数控车床加工精度的影响因素及提高策略研究

杨大英

（信阳技师学院, 河南 信阳 464000）

引言

随着我国机械加工制造业的快速发展，对数控加工精度的要求也越来越高，这也给数控车床加工领域带来了新的挑战。在数控车床加工过程中，对产品加工精度和质量的科学控制尤为重要。

本文对数控车床加工精度的影响因素展开了全面分析，并对数控车床加工精度的提高策略展开了研究。

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

随着科学技术水平的快速提升，各行各业对机械加工制造业的需求持续高涨。制造业是实体经济的重要支撑，数控车床加工技术水平的提升是加工制造业整体水平提升的重要标志。与传统车床相比，数控车床的广泛应用已经大幅提升了数控加工的整体技术水平。而数控车床自身的加工精度仍受多种因素影响，在一定程度上限制着数控车床加工精度和效率。因此，为进一步提升数控车床的加工技术水平，就要逐步消除影响数控车床加工精度的各项因素。

1.2 拓宽数控车床在制造业领域中的应用范围

数控车床以其加工精度高、生产效率突出的优势正快速取代传统机床，快速提升的数控加工技术水平使得数控车床在机械加工制造业领域中的应用范围越来越广泛，而影响数控车床加工质量的各项因素也在制约着其在机加工制造业领域中的普及，部分高精尖制造领域对于数控车床的加工精度有着更高的要求，高精度工件的机加工工艺依旧有很大的提升空间[1]。

由此，对数控车床加工精度的影响因素以及提高策略进行研究对于拓宽其在制造业领域中的应用范围具有重要意义。

2 数控车床加工精度的主要影响因素分析

2.1 切削车刀规格及几何参数误差

数控车床操作人员在加工各类工件时，车刀会按照程序规划的走刀路径对工件进行车削加工。由于车刀偏角和圆弧半径的存在，加工精度会因车刀在车削工件时的轴线尺寸误差而降低，轴向尺寸误差则会随着车刀圆弧半径变化。

这就要求操作人员能准确理解轴向尺寸与车刀位移长度之间的关系，考虑到车刀规格及其几何参数导致的潜在轴向尺寸误差，结合车刀移动轨迹对该位移长度进行优化调整，完善数控车床的工艺加工流程[2]。同时，数控车床操作人员要从车刀圆弧半径、刀尖距等细节参数入手来完善数控车床加工程序的编制工作。

2.2 电气伺服系统传动误差

利用数控车床车削工件时，电气伺服系统可通过滚珠丝杠来控制车刀的平面移动。伺服电机通过驱动滚珠丝杠来实时调整车刀与工件之间的相对位置，因而伺服系统在运行过程中会将丝杠滑台传动误差传递给刀具与工件之间的相对位置，导致刀尖未能完全按照程序规划轨迹移动，直接降低了数控车床的加工精度[3]。

因此，数控车床电气伺服系统的传动误差与其加工精度有着紧密的联系，操作人员应重视对伺服传动系统进行定期维护，降低传动误差对加工精度的影响。

2.3 数控车床导轨偏移误差

数控车床运行过程中，其导轨的相对位置偏移误差始终存在，会对数控车床的加工精度产生显著的影响。操作人员应在开展加工作业之前对数控车床导轨的相对位置偏差进行测量和校准，这是提高数控车床加工精度的重要措施。同时，数控车削加工过程中车床导轨也会产生无规则的磨损，导致刀尖位置出现微量偏移，直接降低了最终的工件加工精度。

此外，还存在因操作人员未按照规范进行操作而导致数控车床导轨产生偏移误差的情况，也会影响车削加工质量。

2.4 圆整及编程误差

在利用数控车床进行圆弧轨迹车削加工时，刀尖实际运行轨迹与理论规划轨迹之间的偏差即为圆整误差。以步进电机作伺服驱动的数控车床为例，由于步进电机脉冲驱动控制决定了刀尖的最小移动距离，刀尖在步进伺服系统驱动下的实际运行轨迹不可避免地会与程序规划的理论运行轨迹存在圆整误差，步进电机脉冲当量便直接影响到了工件的加工精度。

数控车床会由于数控系统内部逻辑运算的问题而产生编程误差，进而产生与圆整误差类似的问题[4]。编程人员可通过插补法来提高刀具运动轨迹的分辨率，从而降低编程误差，提高数控车床加工精度。

2.5 数控车床结构几何精度

在利用数控车床加工工件时，编程及操作人员应对车刀规格和车削速度进行合理控制。而在实际操作中相关人员往往未能完全按照工艺技术要求进行作业，会造成数控车床几何精度不足的潜在问题，直接将这一误差传递给被加工工件。同时，数控加工工艺流程的应用成效也会因相关人员未能落实精细化操作措施、技术管理及操作经验不足等问题而被弱化，间接影响了数控加工的精度。此外，数控车床自身结构的几何精度问题也会对加工精度产生直接影响。

3 提高数控车床加工精度的有效策略

3.1 优化数控车床总体设计方案

在数控车床总体设计方案的规划阶段，相关设计及工程人员应对数控车床主机结构进行不断创新，注重引入刚度高及精度高的零部件，并在数控车床设计及加工制造过程中做好总体及局部的优化工作。同时应对数控车床主轴形变问题进行优化处理，注重对数控车床主轴箱系统的热态性能的优化控制，并对数控车床重心位置进行科学调整，以最大程度地提高数控车床的整体结构及关键部件几何精度，进而提高数控加工精度及质量[5]。

3.2 改善数控车床导轨精度

在数控车床总体结构设计阶段，可采用斜床造型机体以降低数控车床的总重量，对于提高车床抗扭抗压强度、增强数控车床运行稳定性具有重要的促进作用。

由于数控车床在高负荷下长时间持续运作时会使轨道产生微量磨损和误差偏移，为进一步改善车床导轨的精度，应对车床车座以及导轨结构进行优化改进，并安排专业的机床维护人员定期对数控车床轨道进行维护及校准。

3.3 提高伺服系统传动精度

为了最大程度地提高伺服系统的传动精度，在数控车床总体设计阶段就应为其伺服系统选配高性能的配件，主要包括伺服电机、伺服进给及控制单元等。同时，相关人员也应重视对伺服系统的优化工作。例如，在利用数控车床进行圆弧轨迹加工作业时可将进给轴设置为开环增益，有利于提高工件轮廓的加工精度[6]。车削加工过程中，进给轴应保持在45°位置，在倾斜的条件下开展车削作业将有助于提高数控车床的加工精度。

3.4 合理控制数控车床刀具误差

由于数控车刀自身偏圆角和刀尖圆弧的存在，数控车床在车削过程会因此而产生误差。为有效降低刀具误差对车削加工精度的影响，首先应重视对刀具结构的优化设计，设计人员应对现有刀具的缺陷进行分析并改进。随着数控车床自动化程度的提高，刀具库中各刀具的设计标准应尽快得到统一，全面优化刀具库中刀具的结构。其次，数控系统内应嵌入车刀误差插补算法，对加工误差进行实时补偿修正，保障数控加工质量。

4 结语

为有效提高数控车床加工精度，在数控车床总体方案设计阶段要做好整体结构及关键部件优化工作，通过优化改进车床导轨并加强导轨维护校准工作来改善数控车床导轨精度，在数控车床总体设计阶段做好伺服驱动系统的配件选择及系统优化工作，做好刀具结构的优化设计工作并根据刀具结构特点设计误差插补算法，对加工误差进行补偿修正，进一步提高数控车床加工精度。