数控车床加工精度的影响因素及提高方法分析

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。

Abstract： In China， the utilization rate of NUMERICAL control lathe is very high， and the requirement of processing accuracy is also very high. Numerical control lathe is a representative application product in China's machinery manufacturing industry. However， in the process of machining the workpiece of CNC lathe， affected by a variety of factors， the production efficiency and the quality of processing have appeared various problems. Based on the NUMERICAL control machine tool， this paper first analyzes the potential reasons that affect the machining precision， and then discusses the effective technical measures to improve the precision of numerical control lathe. I hope the application of these measures can make a valuable contribution to the improvement of the quality of the workpiece processing， but also can better promote the long-term development of China's machining industry.

關键词： 数控车床;工件;加工精度;影响因素;提高方法

Key words： CNC lathe;artifacts;machining accuracy;influencing factors;improve the method

中图分类号：TG506.9                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）21-0088-02

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。

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。數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性能方面考虑，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为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。

参考文献：

[1]祁豪.有效提升数控车床加工精度的路径探索[J].南方农机，2020，51（14）：151-152.

[2]朱佳敏.影响数控车床加工精度因素与控制策略[J].内燃机与配件，2020（01）：78-79.

[3]屈福康.数控车床加工精度优化策略探析[J].机电工程技术，2019，48（05）：97-99.