影响金属切削数控车床操作精度的因素及解决方法

李镜悬，邱述龙，覃事鹏

（中国航发南方工业有限公司，湖南 株洲 412002）

在计算机技术的应用下，机电行业的制造技术已经日渐成熟，相关企业逐渐完成新旧技术的更替，其中也包括改良数控设备。世界上多个领域的研究成果被综合应用在精密机械的设计中，从而可以自动准确地掌握各类网络通信技术的高效应用。随着信息技术的成熟发展，数控车床的加工工艺已经完成了传统向现代的转换，在计算机编程的应用下极大地提升了金属企业的经济效益。在全球经济化的影响下，加工工艺的水平可以全面展现各个国家的经济状况和发展状态，其中数控编程在金属机械加工中的广泛应用能够提高车床加工精度和加工质量，保证在满足质量要求下缩短零件的生产周期，增加企业的经济效益。如何提高零件加工精度是现代企业增强竞争力的重要发展方向，在提高工作效率上具有重要意义，本文在此基础上研究影响数控车床加工精度的因素，并提出相应的解决办法为企业的经济效益提升提供思路。

1 数控车床加工精度的影响因素

数控车床是在刀具和相关构件组合完成后通过编程语言完成加工的装置，在其工作前需要对驱动系统和部分装置进行设定。其自身机械力和驱动性，可能会在一定程度上影响其加工精度，包括主轴转速和给进量以及刀具选择和切屑次数等[1]。主轴转速越高产生的给进量越多，在重复使用的刀具中会造成表面切削的缝隙，成品工件的粗糙度范围会在正交转换中无法精准打磨，以上三方面因素作用下造成了数控车床加工精度的改变。

2 数控车床加工精度提高方法

2.1 设定模糊评价集合

根据影响数控车床加工精度的因素分类，以最有利于工件表面的质量完成指标作为精度提高的准则，对以上因素按照重要程度进行排序，基于模糊法构建多个评价集合。模糊评价法是综合模糊数学对原有隶属原理的定性指标变为定量指标的评价过程，对受到多种因素制约的事物或对象作出一个总体的评价。将每个控制因素的作用程度作清晰划分，引入权重因子对加工参数进行模糊分析并按照组合权重依次分配，将不确定的数控元件实际信息进行存储和传递，根据不同指标的评价因素和关系内在联系，分别确定两者的表达方式。按照工艺历史完成的粗糙度数值和切削参数，对相关数据绘制曲线变化统计图，对转折点出现的权重比值分别以不同参数集合表示。

2.2 建立金属材料切削隶属函数

利用归一法将评价集合中的多个参数进行排列组合，建立金属材料切削与主轴之间的隶属关系函数，按照每个参数子集中的数值依次对设备的性能加以标注。在设备运行过程中涉及到的评价参数以由近到远的原则完成组合，每个参数到子集中心的距离不能超过工件表面的轴长半径[2]。按照同时存在的均数差别，对首个转换的参数逐个剔除，对列组合的重复分析后可以在第二阶段产生主效应，进一步完成对表面粗糙度不同切削函数的确定，并将其所得函数值以组合排列的方式重新归置，反复重新十次以上直到组合完成的函数关系满足评价集合的设定范围。通过完成隶属函数的范围设定后，可以在较大值的沉积作用下，进行工件的组合加工以防止过大切削量对峰谷深度的影响。

2.3 控制峰谷切削误差

工件的峰谷误差会在不同直径大小的圆柱表面形成粗糙点，并严重影响运行状态下的主轴转速和给进次数，使完成加工的工件无法达到标准精度。对需要提高主轴转速的部位重新选取切削次数和工具，在加工工艺的设定上及时控制不同组件部位的温度，使用不造成金属表面磨损的刀具，综合考虑其使用寿命，并按照主轴的转速逐渐对推进量进行加大[3]。

3 实验结果分析

3.1 实验准备

为验证本文设计的精度提高方法具有实际应用效果，采用多轮实验测试的方法进行验证，实验分为正常加工和应用优化方法后两个步骤。

在选取某国产控制系统生产的三组数控车床后，只对外圆柱表面进行加工实验，按照设定好的G61格式进行编程，保证进给量和切削次数不变的前提下，完成的金属零件表面粗糙度如下图1所示。

图1 每组车床加工表面粗糙度

根据图中内容可知随着主轴转速的不断增加，三组车床完成加工的粗糙度呈现上升趋势，在转速为420～600r/min之间其粗糙度满足生产标准0.02mm，其余状态下的粗糙度指标过大影响加工精度。

3.2 优化过程

在分析车床的加工给进标准后，重新拟定金属零件加工路线和切削用量，对零件所在的工件坐标系中保持其与刀具的垂直角度，按照拟定格式进行程序的校验和试切：

（1）内外直径切削模式：在以终点的绝对编程下，增量切削的循环有限距离，使起点与终点的半径差值可以和刀具的运动轨迹相吻合。

（2）端面切削循环模式：切削终点到起始的有向距离循环完成后，可以对顶端的接口进行平行移动，促使主轴在转角过程内和对接头保持绝对距离的无缝连接。

3.3 结果分析

为进一步验证本文方法能够有效提高金属零件加工精度，选择MATLAB仿真测试平台对选定的车床进行多轮模拟加工测试。将车床生产加工程序导入平台中，设置基础转速为350r/min，每轮测试会增加40r/min转速，在不同的主轴转速下测定的零件表面粗糙度，具体结果如下表1所示。

表1 不同主轴转速下的金属零件表明粗糙度（mm）

根据表中数据可知在文本方法下，在主轴转速增长的情况下，三组车床加工后的零件表面粗糙度分别为0.014mm、0.014mm和0.013mm，均不受其影响。综合结果来看，本文方法能够有效控制主轴转速对车床加工零件的粗糙度的影响，从而有效提高加工零件精度。

4 结语

本文在分析对数控车床加工精度影响因素中，提出了提高加工精度的创新方法，在模糊集合和隶属函数的双重作用下，控制了刀具在切削工艺中的误差高度，有效解决加工金属零件表面粗糙度等问题。

实验结果表明本文设计的方法能够在不同的主轴转速下，控制加工零件表面的粗糙度，三组零件表面的测试结果均符合0.02mm标准。但本文在研究过程中针对影响精度的因素只选择了一个方面进行优化，得到的实际精度会存在一定偏差。后续设计过程中会全面总结所有的影响因素，对主轴转速和刀具选择以及切削角度方面综合考虑，设计出更加科学的精度控制方法。