數(shù)控車床加工精度影響因素研究

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摘要：為有效提高數(shù)控車床加工精度，探討了提高數(shù)控車床加工精度的重要意義，對影響數(shù)控車床加工精度的主要影響因素進(jìn)行了全面分析，通過優(yōu)化改進(jìn)車床導(dǎo)軌并加強(qiáng)導(dǎo)軌維護(hù)校準(zhǔn)工作來改善數(shù)控車床導(dǎo)軌精度，進(jìn)一步研究了提高數(shù)控車床加工精度的實(shí)施策略。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床;加工精度;影響因素;對策研究

引言

隨著我國機(jī)械加工制造業(yè)的快速發(fā)展，對數(shù)控加工精度的要求也越來越高，這也給數(shù)控車床加工領(lǐng)域帶來了新的挑戰(zhàn)。在數(shù)控車床加工過程中，對產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量的科學(xué)控制尤為重要。本文對數(shù)控車床加工精度的影響因素展開了全面分析，并對數(shù)控車床加工精度的提高策略展開了研究。

1提高數(shù)控車床加工精度的重要意義

1.1進(jìn)一步提升數(shù)控車床加工技術(shù)水平

隨著科學(xué)技術(shù)水平的快速提升，各行各業(yè)對機(jī)械加工制造業(yè)的需求持續(xù)高漲。制造業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要支撐，數(shù)控車床加工技術(shù)水平的提升是加工制造業(yè)整體水平提升的重要標(biāo)志。與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用已經(jīng)大幅提升了數(shù)控加工的整體技術(shù)水平。而數(shù)控車床自身的加工精度仍受多種因素影響，在一定程度上限制著數(shù)控車床加工精度和效率。因此，為進(jìn)一步提升數(shù)控車床的加工技術(shù)水平，就要逐步消除影響數(shù)控車床加工精度的各項(xiàng)因素。

1.2拓寬數(shù)控車床在制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍

數(shù)控車床以其加工精度高、生產(chǎn)效率突出的優(yōu)勢正快速取代傳統(tǒng)機(jī)床，快速提升的數(shù)控加工技術(shù)水平使得數(shù)控車床在機(jī)械加工制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍越來越廣泛，而影響數(shù)控車床加工質(zhì)量的各項(xiàng)因素也在制約著其在機(jī)加工制造業(yè)領(lǐng)域中的普及，部分高精尖制造領(lǐng)域?qū)τ跀?shù)控車床的加工精度有著更高的要求，高精度工件的機(jī)加工工藝依舊有很大的提升空間[1]。由此，對數(shù)控車床加工精度的影響因素以及提高策略進(jìn)行研究對于拓寬其在制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍具有重要意義。

2數(shù)控車床加工精度的主要影響因素分析

2.1切削車刀規(guī)格及幾何參數(shù)誤差

數(shù)控車床操作人員在加工各類工件時(shí)，車刀會(huì)按照程序規(guī)劃的走刀路徑對工件進(jìn)行車削加工。由于車刀偏角和圓弧半徑的存在，加工精度會(huì)因車刀在車削工件時(shí)的軸線尺寸誤差而降低，軸向尺寸誤差則會(huì)隨著車刀圓弧半徑變化。這就要求操作人員能準(zhǔn)確理解軸向尺寸與車刀位移長度之間的關(guān)系，考慮到車刀規(guī)格及其幾何參數(shù)導(dǎo)致的潛在軸向尺寸誤差，結(jié)合車刀移動(dòng)軌跡對該位移長度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，完善數(shù)控車床的工藝加工流程[2]。同時(shí)，數(shù)控車床操作人員要從車刀圓弧半徑、刀尖距等細(xì)節(jié)參數(shù)入手來完善數(shù)控車床加工程序的編制工作。2.2電氣伺服系統(tǒng)傳動(dòng)誤差利用數(shù)控車床車削工件時(shí)，電氣伺服系統(tǒng)可通過滾珠絲杠來控制車刀的平面移動(dòng)。伺服電機(jī)通過驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠來實(shí)時(shí)調(diào)整車刀與工件之間的相對位置，因而伺服系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)將絲杠滑臺(tái)傳動(dòng)誤差傳遞給刀具與工件之間的相對位置，導(dǎo)致刀尖未能完全按照程序規(guī)劃軌跡移動(dòng)，直接降低了數(shù)控車床的加工精度[3]。因此，數(shù)控車床電氣伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)誤差與其加工精度有著緊密的聯(lián)系，操作人員應(yīng)重視對伺服傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)，降低傳動(dòng)誤差對加工精度的影響。

2.3數(shù)控車床導(dǎo)軌偏移誤差

數(shù)控車床運(yùn)行過程中，其導(dǎo)軌的相對位置偏移誤差始終存在，會(huì)對數(shù)控車床的加工精度產(chǎn)生顯著的影響。操作人員應(yīng)在開展加工作業(yè)之前對數(shù)控車床導(dǎo)軌的相對位置偏差進(jìn)行測量和校準(zhǔn)，這是提高數(shù)控車床加工精度的重要措施。同時(shí)，數(shù)控車削加工過程中車床導(dǎo)軌也會(huì)產(chǎn)生無規(guī)則的磨損，導(dǎo)致刀尖位置出現(xiàn)微量偏移，直接降低了最終的工件加工精度。此外，還存在因操作人員未按照規(guī)范進(jìn)行操作而導(dǎo)致數(shù)控車床導(dǎo)軌產(chǎn)生偏移誤差的情況，也會(huì)影響車削加工質(zhì)量。2.4圓整及編程誤差在利用數(shù)控車床進(jìn)行圓弧軌跡車削加工時(shí)，刀尖實(shí)際運(yùn)行軌跡與理論規(guī)劃軌跡之間的偏差即為圓整誤差。以步進(jìn)電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng)的數(shù)控車床為例，由于步進(jìn)電機(jī)脈沖驅(qū)動(dòng)控制決定了刀尖的最小移動(dòng)距離，刀尖在步進(jìn)伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下的實(shí)際運(yùn)行軌跡不可避免地會(huì)與程序規(guī)劃的理論運(yùn)行軌跡存在圓整誤差，步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量便直接影響到了工件的加工精度。數(shù)控車床會(huì)由于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部邏輯運(yùn)算的問題而產(chǎn)生編程誤差，進(jìn)而產(chǎn)生與圓整誤差類似的問題[4]。編程人員可通過插補(bǔ)法來提高刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的分辨率，從而降低編程誤差，提高數(shù)控車床加工精度。

2.5數(shù)控車床結(jié)構(gòu)幾何精度

在利用數(shù)控車床加工工件時(shí)，編程及操作人員應(yīng)對車刀規(guī)格和車削速度進(jìn)行合理控制。而在實(shí)際操作中相關(guān)人員往往未能完全按照工藝技術(shù)要求進(jìn)行作業(yè)，會(huì)造成數(shù)控車床幾何精度不足的潛在問題，直接將這一誤差傳遞給被加工工件。同時(shí)，數(shù)控加工工藝流程的應(yīng)用成效也會(huì)因相關(guān)人員未能落實(shí)精細(xì)化操作措施、技術(shù)管理及操作經(jīng)驗(yàn)不足等問題而被弱化，間接影響了數(shù)控加工的精度。此外，數(shù)控車床自身結(jié)構(gòu)的幾何精度問題也會(huì)對加工精度產(chǎn)生直接影響。

3提高數(shù)控車床加工精度的有效策略

3.1優(yōu)化數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)方案

在數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)方案的規(guī)劃階段，相關(guān)設(shè)計(jì)及工程人員應(yīng)對數(shù)控車床主機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷創(chuàng)新，注重引入剛度高及精度高的零部件，并在數(shù)控車床設(shè)計(jì)及加工制造過程中做好總體及局部的優(yōu)化工作。同時(shí)應(yīng)對數(shù)控車床主軸形變問題進(jìn)行優(yōu)化處理，注重對數(shù)控車床主軸箱系統(tǒng)的熱態(tài)性能的優(yōu)化控制，并對數(shù)控車床重心位置進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，以最大程度地提高數(shù)控車床的整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件幾何精度，進(jìn)而提高數(shù)控加工精度及質(zhì)量[5]。

3.2改善數(shù)控車床導(dǎo)軌精度

在數(shù)控車床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，可采用斜床造型機(jī)體以降低數(shù)控車床的總重量，對于提高車床抗扭抗壓強(qiáng)度、增強(qiáng)數(shù)控車床運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要的促進(jìn)作用。由于數(shù)控車床在高負(fù)荷下長時(shí)間持續(xù)運(yùn)作時(shí)會(huì)使軌道產(chǎn)生微量磨損和誤差偏移，為進(jìn)一步改善車床導(dǎo)軌的精度，應(yīng)對車床車座以及導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并安排專業(yè)的機(jī)床維護(hù)人員定期對數(shù)控車床軌道進(jìn)行維護(hù)及校準(zhǔn)。

3.3提高伺服系統(tǒng)傳動(dòng)精度

為了最大程度地提高伺服系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，在數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)階段就應(yīng)為其伺服系統(tǒng)選配高性能的配件，主要包括伺服電機(jī)、伺服進(jìn)給及控制單元等。同時(shí)，相關(guān)人員也應(yīng)重視對伺服系統(tǒng)的優(yōu)化工作。例如，在利用數(shù)控車床進(jìn)行圓弧軌跡加工作業(yè)時(shí)可將進(jìn)給軸設(shè)置為開環(huán)增益，有利于提高工件輪廓的加工精度[6]。車削加工過程中，進(jìn)給軸應(yīng)保持在45°位置，在傾斜的條件下開展車削作業(yè)將有助于提高數(shù)控車床的加工精度。

3.4合理控制數(shù)控車床刀具誤差

由于數(shù)控車刀自身偏圓角和刀尖圓弧的存在，數(shù)控車床在車削過程會(huì)因此而產(chǎn)生誤差。為有效降低刀具誤差對車削加工精度的影響，首先應(yīng)重視對刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對現(xiàn)有刀具的缺陷進(jìn)行分析并改進(jìn)。隨著數(shù)控車床自動(dòng)化程度的提高，刀具庫中各刀具的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡快得到統(tǒng)一，全面優(yōu)化刀具庫中刀具的結(jié)構(gòu)。其次，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)嵌入車刀誤差插補(bǔ)算法，對加工誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償修正，保障數(shù)控加工質(zhì)量。

4結(jié)語

為有效提高數(shù)控車床加工精度，在數(shù)控車床總體方案設(shè)計(jì)階段要做好整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件優(yōu)化工作，通過優(yōu)化改進(jìn)車床導(dǎo)軌并加強(qiáng)導(dǎo)軌維護(hù)校準(zhǔn)工作來改善數(shù)控車床導(dǎo)軌精度，在數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)階段做好伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的配件選擇及系統(tǒng)優(yōu)化工作，做好刀具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作并根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)誤差插補(bǔ)算法，對加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償修正，進(jìn)一步提高數(shù)控車床加工精度。

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧柏祥.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高策略[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（13）：62-63.

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[6]吳艷.探討數(shù)控車床加工精度的影響因素與對策[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（13）：67-68.

作者:楊大英 單位:信陽技師學(xué)院