数控车床加工精度的影响因素及提高策略

张朝国

摘要：工业化改革促使科技不断进步，机械制造业在发展中获得数控技术的支持，结合数控车床提高生产效率，随着数控技术的广泛应用，使高端精密制造技术不断进步。实际工况下由于生产条件等多方面影响，使得产品状况与理论情形存在差距，为确保生产加工零件质量，了解数控车床加工精度影响因素，制定合理的改进对策非常关键。通过介绍数控车床构成，提出数控车床加工精度提高对策，推动我国制造业不断发展。

关键词：数控车床;加工精度;影响因素

引言：

随着社会需求多样化发展，机械制造业经历向多品种生产方式发展。网络化、智能化、全球化成为先进制造技术发展的主流。数控加工技术凭借其加工精度高、可重复性高、可一机多用等特点改良零件加工条件。数控车床加工设备在机械制造中得到广泛应用，创造巨大的社会经济效益。数控车床加工中精度控制对产品品质有重要影响，生产自动化技术发展，对数控车床加工精度提出了更高的要求。数控车床加工精度由编程精度等因素决定，数控车床加工精度受到材料等诸多因素影响，每个因素可能成为影响车床加工误差主要原因，提高数控车床加工精度需要分析各影响因素，掌握数控车床操作中的技巧。

1.数控加工精度控制概述

数控车床是机电一体化产品，是集自动控制技术、计算机信息技术等于一体的高效率、高柔性的现代机械加工设备，由机械本体、伺服驱动装置、检测与反馈装置及输入输出部分组成，普通车床加工零件时根据零件图纸要求，改变刀具与工件运动轨迹，数控车床加工零件将加工顺序与车床运动要求用数控语言编制出加工程序，由伺服系统运动完成零件加工【1】。

科技的迅猛发展造成产品更新加速，产业高投入是与可持续发展战略相悖的，人類经济水平不断进步，各行业对产品各方面质量要求提高，数控设备显露出其高精度等优势，由于技术水平等因素影响，生产加工中得到效果与预期存在差距。机械零件切削加工中难以实现高精度加工。人类进入21世纪，电子技术大规模集成，影响成品工件得到加工精度因素复杂，多因素彼此叠加同时作用，仅靠单一方法分析得出结论难以说明问题。通过对生产加工工件监控，结合数理统计分析法，得出精度规律找出解决提升加工精度问题的方法，使工艺过程更加高效【2】。

电脑硬件具有高稳定性等特点，可大批量制造加工生产，数控车床系统中通过对不同系统生产程序执行，将数控系统使用各专业设备与制造任务使用设备结合。随着世界经济格局变化，制造业在中国地位发生变化。数控加工工艺中，机械制造时常规机床加工遇到很多难题有效解决，数控机床适应性强，可用于保障生产加工质量稳定，用于生产加工多批量零件。仿真技术研究较为丰富，目前物理仿真研究多采用理论建模方法进行，能进行正确建模显示切削加工过程，国际生产工程学会仿真研究金属切削过程。目前物理仿真不能考虑所有因素建立精度预测模型，研究精度预测模型包括切削力，切削热，震颤预测模型。

目前世界环境受到冲击，国民经济中机械制造业占很大比重，机械制造业发展水平是国家生产技术水平的指标，数控车床是通过主机程序对伺服系统控制达到控制操作机床，自动控制机床由CNC、辅助数控装置及其他机床附件组成。通过刀具与工件运动获得零件轮廓，机床作运动精度影响形位精度。应从基准误差、刀具制造误差等多方面分析，通过误差补偿法等措施提高加工精度。

2.数控车床加工精度

传统上理解制造是加工过程，国际公认生产工程学会定义制造包括原材料选择、制定生产计划、质量检测等活动。加工精度是零件表面通过金属切削加工得到参数与理论参数一致度不同为误差，生产加工中通过误差可衡量加工水平。机械加工精度包括形状、位置与尺寸精度【3】。

尺寸精度是成品零件表面尺寸值与理想值一致度，零件尺寸理论值是零件图标注尺寸，较高尺寸精度可通过试切法、自动控制法、定尺寸刀具法等方法获得。根据试样工件尺寸，将刀具对工件位置调整好，在对工件加工中调整位置不变，如需退刀应使刀具回到原来调整位置，零件尺寸精度由调整决定。刀具形状获得工件加工表面形状精度方法，如键槽铣刀加工槽，拉刀加工孔等，槽宽度由刀具尺寸获得。自动控制法是通过由进给、控制装置组成控制系统，由控制系统完成测量尺寸等工作，获得所需尺寸精度。在数控机床上测量装置通过控制刀具与工件位置保证工件尺寸精度。

3.数控车床加工精度影响因素

数控车床加工精度由控制精度与车床机械精度组成，数控系统精度影响数控车床加工精度，数控车床加工不精确原因包括车床几何误差、车床热变形误差、车刀几何参数误差在实际生产中最常见【4】。

数控车床通过伺服电机驱动滚珠丝杠控制位置，我国数控机床数控大多采用半闭环控制伺服进给系统控制，数控车床工作中伺服电机丝杠反向运动使空隙空转，导致轴承空隙产生反向间隙误差，数控车床误差为正向运转误差，部件受力不均导致弹性间隙变化。零件通过数控车床车刀按运行轨迹运动产生，导致对圆柱类零件加工轴向尺寸变化，刀尖圆弧半径增大轴向尺寸变化量增大，对加工零件编程应根据轴向尺寸变化改变轴向位移长度，车刀刀尖圆弧半径、车刀刀尖距等参数对加工零件精度产生影响，相关参数不合理会影响车床刀具使用寿命。[5]

数控加工中需明确编程逼近误差，零件轮廓编程中计算近似逼近零件廓形误差，对不规则零件加工可采用近似对非圆曲线线性分割方式，形成刀具廓形状难以与被加工廓形重复，需采用列表曲线逼近编程。数控加工中受到圆整误差因素影响，经济型数控机床加工中采用步进电机控制，零件图纸尺寸规格为要求进行数控车床编程。工件尺寸中脉冲当量值对数控车床加工精度起到决定作用。数控车床工件规格进行数据处理，需降低补偿间隙等方式降低精度影响。

现代社会建设发展对机械工业加工制造需求较高，手表精密零件等都是发挥机械设备使用性能的必然装置。将机械设备与信息技术相结合，工业生产工艺更加高效。数控车床应用可降低人工操作中人为失误现象，采用数字文字下达指令控制加工车床。

研究表明各种因素对数控车床加工精度影响不同，数控机床加工精度与机床、夹具及加工环境等因素有关。数控车床自身精度是影响加工件精度重要因素，数控车床几何误差占总误差的20%，超精密数控车床比例系数更高。[6]

4.数控车床加工精度提高策略

中国是最大的发展中国家，但我国很多企业技术方面水平较低，处于能源材料高投入高污染形式，随着科技发展水平提升，改善产品质量成为社会对制造业的要求，加工精度成为质检重要指标。针对数控车床加工精度不高问题，可采用误差防止法等方法提高加工精度。

误差防止法是事前预防，加大车床系统刚度，通过控制机械加工环境等方法提高机械加工精度传统方法。误差防止法缺点是车床性能成几何数关系增长，仅采用误差防治法精度达到一定要求后难以提高。车刀几何参数引发加工精度误差可通过编程使用刀尖轨迹加工轮廓与理想轮廓相符，通过人为计算使需要圆弧形刀尖轨迹换算为假象轨迹。编程中以刀尖圆弧中心为刀尖点，刀尖圆弧中心轨迹绘制较为繁琐，为避免减少误差，可通过使用CAD软件中等距线绘制功能完成操作，采用方法注意检查使用刀具刀尖圆弧半径值与程序值相符。

误差补偿法是利用数控系统补偿功能对存在误差补偿的方法，可由软硬件实施完成。采用半闭环伺服系统数控车床定位精度受反向偏差影响，可采用补偿法对反向偏差给予补偿，我国机械加工业数控车床中有很多车床定位精度大于0.02mm，车床无补偿功能，可采用编程法单位定位清除反向间隙。编程法可在机械部分不便情况下，实现数控车床插补加工，给反向间隙值正式插补可满足零件公差要求。其他类型数控车床在设有若干地址，车床主轴被指令改变运动方向，数控车床装置读取反向间隙值，根据要求将车床定位在指定位置。

提高数控机床加工精度主要方法有减小原始误差，转移原始误差。提高夹具精度，测量误差等是直接减少原始误差常见方法。需对可能引起误差加工原始误差分析，根据不同情况采取相应措施解决。编程时制造误差低效工艺系统的速查，使人为误差与原始误差抵消。误差转移法是使误差转移到不影响加工精度的方面。将切削加工中误差分均分为多部分，为均匀原始误差。薄壁套类零件壁薄，加工中受切削力及夹紧力等因素影响，薄壁类零件加工中可从切削量等方面改进。[7]

结语

数控车床加工精度直接影响产品品质，反映在被加工零件尺寸精度上，数控机床加工精度是机床制造者最关心的问题。探究數控车床加工精度影响因素有利于提高数控车床加工零部件加工精度，本文通过介绍数控车床构成，对数控车床加工精度影响因素分析，运用增强导轨几何精度等方法，说明数控车床加工精度提升对策。

参考文献：

[1]邓柏祥.数控车床加工精度的影响因素及提高策略[J].内燃机与配件，2020（13）：62-63.

[2]孙杨锋，刘荣伟，侯和龙，朱乐，刘雅聪，李万东.机械加工工艺对零件加工精度的影响因素分析[J].南方农机，2020，51（10）：172.

[3]雷少梁.数控车床加工精度的影响因素及改进措施[J].南方农机，2020，51（10）：176.

[4]陆道泉.新时期数控车床加工精度的影响因素及优化方法[J].计算机产品与流通，2020（08）：132-133.

[5]邓柏祥.数控车床加工精度的影响因素及提高策略[J].内燃机与配件，2020（13）：62-63.

[6]张晓华.解析数控车床加工精度的影响因素及提高措施[J].内燃机与配件，2019（22）：49-50.

[7]张娟，周丹.数控车床加工精度的影响因素及提高措施研究[J].数字通信世界，2019（10）：274.