基于数控车床加工精度的影响因素及提高策略研究

王治平

（广州市机电技师学院， 广东 广州 510000）

0 引言

随着现代社会市场经济的迅速发展， 许多产业对机械加工生产产品的品质要求也愈来愈高， 特别是部分高级精密机械零件， 对加工产品的质量和加工精度水平都要求很高， 对机械加工产业的发展趋势也提出了非常大的挑战。而数控车床又是数术中的重要组成部分。因此许多工件的加工技术都离不开数控车床。 但由于现代加工程度的逐步提高， 数控车床的机械加工效率已无法良好地适应高精密零构件的生产需要。所以，有必要对数控车床加工中的所有不利影响因素加以控制。 但从目前数控车床加工的现状分析， 对于小批量零部件的加工质量仍有较大的提升空间，因此为了机械加工某些外形不规范、但加工精度高的零部件，数控车床还需要进行一些调整。根据这些情况， 数控车床加工企业应该深入分析限制加工精度的主要原因，以便针对性地加以改进，进而为提升数控车床的机械加工品质打下了基础。

1 提高数控车床加工精度的重要意义

1.1 进一步提升数控车床加工技术水平

随着工业科技的飞速进步， 社会各行各业对加工技术与制造业的要求也日益提高。 现代工业技术是发展实体经济的主要基础。 而数控车床等加工科学技术的提高，是加工与制造业总体技术水平提升的主要标志。 同传统车床与夹具比较， 数控车床的广泛应用也极大地提高了数字控制工艺的总体技术。 但数控车床本身的加工精度仍然受许多各种因素的影响， 在一定程度上也影响着数控车床的加工精确度与效果。 所以，要提高数控车床的加工技术水平， 就有必要逐渐减少影响数控车床加工精确度的各种因素。

1.2 拓宽数控车床在制造业领域中的应用范围

数控车床因其加工精确、 制造效能高等优势正在快速替代传统机械。 数控机械加工技术的蓬勃发展，导致了数控车床在机械加工制造领域的使用范围更加广阔，而影响数控车床机械加工产品质量的各种因素， 也抑制了数控车床在机械加工制造领域的广泛应用， 但一些精密加工领域仍对数控车床的机械加工精度有着更高的需求，对精密工件的加工技术尚有较大的上升空间。

所以， 深入研究数控车床生产精度的影响因子和改善策略，对于扩大其在工业方面的使用有着重大价值。

2 数控车床的加工作业原理

数控车床还可以按照加工过程中的不同造型特点加工工件（见图1）。 数控车床一般设有多个工作站和多功能加工区，具备了加工范围广、加工量大的特征。 并且具备了进行复杂工艺和补偿加工的功能，可简单、快捷地进行工件加工。 数控车床是一个集电脑与机械为一身的现代化机械加工装置。 其一般含有传感设备、测控装置以及电源设备等。 能完成相应的加工自控功能。 操作者必须提前给数控车床提供一定的加工工艺，而后数控车床将按照控制系统指示进行加工工艺，和控制刀具完成机械加工。

图1 数控车床工作示意图

3 影响数控车床加工精度的具体因素

据调查， 目前数控车床的生产精度与现实要求存在很大偏差，见表1。 在加工过程中，加工效率受到设备、程序、编程等诸多因素的影响。各种各样的各种影响也会各种各样的危害数控车床的机械加工准确度。 偏差统计方法一般采用数控车床加工偏差和总工艺偏差之间的比值。当铸件对数控车床的加工精度需求较高时，则数控车床加工偏差占整体加工误差的比重就会更高。所以，为了要合理提升铸件的加工精度，以适应实际要求，有关技术人员就必须认识并控制数控机床的各项精度影响因素，并结合加工具体情况加以改进。唯有如此，方可合理地提升数控车床的加工效率。

表1 当前的数控车床的加工误差

3.1 伺服系统驱动因素

伺服控制系统的驱动器原因也将直接危害数控车床的机器加工准确度。通常，通过伺服驱动器控制系统可以利用带动车床夹具的各种设备来加工工件。 其具体流程为：使用数控车床的定位滚珠丝杠对电动机实施伺服、驱动器和监控， 以确保数控系统车床加工各项任务的顺利完成。但此时，滚珠丝杠传动偏差也或许会威胁数控车床的机器加工准确度。 数控车床通常使用半闭环控制伺服进给系统，来调节一个数控车床的发电机。在操作的过程中，丝杠必须反向装置。在此时，或许会有空转，从而产生反向间隙偏差。 同时数控车床的传动装置也可以在外力影响下扭曲或变化， 从而使得部分机械加工区域形成了弹性间隙，限制数控车床的总体加工精度。

3.2 车刀控制影响因素

在数控车床制造刀具的过程中， 必须对材料进行切削，以获得要求的刀具外形。 在车刀操作过程中，车刀控制面和轴尺寸之间可能出现一些误差， 从而造成工件加工偏差。 因此，在数控车床编程时，尽管选择了合适的加工工艺参数，但由于车刀运动轨迹不易控制，也可能造成了加工过程中的偏差。

4 提高数控车床加工精度的应对策略

4.1 伺服系统驱动因素误差控制

在数控车床的设计过程中， 如果想要把加工精度限制在合理的范围之内， 就需要对伺服驱动系统加以严格的管理。因此，对伺服驱动系统的加工误差管理就必须从改善驱动设备的动作特性开始， 逐步改变整个装置的驱动设备，甚至改变特性更良好的驱动设备，以保证数控车床在驱动过程中可以进行更加良好的管理。另外，伺服驱动系统的偏差控制系统还必须改善设备的压力水平和承载能力， 从而使得伺服驱动系统可以更合理地承载机械零部件，从而提高加工零部件的控制精度。 当伺服设备装配到数控车床上之后，还必须按照实际的工艺条件进行优化控制系统参数，从而提高对数控车床的偏差控制能力。

4.2 控制车刀运行的几何精度

车刀的几何精度，直接关系数控车床的制造精度。所以，数控车床的总设计师就必须按照具体生产条件，在加工技术方面进一步完善数控车床的本体导轨，以提升其几何精度， 从而使得整个导轨都具备了良好的加工精度和压缩功能，并能更有效控制车刀具的运用情况。在车刀生产工艺中，为更好地实现数控车床的各种特性，一些数控车床还会采用斜床形式以取代过去较复杂的铸件整体构造，以便更有效地改善数控车床的抗弯能力和承载能力。

4.3 误差补偿改进策略

误差补偿技术是提升数控车床制造效率的一种重要方法。误差补偿技术通常指对现有坐标轴加以补充。通过利用软硬件的组合，就能够提升生产效率。在零点五闭环伺服系统的设计中，由于反向误差也会降低位置准确度。所以，在误差补偿技术设计时，要考虑通过反向误差弥补的手段，来抵消这一偏差。和产品设计中的加工精度限制一样， 误差补偿技术能够合理地使用现有数控车床而不须改变设计，为降低成本提供了关键作用。 另外，误差补偿技术中还包括了在钉状进给操作时的滚珠丝杠。 在数控车床制造过程中， 由于钉状供弹的加工精度会给数控车床的准确度造成一定偏差。 因此在数控车床的设计阶段，这种偏差往往比较难控制。 尤其是螺纹加工，由于一般使用水平和垂直连杆加工的方式， 平面与垂直螺杆之间的缝隙不可避免地会造成螺纹工艺的很大偏差。 因此数控机床控制器必须通过缝隙弥补方法， 来补充滚珠丝杠的偏差，从而减少了间隙，改善数控车床滚珠丝杠的稳定性和使用寿命。

4.4 误差防止策略

误差预防策略需要在数控车床的设计与生产阶段中进一步提高对车床夹具机器零件的加工准确度，以便于从总体上减少对工艺精度的偏差。但是，对制造商而言，在原来数控车床的基础上很难提升精确度，因此往往必须改变原数控车床。 所以，防错策略的使用成本也相对较高。

4.5 选用适当的加工工艺

为了进一步提高数控车床的机器加工准确度， 不但要控制数控车床本身， 还要调控其生产技术和机械加工方法，以进一步提高机器加工准确度和效率，从而改善制件的加工产品质量。 也因此，在第一步，数控车床控制器须严格管理加工工序，并尽量一次顺利完成工艺程序。对无法一次顺利完成的工艺，注意尽量减少换刀频次，以区分于粗机器加工与精机器加工， 从而尽可能地进一步提高机器加工准确度与效率。同时，还必须对数控车床的工艺路径进行优选。在选用走行路径时，注意缩短机器加工时限，增加刀具切削效率，去掉无用的加工工序，以进一步提高数控车床加工的经济性。在数控车床加工前，经过调整后， 再进行重新编程及启动， 机床就可自动持续生产， 直到全部生产完成。 操作者需要做的是加工程序录入、编辑、零部件装入与拆卸、切刀准备、生产状况监视、零部件检查等其他工作。劳动强度降低，机床作业人员的劳动也更加智能化。 另外，在数控车床的过程中，还要求掌握表面精确度与粗犷度。在计算该数值时，还需要对其进行简化以降低工作量。

5 结束语

近年来，中国工业得到快速发展，这和数控车床的应用分不开。提升中国数控车床的加工精度，对于提升各企业的生产精度有着关键意义。为此，有关工程设计技术人员必须确定并分解影响中国数控车床加工精度的各种因素，在整个产品设计过程中严格控制，并通过各种合理的措施， 争取把上述各种因素对机械加工精度的影响减至最小化， 为提升中国数控车床的机械加工精度做出了一定的贡献，进而带动工业快速发展。