数控车床加工精度的影响因素及提高方法分析
2022-7-5 来源： 江苏财经职业技术学院 作者：冯锋
摘要： 在我国，数控车床的使用率极高，且对加工精度的要求也非常高。数控车床是我国机械制造行业中比较具有代表性的应用产品。然而，在数控车床的工件加工使用过程中，受多种因素的影响，其生产的效率和加工的质量方面出现了各种问题。本文以数控机床为基础，首先分析了影响其加工精度的潜在原因，然后针对性的探讨了提高数控车床精度的有效技术措施。希望这些措施的应用，能够为相关工件加工质量的提高作出有价值的贡献，同时也能够更好的促进我国机械加工行业的长远发展。
关键词： 数控车床；工件；加工精度；影响因素；提高方法
0 引言
目前，在当代机械工业生产中，数控车床工艺因其表现出众而获得了广大用户的认可。与此同时，用户的需求日益提高，对工件的加工精度要求也越来越高。尤其是近几年科技兴起后，带动了高精密仪器制造技术的大量工业化生产，也引发了大量的数控车床加工误差问题。这些问题的出现，向数控车床技术的应用发出了更大的挑战。
在机械生产中不可避免的问题是误差，而误差的有效解决（或减小）是数控加工的重点技术工作之一。因为数控加工过程中的很多因素都能够引起误差，直接影响到加工部件的精度和质量。所以，必须根据机械加工的实际要求，对影响因素进行有效分析的同时，采取一定的措施来控制误差，从而提高数控车床工件的加工精度。
1 、数控车床概念简述
1.1 数控车床常见分类及结构
市场经济的兴起带动数控车床加工技术的广泛应用，该技术按照控制原理的不同可以分为 3 大类，分别为：①普通数控车床加工；②点位控制数控车床加工；③其他数控车床加工。
在具体的机械加工应用中，数控加工技术一般用于复杂的、高质量要求的成型设计，该技术能够实现用户对高标准工件的加工要求。一般的数控车床由以下几部分组成，分别为：
①车床控制系统，也称之为配置加工机器，主要用来控制车床；
②车床伺服驱动系统，主要完成驱动工作，数控机床通过工人控制完成工件制作的驱动操作；
③辅助加工系统，为数控支撑加工提供数学计算、绘图等辅助功能；
④车床数控编程系统，用来控制控车床的软件应用体系或代码，该系统的应用可以方便工件的自动化加工。
1.2 性能指标及特点
数控车床固有的特性，使得它更加适用于加工复杂工件和某些特殊零配件，其特有的性能指标能够让工件实现自动（半自动）化处理加工，从而有效提高工件的加工效率。同时，因为自动化技术的应用，使得数控车床的内部体系结构更为复杂，一旦出现问题，维修和维护的困难系数都偏高，需要由专业人员进行相关操作。
数控车床的控制是通过数控编程来完成的，编程系统能够设定具体的车床加工工作步骤，是数控车床的关键性特征之一。
数控编程技术采用伺服系统（多为机器语言）语言装置进行工件驱动工作，由工人根据车床系统的提示信息进行操作与加工，使工人从繁重的手工劳动中解放出来，大大提高了加工的效率与质量的同时，也简化了工作人员的工作内容与强度。
但是，数控车床能够提高工件加工精度的同时，对投资成本的要求也加大了许多。越是精度系数和质量要求高的工件，其加工过程中使用的数控车床应用系统就越复杂，对技术人员和操作人员的专业性要求也就越强。简单来说，工件质量和数控加工成本是成正比的。
2 、影响数控车床精度的因素
人们对生活需求的提高，使得机械工业对工件或是工艺品的需求变高。各行各业的发展过程中，都离不开零部件的使用与更新。在实际应用过程中，数控车床采用数字及文字来控制零部件的精密加工，在有效降低手工制造出现的误差和失误的负面影响下，能够减少误差系数，加大产品的加工精度。数控车床的具体操作步骤如图 1 所示。
图 1 数控车床的操作步骤
但对于某类单一小批量工件的（半自动化）自动化加工，因为其工件形状复杂、精度系数要求高，使得加工效果不理想，在精度及工艺方面还有很大的提升空间。影响数控车床加工精度的主要因素有以下几点：
2.1 伺服因素的影响
伺服系统在数控车床加工操作中，主要承担数控车床稳定运转操作的工作，在该系统的运作下，数控车床提供机械动力，并发挥协调控制功能。操作过程中，如果操作人员驱动系统时出现速度误差，就会引起传动误差和其他一系列问题，导致加工精度产生误差，影响最终的工件质量。
2.2 导轨误差的影响
数控车床的很多工作都是在导轨上进行的，因此在工具放入导轨的过程中，必须准确确认各个部件的最理想位置。如果在车床机械加工中发现导轨磨损，或是操作人员控制轨道失误，都会引起导轨误差，给工件的质量造成不良的影响。
2.3 刀具参数的影响
数控车床加工任何部件都离不开车刀，但在车刀进行切削时，很多随机问题会产生。如：
①车刀主偏角问题，当主偏角位置偏移或是主偏角偏小，都会直接影响加工工件的精度系数。②刀尖外削问题，当对工件进行外圆车削时，对刀具有更高的要求；一旦圆弧车刀有细微偏差，都会直接影响工件的加工精度系数。对车削程序进行合理的编写，并认真分析刀具轴线的偏差进而修正刀具的位置。数控车床的车刀的刀尖存在圆弧半径，还存在主偏角和工件之间高度差的问题，也会对数控车床的加工精度造成一定的影响。基于此，加工工件过程中必须对刀具的相关参数进行综合参考，在编程时把误差问题考虑到其中，从参数因素上减小潜在误差的发生
。
2.4 逼近误差和圆整误差的影响
所谓逼近误差，指的是机械控件编程时，采用数学近似算法，经过精确值的控制来逼近零件的基础误差，一旦精确值过低，则会影响工件的精度。所谓圆整误差，指的是在经济型步进电机数控车床加工中，通过步进脉冲有效控制加工零部件的直线位移量，其中脉冲当量是产品规格的最小单位，直接影响数控车床工件的加工精度。
当数控车床工件处于工作状态时，当操作到圆整脉冲当量值时，就会无法避免的产生圆整误差。该误差量直接影响加工部件的尺寸和规格。
3 、应对策略的探讨
影响数控车床加工精度的因素有很多，但是在数控车床加工过程中，不能被这些影响因素所左右，逆来顺受。必须要找出相应的应对策略，针对可能出现的因素进行应对处理，从而更有效的降低误差值，提高工件生产的精度。
3.1 伺服偏差的控制
对于数控车床来说，伺服系统的作用最为重要，如果想降低车床加工工件的误差，减少车床自身带来的负面影响，那么就需要高度重视伺服系统的实际应用。为伺服系统搭配高性能低功耗的驱动装置，能够有效的优化车床系统参数。同时，在车削加工过程中，针对直线工件的物理特性抑制速度误差，能够减少速度滞后带来的一系列问题；针对圆弧加工设置开环增益功能，提高圆弧工件的轮廓加工精度。
3.2 数控车床性能控制
机械技术的迅速发展，给数控车床带来了非常大的影响，近年来数控车床的加工质量及效益都得到了明显的提升。同时，数控车床的性能问题也得到了越来越多专业人士的关注。如何能够有效提高数控车床的性能，成为专家们日常探讨的问题之一。通常来说，出于提高车床的自身能方面考虑，可以采用斜床造型来有效提高其抗弯扭能力。
采用的标准化系数高的车刀刀具进行切割，并且为车床配备自动换刀功能，能够有效的优化车削效果，提高零部件的车削精度水平。以数控车床某轴类零件的具体加工为例，在零件进行粗加工之前，预留 1mm 刀补控制。然后，采取 2 次车床车削加工处理，第一次径向进给量设置0.5mm，进行一次细加工，一次细加工完成后，还有 0.5mm的刀补，此时即可进行二次深加工，从而有效提高产品的精度。
经过实践操作表明，从粗加工到一次细加工、二次细加工，通过三次加工的方式，能够有效控制轴类工件的精度误差。
3.3 误差补偿控制
在进行数控加工时，考虑到逼近误差对产品误差率的影响，通过对控制系统进行升级，采用数学计算公式及原理勾勒工件廓形，提高精度系数，减少逼近误差，从而保障工件在进行不规则加工处理时，提高工件的质量和精度系数。对圆整误差的控制，可以通过硬件处理进行前期预防，也可通过软件处理弥补误差的精度值，尽量消除实际操作中的不确定因素影响。
针对需要重复定位的工件或工艺，需要在数控加工之前，进行有效的测量误差测算，尽量降低测量误差，从而为深度精细加工提供更准确的计算量，方便后期对工件误差精度范围的掌控，有效提高元件生产效率及精度
。
3.4 车床的维修与维护
数控车床对加工精度的要求极高，所以在工作过程中要做到对车床进行实时监控，一旦出现故障提示必须马上进行处理，调整并优化加工相关工作数据的安全系数，并根据反馈的错误信息，进行控制端定点控制与管理。在修复导轨精度的时候，使用环保导轨涂层来提高车床导轨的耐用性能，减少因导轨物理因素引起的误差。
同时也可以在系统的维护过程中，提高车床的测量加工定位精度，减小切削精度对工件质量的一系列影响。
4 、结束语
数控车床在进行工件加工过程中，影响加工精度的原因种类有多种，并且因为其影响程度不同，产生的误差效果也不一样。所以，操作人员必须要根据具体原因进行分析，并以数控车床为基础，采用伺服偏差控制、性能控制及误差补偿控制等方式来完善工件的加工质量，同时定时对车床进行维修与维护，排除潜在问题危机的影响，提高数控车床的整体性能和精度比，从而有效保障机械工件的加工精度和质量，促进我国数控车床技术发展水平的进一步提高。
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