數控車床加工精度的影響因素及提高策略研究

楊大英

（信陽技師學院, 河南 信陽 464000）

引言

隨著我國機械加工制造業的快速發展，對數控加工精度的要求也越來越高，這也給數控車床加工領域帶來了新的挑戰。在數控車床加工過程中，對產品加工精度和質量的科學控制尤為重要。

本文對數控車床加工精度的影響因素展開了全面分析，并對數控車床加工精度的提高策略展開了研究。

1 提高數控車床加工精度的重要意義

1.1 進一步提升數控車床加工技術水平

隨著科學技術水平的快速提升，各行各業對機械加工制造業的需求持續高漲。制造業是實體經濟的重要支撐，數控車床加工技術水平的提升是加工制造業整體水平提升的重要標志。與傳統車床相比，數控車床的廣泛應用已經大幅提升了數控加工的整體技術水平。而數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控車床加工精度和效率。因此，為進一步提升數控車床的加工技術水平，就要逐步消除影響數控車床加工精度的各項因素。

1.2 拓寬數控車床在制造業領域中的應用范圍

數控車床以其加工精度高、生產效率突出的優勢正快速取代傳統機床，快速提升的數控加工技術水平使得數控車床在機械加工制造業領域中的應用范圍越來越廣泛，而影響數控車床加工質量的各項因素也在制約著其在機加工制造業領域中的普及，部分高精尖制造領域對于數控車床的加工精度有著更高的要求，高精度工件的機加工工藝依舊有很大的提升空間[1]。

由此，對數控車床加工精度的影響因素以及提高策略進行研究對于拓寬其在制造業領域中的應用范圍具有重要意義。

2 數控車床加工精度的主要影響因素分析

2.1 切削車刀規格及幾何參數誤差

數控車床操作人員在加工各類工件時，車刀會按照程序規劃的走刀路徑對工件進行車削加工。由于車刀偏角和圓弧半徑的存在，加工精度會因車刀在車削工件時的軸線尺寸誤差而降低，軸向尺寸誤差則會隨著車刀圓弧半徑變化。

這就要求操作人員能準確理解軸向尺寸與車刀位移長度之間的關系，考慮到車刀規格及其幾何參數導致的潛在軸向尺寸誤差，結合車刀移動軌跡對該位移長度進行優化調整，完善數控車床的工藝加工流程[2]。同時，數控車床操作人員要從車刀圓弧半徑、刀尖距等細節參數入手來完善數控車床加工程序的編制工作。

2.2 電氣伺服系統傳動誤差

利用數控車床車削工件時，電氣伺服系統可通過滾珠絲杠來控制車刀的平面移動。伺服電機通過驅動滾珠絲杠來實時調整車刀與工件之間的相對位置，因而伺服系統在運行過程中會將絲杠滑臺傳動誤差傳遞給刀具與工件之間的相對位置，導致刀尖未能完全按照程序規劃軌跡移動，直接降低了數控車床的加工精度[3]。

因此，數控車床電氣伺服系統的傳動誤差與其加工精度有著緊密的聯系，操作人員應重視對伺服傳動系統進行定期維護，降低傳動誤差對加工精度的影響。

2.3 數控車床導軌偏移誤差

數控車床運行過程中，其導軌的相對位置偏移誤差始終存在，會對數控車床的加工精度產生顯著的影響。操作人員應在開展加工作業之前對數控車床導軌的相對位置偏差進行測量和校準，這是提高數控車床加工精度的重要措施。同時，數控車削加工過程中車床導軌也會產生無規則的磨損，導致刀尖位置出現微量偏移，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范進行操作而導致數控車床導軌產生偏移誤差的情況，也會影響車削加工質量。

2.4 圓整及編程誤差

在利用數控車床進行圓弧軌跡車削加工時，刀尖實際運行軌跡與理論規劃軌跡之間的偏差即為圓整誤差。以步進電機作伺服驅動的數控車床為例，由于步進電機脈沖驅動控制決定了刀尖的最小移動距離，刀尖在步進伺服系統驅動下的實際運行軌跡不可避免地會與程序規劃的理論運行軌跡存在圓整誤差，步進電機脈沖當量便直接影響到了工件的加工精度。

數控車床會由于數控系統內部邏輯運算的問題而產生編程誤差，進而產生與圓整誤差類似的問題[4]。編程人員可通過插補法來提高刀具運動軌跡的分辨率，從而降低編程誤差，提高數控車床加工精度。

2.5 數控車床結構幾何精度

在利用數控車床加工工件時，編程及操作人員應對車刀規格和車削速度進行合理控制。而在實際操作中相關人員往往未能完全按照工藝技術要求進行作業，會造成數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，數控加工工藝流程的應用成效也會因相關人員未能落實精細化操作措施、技術管理及操作經驗不足等問題而被弱化，間接影響了數控加工的精度。此外，數控車床自身結構的幾何精度問題也會對加工精度產生直接影響。

3 提高數控車床加工精度的有效策略

3.1 優化數控車床總體設計方案

在數控車床總體設計方案的規劃階段，相關設計及工程人員應對數控車床主機結構進行不斷創新，注重引入剛度高及精度高的零部件，并在數控車床設計及加工制造過程中做好總體及局部的優化工作。同時應對數控車床主軸形變問題進行優化處理，注重對數控車床主軸箱系統的熱態性能的優化控制，并對數控車床重心位置進行科學調整，以最大程度地提高數控車床的整體結構及關鍵部件幾何精度，進而提高數控加工精度及質量[5]。

3.2 改善數控車床導軌精度

在數控車床總體結構設計階段，可采用斜床造型機體以降低數控車床的總重量，對于提高車床抗扭抗壓強度、增強數控車床運行穩定性具有重要的促進作用。

由于數控車床在高負荷下長時間持續運作時會使軌道產生微量磨損和誤差偏移，為進一步改善車床導軌的精度，應對車床車座以及導軌結構進行優化改進，并安排專業的機床維護人員定期對數控車床軌道進行維護及校準。

3.3 提高伺服系統傳動精度

為了最大程度地提高伺服系統的傳動精度，在數控車床總體設計階段就應為其伺服系統選配高性能的配件，主要包括伺服電機、伺服進給及控制單元等。同時，相關人員也應重視對伺服系統的優化工作。例如，在利用數控車床進行圓弧軌跡加工作業時可將進給軸設置為開環增益，有利于提高工件輪廓的加工精度[6]。車削加工過程中，進給軸應保持在45°位置，在傾斜的條件下開展車削作業將有助于提高數控車床的加工精度。

3.4 合理控制數控車床刀具誤差

由于數控車刀自身偏圓角和刀尖圓弧的存在，數控車床在車削過程會因此而產生誤差。為有效降低刀具誤差對車削加工精度的影響，首先應重視對刀具結構的優化設計，設計人員應對現有刀具的缺陷進行分析并改進。隨著數控車床自動化程度的提高，刀具庫中各刀具的設計標準應盡快得到統一，全面優化刀具庫中刀具的結構。其次，數控系統內應嵌入車刀誤差插補算法，對加工誤差進行實時補償修正，保障數控加工質量。

4 結語

為有效提高數控車床加工精度，在數控車床總體方案設計階段要做好整體結構及關鍵部件優化工作，通過優化改進車床導軌并加強導軌維護校準工作來改善數控車床導軌精度，在數控車床總體設計階段做好伺服驅動系統的配件選擇及系統優化工作，做好刀具結構的優化設計工作并根據刀具結構特點設計誤差插補算法，對加工誤差進行補償修正，進一步提高數控車床加工精度。