數控車床加工精度影響因素及改進策略分析

張玉香

（錦州市機電工程學校，遼寧 錦州 121007）

0 引言

作為現代化機械加工設備之一的數控車床，可助力各行業產品精加工的實現，且能大幅提升加工效率及精準度，從而提高各行業的經濟效益。但是，現階段市場面向產品提出更高精細度要求，而數控車床實際運行中可能面臨伺服系統、數控軌道等因素影響的緣故，無法保證加工精度，也就難以滿足產品高精度的需求。基于此，設計及控制人員在數控車床設計與操作實踐中有必要對各類因素予以綜合考慮，以帶動數控車床加工精度的全面提升。

1 數控車床概述

1.1 工作原理

數控車床實質上便是在普通車床中引入計算機數字化控制系統（CNC系統），涉及了多項現代化科學技術的應用，在機械加工行業中得到了廣泛應用[1]。從工作原理來看，數控車床與傳統車床的區別在于依托數控設備描述待加工零件并編制語言，同時向計算機控制系統傳輸后展開后續操作，該流程中應用了CNC裝置、數字傳輸設備及控制面板等。圖1呈現了數控車床硬件組成部分。

圖1 數控車床硬件組成

工作人員在機床本體卡具上裝置待加工零件后。通過控制面板的應用輸入待加工零件加工形狀、尺寸及精度等加工要求至CNC系統內；工作人員依托CNC系統完成刀具移動軌跡等零件需加工信息的繪制，同時CNC裝置會轉化上述信息為代碼并在程序中完成記錄后，向數控系統傳輸；控制系統接收到傳輸的信息后，結合PLC系統展開譯碼、運算，并向主軸伺服裝置、電氣回路及相關輔助裝置傳達指令，機床在CNC系統各裝置的帶動下，依據提前錄入及轉化的數據完成零件的精細化加工。

1.2 特點

引入CNC系統的數控車床，相比傳統機床而言在零件加工方面的優勢顯著，主要包含“四高”，分別為：一是加工精度高。CNC控制系統具備極高的精準度，引入數控車床中后，能保障機械零件加工一致性及穩定性。二是加工深度高。CNC控制系統通過多種程序的匯編，能夠聯動多個坐標，故而支持具備更復雜形狀的機械零件的加工[2]。三是工作效率高。該系統在輸入程序調整的前提下可實現不同加工零件的控制，能減少計算評估零件的時間，因此具備更高的工作效率。四是自動化程度高。數控車床支持批量加工零件，能夠減輕操作人員工作強度，具備遠超傳統機床的工作效率。

2 數控車床加工精度影響因素

2.1 電氣伺服系統影響

數控車床加工零件時，負責車床正常運轉的電氣伺服系統，是影響車床實際運行效果的主要因素之一，其準確度高低會對零件加工精度構成直接影響。應用數控車床加工各種機械零件時，需對刀具及零部件位置予以重點關注和嚴格把控，運轉中的伺服電機可前移或后調滾珠絲杠，而在調整兩者位置的過程中，伺服驅動與滾珠絲杠中一旦有轉動誤差問題產生，必然會影響零部件加工精度，甚至導致零部件無法使用或失效。

2.2 數控軌道影響

數控車床加工零件時，車床本身軌道位置同樣可能影響零件的加工精度，且其偏差越大時，構成的影響也會隨之增長。具體加工中，需提前精準測量并校對各個零件的具體位置，該步驟是加工的必要前提，會對數控車床加工精度構成直接影響。而在加工實踐中，當車床軌道出現小量偏移或程度不一的磨損等情況時，零部件加工精度都會下降。同時，操作人員如果出現有誤的操作引起了車床軌道偏移，難以保證零部件加工質量達標。

2.3 逼近誤差與圓整誤差影響

逼近誤差表示編程零件輪廓時，通過近似或擬合理念算法的應用，在控制精確值的基礎上逼近零件基礎誤差。如果出現偏低的精確值，零部件加工精度就會受影響。應用數控車床加工制作零部件時，需提前做好編程作業任務，不規則外形零部件的加工中涉及了數學相關知識的應用，如近似對非圓線性處理，零部件曲線輪廓可用直線輪廓取代。但是，雖然該方法呈現出一定優勢，但形成的零部件輪廓形狀可能無法或難以重合待加工目標輪廓形狀，此時就會有加工誤差產生。圓整誤差表示加工實踐中應用圓軌跡或圓弧運動加工時，此類運動軌跡與實際數值間有較大誤差存在。部分數控車床是由電機負責控制刀具實際運行軌跡，步進電機產生的脈沖往往決定了刀具最小運動距離，處于工作狀態的數控車床工件，操作至圓整脈沖當量值時，難免會有圓整誤差產生，進而對加工部件尺寸及規格構成影響。

2.4 車床熱變形誤差影響

工作中的數控車床，可能會受到不同類型熱源的影響，當車床有發熱的情況出現后，元件可能出現膨脹，甚至出現嚴重變形，此時會阻礙程序運行的有序性，進而影響車床加工實際精度。同時，車床車刀切削過程中，會有摩擦熱產生，且當外部環境溫度產生變化后，同樣會導致車床元件溫度局部不均勻，此時就會帶給機械運轉一定的影響，且元件體積大小可能會因溫度影響產生變化，對于高精度設備的數控車床而言也就會構成嚴重影響[3]。此外，當元件體積與設備實際要求不符合時，會出現絲杠軸心線傾斜、車刀切削角度偏移等問題，以致無法保障待加工零件精度。

2.5 切削刀具影響

數控車床工作中會使用刀具切削零件，由于刀具本身具備刀尖圓弧及主偏角，因此在切削時難免會有程度不一的誤差形成，且在不斷加工零件的過程中會逐步擴大此類誤差。同時，切削速度、深度及進給量也會對待加工零件表面粗糙程度及精度構成影響，如初加工階段為促進效率的提高多選擇較大背吃刀量，越大的背吃刀量具備越大的切削力，稍有不慎就會損壞刀具和零件，進而影響加工精度。

2.6 程序運行

數控車床運行中，有著順序與規范極為嚴格的控制系統，工作人員如果未參照對應的程序實施操作，數據處理有誤差、操作順序不科學，或數控車床運行程序欠缺合理性，會帶給程序正常運行一定的影響，進而造成加工精度出現誤差的情況。

3 數控車床加工精度影響改進策略

3.1 電氣伺服系統影響的改進策略

作為數控車床關鍵組成之一的電氣伺服系統，是決定車床運行穩定性、有序性的重要因素，同時與車床加工精度間的關聯十分密切，是影響零部件加工質量的主要內容。基于此，要想保證數控車床加工精度，就必須關注電氣伺服系統準確性的提高，在伺服系統設備選擇中適當提高性能指標，可供選擇的包含伺服電機、伺服進給單元及伺服控制單元等。同時，要注重伺服控制系統的持續優化。結合伺服系統加工圓環或圓弧等零件時，應當精確設計進給軸，設計為開環增益，以便促進加工零部件輪廓時精度的提升。此外，零件實際加工過程中，需維持進給軸在45°的位置，加工時處于此類傾斜角度能為零部件質量及精度提供可靠保障，以便加工結束后能獲取與相關需求完全符合的零件。

3.2 車床導軌影響的改進策略

數控機床實際運轉中，為了避免車床床身可能引起的精度誤差影響，有必要優化設計導軌及底座。針對功能要求較多的數控車床，在設計中可優先選擇斜床身方案，挑選適宜的筒形結構，做好車床重量的控制，并酌情改進制造工藝。保持一定切削載荷的情況下，通過筒形結構的應用，能為數控車床本身的穩定性提供保障，并最大限度降低幾何誤差。滑動導軌的安裝中，明確零件加工精度要求的同時，以規范流程為根據展開安裝，并做好潤滑油的填充，不僅能降低摩擦系數，且有利于數控機床幾何精度的提高，從而為零件加工精度提供保障[4]。此外，在導軌選擇中應當著重突出實用性這一指標，確保其具備能滿足工作實際需要的負載能力，以此帶動車床加工水平、精度的提高。

3.3 細化誤差補償措施

補償誤差措施的實施中，需高度重視逼近誤差和圓整誤差兩類。有關逼近誤差的補償方面，需突出擬合思想、近似算法應用的精準性，實現對零件外廓型的精準計算與勾勒，由此降低控制系統補償誤差。同時，在控制圓整誤差方面，可結合硬件處理做好前期預防工作，或是結合軟件處理對誤差精度值展開彌補，最大限度規避可能出現在實際加工中的不確定性因素。此外，工件或工藝如有重復定位的需要時，數控加工前應做好相關測量誤差測算工作，規避測量誤差的產生，提高計算量的準確性，為后續深度精細加工中掌控工件誤差精度范圍提供保障，以此促進產品加工質量及精度的提高。

3.4 嚴格控制溫度

鑒于生產車間溫度變化可能會對數控車床加工精度構成影響，所以相關管理人員有必要做好車間溫度的嚴格控制，全面優化整個生產加工環境，消除過高或過低溫度的情況，避免設備因熱脹冷縮而受到影響。針對摩擦熱等難以避免的溫度升高情況，工作人員可引入相應的改善措施，最大限度消除此類影響，為數控車床加工精度提供保障。同時，可進行冷卻回路的建造，已實現溫差的精準控制，減少形成的熱量，為數控車床提供適宜的運行環境。

3.5 合理減少刀具偏差

數控車床實施零件加工作業的過程中會涉及到刀具，但刀具往往存在偏圓角或者刀尖圓弧的特征，在開展加工作業時容易出現一定誤差。所以應當對數控車床零件加工過程中的刀具實施合理調整，從而盡可能避免因為刀具誤差而導致零件質量不達標[5]。一方面，應當對刀具結構實施優化調整，刀具設計工作人員應當全面掌握刀具可能存在的缺陷和問題，同時根據數控車床加工實際要求實施有針對性地調整，數控車床屬于一種自動化水平較高的設備，所以在刀具配置過程中應當對所有刀具都按照統一的標準予以設計，同時將刀具庫內部所有刀具都進行結構優化，如此一來能夠在很大程度上避免因為刀具導致的加工誤差。另一方面應當根據刀具具體特征對誤差實施準確計算，再根據計算結果來進行誤差修補，在開展加工作業時對加工過程中可能出現的誤差予以有效修正，從而保證數控車床加工中相關零件的精度。

3.6 注重自動編程水平的提升

數控車床是圍繞預先編寫的程序運行，故而數據編程會帶給加工精度直接影響。自動編程中，需為原點位置提供精準性保障，嚴格遵循統一編程基準、設計基準、工藝基準的原則，且編程原點需要一致于圖紙基準。計算數據的過程中，要確保能夠獲取精準的計算結果。同時，突出工序安排的合理性也能規避加工中可能出現的誤差，所以在工序編制中需詳細分析毛坯剛性、變形及零件加工要求，并做好粗加工與精加工順序及比例的確定。

4 結束語

在數控車床加工作業中開展好精度控制，對可能影響加工精度的因素進行有效管控，制定有針對性的解決措施，可以在很大程度上保障零件加工的準確性，讓最終得到的零件尺寸能夠滿足設計標準。所以專業技術人員必須要引起充分重視，明確可能影響加工精度的因素，制定有效處理方案，確保數控車床加工作業的有效開展。