探究数控车床加工精度的影响因素及优化方法

花林兄

（盐城机电高等职业技术学校，盐城 224000）

目前，数控车床已经成为机械制造业不可或缺的加工设备。相对于传统人工加工模式来说，数控车床虽然能够有效提高工件的加工效率和质量，但是随着使用规模的不断扩大，其存在的弊端也逐渐凸显。众所周知，产品质量是影响机械制造业经营发展水平的主要因素，因此在使用数控车床加工工件时，企业必须要理解和掌握影响数控车床加工精度的关键要素，并采用科学方式进行优化，以提高产品质量及生产效率。基于此，研究影响数控车床加工精度的因素，并提出相应优化策略，对于推动制造业企业长远发展和加快数控车床改造速度十分重要。

1 数控车床加工精度影响要素

1.1 伺服驱动系统

数控车床组成结构复杂，如图1 所示。伺服驱动系统是重要组成部分，属于中枢系统，在车床运行过程中能够准确跟随和复制所有加工过程，因此也被称为随动系统。机械制造业在产品加工过程中使用数控车床，需要伺服系统充分发挥驱动功能[1-2]。结合大量实践来看，伺服系统应用于数控车床运行的各个环节，其运行状态能够直接影响工件的加工精度[3]。在工件加工过程中，数控车床的运行离不开闭环控制伺服给进系统的控制。在传递工作信号时，丝杠会产生反向运动，导致数控车床出现暂时空转现象，容易对工件的加工进度造成影响。

图1 数控机床组成结构

1.2 刀具参数

刀具主要应用于数控车床工件加工的切削工作。在实际使用中，刀具受多重因素影响，容易出现车刀轴线移动问题，导致工件切割过程稳定性不足，进而改变刀尖的圆弧半径，使得最终加工的成品精度存在一定误差。如果没有及时纠正，会造成大批工件精度不足，降低产品合格率[4]，严重时甚至会导致刀具磨损。刀具磨损类型，如图2 所示。将刀具参数输入自动化控制系统过程，需要结合工件加工的实际情况，分析车刀轴线发生的变化，同时合理调整轴向位移长度、刀尖圆弧等参数，确保最终输入系统的参数准确无误。此外，要全面掌握被加工工件的特点，合理设置参数偏差范围，通过科学分析做好调整工作，尽可能避免刀具参数引起的精度不足问题。

图2 刀具磨损类型

1.3 背吃刀量

使用数控车床加工工件的过程中，需要合理切削零件，而切削的速度、深度和用量会对工件精度产生深远影响，尤其对工件表面的粗糙度影响较大。通常情况下，工件加工初期需要选择较大的背吃刀量，主要目的是提高切削效率。但是，这种方式存在一定不足。在工件切削过程中，背吃刀量越大，切削力就越大。工件在刀具摩擦作用下会产生一定损耗，导致精度与标准要求不符[5]。零件加工过程中，选择切削量必须充分考虑切削速度，尽可能减少进给量。

2 数控车床加工精度优化策略

2.1 选择高精度的数控车床设备

购买设备时，要选择精度较高的数控车床，以保证加工出来的零件尺寸精度和表面粗糙度满足标准要求。高精度的数控车床可以提供更精确的加工结果，从而提高产品质量。在选购数控车床时，可以参考厂家提供的技术参数，了解设备的精度等级、重复定位精度等关键指标。此外，可以参考其他用户的评价和建议，选择性能稳定、操作简便的设备。目前，较为常见的几种数控机床如表1 所示。

表1 数控机床种类

2.2 选择合适的刀具

根据加工零件的材料、形状和尺寸选择合适的刀具类型和规格，以保证切削参数的合理性，提高加工精度。例如，对于硬质材料可以选择硬质合金刀具，对于高温合金可以选择陶瓷刀具等。在选择刀具时，需要考虑刀具的耐用性、更换周期等因素，以确保生产效率稳定。另外，对刀仪可用于对刀，但由于对刀仪易于损坏，需要在使用过程中控制好对刀尺寸。在操作过程中，通过摇动手轮的方式使刀具逐渐与工件接近。在保持一定距离时，工件加工中刀具与工件之间的距离通常控制在3 mm 左右。同时，合理调整刀具齿轮，通过合适的给进方式精准对刀，在不磨损刀具的情况下直接加工刀具，将进度控制在允许误差范围内（允许误差值为±0.002 mm）。

2.3 优化切削参数

如果首次对刀产生误差或受其他因素影响导致工件误差超过允许误差值，可以通过优化切削参数的方式使其达到标准精度要求。根据刀具类型、材料和零件结构，合理设置切削速度、进给速度和切削深度等参数，以获得最佳的加工效果。通过多次试验和调整，可以找到最佳的切削参数组合，从而提高加工精度。在优化切削参数时，要充分考虑刀具的磨损情况、工件材料的热膨胀系数等因素，确保参数的合理性。例如，通过修改刀具补偿值优化切削参数，需要先清除刀具补偿页面的补偿值，然后合理设置补偿偏置。具体优化过程中可以采取两种方式：一是径向尺寸法，即按照先放大后减小的顺序修改刀具补偿值，将工件尺寸放大1 mm；二是确定轴向尺寸，即按照长增短减的方式修改刀具补偿处，将偏移量控制为0.0 mm，在轴长0.002 mm 处测量补偿量。

2.4 采用合适的夹具和工件固定方式

选择合适的夹具和工件固定方式，以减小装夹误差对加工精度的影响。例如，使用液压夹具或磁力夹具可以提升夹紧力的稳定性，从而减少装夹误差；采用零点定位、二次定位等方法，进一步提高装夹精度。

2.5 提高操作人员的技能水平

加强操作人员的培训，提高其对数控车床的操作技能和加工精度的认识，确保加工过程的稳定和可控。通过定期培训和考核，使操作人员熟练掌握数控车床的操作方法和注意事项。同时，要加强对新技术、新工艺的学习，不断提高操作人员的技能水平。

2.6 采用高精度的测量工具和方法

在加工过程中，使用高精度的测量工具（千分尺、游标卡尺等）和方法（直接法、比较法等），实时监控和调整加工尺寸，以保证加工精度。通过定期校准和保养测量工具，确保测量结果的准确性。同时，采用数字化监测系统，实现对加工过程的全面监控，提高检测的效率和准确性。例如，使用数字化监测系统监测轴类零件加工过程，要求零件在粗加工前，在刀补中留出1 mm 余量。完成粗加工作业后，测量零件余量，并通过数字化监测系统记录粗加工过程的数据。如果监测数据显示后期精加工的余量为0.98 mm，并且该零件加工过程的允许误差范围为±0.04 mm，那么为了便于计算，可以取允许误差的中间值，即0.02 mm，与精加工余量0.98 mm 相加，结果为1.00 mm。然后可以分两刀车削，每刀给进量为0.50 mm。如果工件在第一刀精加工后测量余量为0.5 mm，那么第二刀则无须测量，加工后的工件精度一定合格。

2.7 定期维护和保养数控车床

对数控车床进行定期的清洁、润滑、紧固等工作，确保设备正常运行，降低故障率，提高加工精度。同时，定期检查和更换磨损部件，延长设备使用寿命。在维护和保养过程中，要注意遵循设备制造商的建议和要求，确保设备处于良好的工作状态。在维护保养中，需要适当调整工艺系统参数，可以采用试切法和调整法。其中：试切法是通过试切的方式调整刀具参数，在此基础上继续试切，反复操作，直到尺寸合理，适用于企业小批量生产；调整法是对机床、夹具等位置进行调整，满足尺寸要求后开展生产作业，适用于大批量生产作业。

2.8 采用高质量的刀具材料

使用高性能的刀具材料（硬质合金、陶瓷等），可以提高刀具的耐磨性，延长刀具的使用寿命，从而提高加工精度。要确保刀具材料的一致性，避免因材料差异导致的加工误差。在选购刀具材料时，可以参考刀具供应商的推荐和评价，选择性能稳定的产品。

2.9 优化加工工艺

通过优化零件加工工艺，减少加工过程中的应力、热变形等因素对加工精度的影响。例如，合理安排热处理工艺减少焊接变形等，可以有效提高零件的加工精度。在进行工艺优化时，要充分考虑材料特性、零件结构等，制定合理的工艺流程。同时，要不断总结经验教训，持续改进和完善加工工艺。

3 结语

数控车床加工精度的提升可以通过多个方面的优化来实现，需要从机床刚度、切削力、刀具质量、加工件材料、机床轴间配合精度和零部件的工艺加工质量等方面综合考虑，并采取相应的措施，不断提高加工质量，满足实际需求。新时期，随着机械加工企业对产品精度要求的不断提升，进一步突显数控车床加工精度控制的重要性。因此，只有保证数控车床的正常使用，才能提高企业产品合格率，进而为企业创造更高的经济效益。