床的使用壽命同樣取決于對這些參數(shù)的把握，其重要性不言而喻。
3、提升數(shù)控車床加工精度的有效措施
（1）優(yōu)化數(shù)控車床的總體設(shè)計
在數(shù)控車床總體設(shè)計中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇合理的生產(chǎn)策略，提升數(shù)控車床制造效率和精準(zhǔn)度。從當(dāng)前我國數(shù)控車床制造企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，主要是通過自行設(shè)計主機(jī)結(jié)構(gòu)，外購關(guān)鍵的功能部件，這樣不僅可以提升加工質(zhì)量，還可以有效減少加工成本。與此同時，數(shù)控車床總體設(shè)計中需要保證變形應(yīng)力均勻分配到每個部件上，這樣可以避免出現(xiàn)剛度薄弱部件，改善車床變形問題.。
對于數(shù)控車床結(jié)構(gòu)重心的調(diào)整，可以根據(jù)實(shí)際要求適當(dāng)?shù)慕档椭匦母叨龋诓挥绊懙綌?shù)控車床制造質(zhì)量的同時，還可以增加擺動模態(tài)頻率。在保證結(jié)構(gòu)剛度基礎(chǔ)上，盡可能減小結(jié)構(gòu)材料用量，有效控制機(jī)床重心。為了可以有效提升數(shù)控車床加工精度，通過對主軸系統(tǒng)熱態(tài)特性優(yōu)化設(shè)計，有助于改善傳統(tǒng)工藝中的缺陷和不足，提升主軸系統(tǒng)設(shè)計合理性，盡可能改善主軸漂移現(xiàn)象，將誤差控制在合理范圍內(nèi)。
（2）提升車床導(dǎo)軌幾何精度
數(shù)控機(jī)床在制造中，應(yīng)該對床身導(dǎo)軌幾何精度進(jìn)一步優(yōu)化，明確高精度發(fā)展目標(biāo)，優(yōu)化車床身底座和導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于全功能數(shù)控車床，可以選擇斜床身形式進(jìn)行設(shè)計，通過封閉式筒形結(jié)構(gòu)，這樣可以減輕自重，優(yōu)化制造工藝。通過筒形結(jié)構(gòu)，促使數(shù)控機(jī)床在切削負(fù)荷下，提升床身抗彎強(qiáng)度和剛度，獲得可觀的幾何精準(zhǔn)度。通常情況下，需要綜合考慮移動速度，盡可能選擇負(fù)載能力較強(qiáng)的導(dǎo)軌，優(yōu)化數(shù)控車床加工工藝。此外，在高負(fù)荷切削條件下，提升數(shù)控車床精度，可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇鑲鋼滑動導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)。將注塑材料用螺栓安裝在鋼導(dǎo)軌上，有助于改善鋼導(dǎo)軌和底座導(dǎo)軌的間隙，優(yōu)化工藝中的缺陷和不足，提升導(dǎo)軌加工精度，為后續(xù)加工質(zhì)量提供堅實(shí)保障。
（3）誤差補(bǔ)償法誤差補(bǔ)償法
作為一種有效的系統(tǒng)補(bǔ)償手段，可以將數(shù)控車床零件加工誤差控制在合理范圍內(nèi)，通過誤差補(bǔ)償來提升加工精度。通過現(xiàn)代化技術(shù)，在降低數(shù)控車床加工偏差的同時，還可以獲得高質(zhì)量和高精度的零件。采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控車床，受到反向偏差影響，車床重復(fù)定位精度誤差難以得到有效控制，影響到加工零件的精度和質(zhì)量。基于此，通過誤差補(bǔ)償法，可以將零件加工誤差控制在合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對零件加工誤差的有效補(bǔ)償。就當(dāng)前數(shù)控車床定位誤差來看，大多數(shù)保持在0.02 mm左右，不具備補(bǔ)償功能，借助對應(yīng)硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)工具的準(zhǔn)確定位，盡可能消除其中存在的間隙。
在不影響數(shù)控車床低速單向定位的同時，有效對數(shù)控車床插補(bǔ)加工。而在這個過程中，對于反向問題，可以在確定間隙值的基礎(chǔ)上插補(bǔ)處理，以此來滿足零件加工需要。對于其他的數(shù)控車床，可以通過內(nèi)置多個地址，用于數(shù)據(jù)的存儲，實(shí)現(xiàn)軸反向間隙存儲和補(bǔ)償。改變車床軸運(yùn)動方向，可以獲取反向間隙值，有效補(bǔ)償坐標(biāo)位移，將偏差控制在合理范圍內(nèi)，提升工件加工精度，為后續(xù)的加工活動打下堅實(shí)基礎(chǔ)。
（4）誤差防止法
誤差防止法是一種有效的預(yù)防方法，并非是對誤差的治理，而是通過預(yù)防來避免誤差的出現(xiàn)，或是將其控制在合理范圍內(nèi)。通過對機(jī)床的優(yōu)化設(shè)計，綜合分析可能出現(xiàn)的誤差問題，盡可能將誤差控制在合理范圍內(nèi)。諸如，根據(jù)加工需要來提升車床零部件的加工精度，對現(xiàn)有車床結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，為后續(xù)的零件加工精度和剛度提供支持。此外，還可以對加工環(huán)境有效控制，優(yōu)化加工工藝。但是需要注意的是，誤差防止法同樣存在一定的缺陷和不足，過分的提升數(shù)控車床精度，不僅會影響到產(chǎn)品質(zhì)量，還會增加加工成本，不利于企業(yè)的長遠(yuǎn)生存和發(fā)展。
4、結(jié)論
綜上所述，數(shù)控車床在生產(chǎn)加工中，還會受到環(huán)境、制造和材料等多種因素影響，如果未能有效控制車床施工偏差，將影響零件加工質(zhì)量。因此，需要選擇合理范圍，對現(xiàn)有工藝進(jìn)一步優(yōu)化，改善其中存在的缺陷和不足，提升數(shù)控車床加工精度。
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