基于數控車工的高精度零件加工與質量控制策略研究

孫勇

摘 要：數控車床在機械加工行業中發揮著重要作用，不管是生產螺紋零件，還是生產軸類零件，數控機床都首當其沖，且具有易操作、效率高以及精度高等優勢。現階段，數控車零件加工質量還存在很大提升空間，所以，為進一步提升加工精度高且外形不規范的零件質量，需要對數控車床進行有效調整。本文通過分析數控車工高精度零件加工的相關影響因素，提出高精度零件加工質量的有效控制措施。

關鍵詞：數控車工 高精度零件 質量控制

最近幾年，隨著社會主義市場經濟的飛速發展，工業對機器加工產品的品質需求也越來越高，特別是一些高精密的零部件，對產品的加工精度和品質有著極高的需求。數控車床是高精度零件加工的重要載體，很多零件的加工都需要用到數控車床，然而，隨著現代加工水平不斷提升，數控車床加工效率很難滿足高精度零件加工需求。這就需要有效控制數控車高精度零件加工的影響因素[1]。現階段，數控車工零件加工質量還存在很大提升空間，所以，為提升外形不規范但具有較高加工精度的零件質量，有必要調整數控車床。本文通過分析數控車工高精度零件加工的相關影響因素，提出高精度零件加工質量的有效控制措施，以期能夠為提升數控車工高精度零件加工質量奠定基礎。

1 數控車床的構成及作業原理

1.1 數控車床的構成

高精度零件生產加工中，數控車床構成包括：（1）主機。這是CNC機床的主要工作部件，主要由立柱、床身及切割加工部件等組成。（2）驅動器。驅動設備是執行數字控制機床的驅動構件，它由主軸驅動、主軸電機、進給電機和進給電機等組成。在該數控設備的控制下，利用電子伺服或電液壓伺服系統來驅動主軸和進給驅動。（3）數控裝置。數控裝置包含數控車的軟硬件設備，其工作內容主要是有效輸入與存儲零部件加工程序，同時處理分析大量數據，充分發揮車床控制功能[2]；（4）輔助裝置。該裝置是保證數控車床穩定運行的基礎，同時也是車床運行的配套設施。數控車床運行期間，輔助裝置所發揮的功能包括冷卻、照明、潤滑和排屑等。

1.2 數控車床的作業原理

通常情況下，CNC機床都是按照工藝模型的特點進行零件的加工，其工作原理如圖1所示。多功能工作站、加工區域等被安置在 CNC機床內，每天的工作量很大，而且加工面很寬，而且具有補償性的加工和復合的加工功能，可實現高精密工件的高速切削。數控車床是一種與計算機和機械相連的機械加工裝置，它包括了測控裝置、電源設備和感應設備等，它可以使它的加工自動控制能力得到很好的利用，這就需要操作員向數控機床提出一個加工過程，以確保該機床能按照系統的命令進行作業，通過控制道具達到機械零部件高精度加工目標。

2 數控車工高精度零件加工質量控制的重要性

在沒有使用數控車床之前，一直都是用的普通車床，這類機床以人工作業為主，在加工過程中，要對人眼、三抓卡盤和轉盤等存在的誤差進行有效控制，才能提高零件的加工品質，這樣的工藝效率和準確性都不高，而且還不能進行大規模的生產，難以適應目前快速發展的社會和經濟需要。隨著科學技術的發展，對零件的增加需求越來越大，而 CNC機床正逐漸代替一般的機床來進行零件的制造。在數控車削時，企業只需要將編程好的 NC代碼輸入到機器的控制系統中，然后由車床按照指定的路徑進行切割。在現代化的機床裝備中， CNC機床得到了越來越多的使用，它對提高機床的生產品質，提高機床的制造水平具有重要意義。在全球經濟一體化的今天，機床的市場競爭力越來越強，而一個國家的機床制造水平，也可以從側面反映出該國的生產實力，有助于實現國際競爭環境中機械競爭力的提升[3]。目前很多西方發達國家都將數控加工設備與CNC技術視為國家重點發展戰略，提升其技術實力，不斷汲取發達國家經驗與先進技術，為國家制造水平的提升做出重要貢獻。

3 數控車工高精度零件加工的影響因素

有研究表明，CNC機床的加工精度和生產的實際需要有較大的誤差。在高精密工件的制造過程中，由于編程、設備、程序等諸多方面的原因，對機床的加工質量也有較大影響。通常情況下，我們會選取機床的制造誤差與工藝誤差之比，如果鑄造零件的精度要求更高，那么 CNC機床的誤差就會更大[4]。所以，要提高鑄造工藝的精度，使之符合生產要求，就必須嚴格控制機床精度的各種影響因素，同時與加工實際相結合，針對性優化與改善，由此才有助于數控車床加工精度的提升。（表１）

3.1 伺服系統驅動因素

CNC機床伺服控制系統的執行機構對高精密工件的制造有著重要的影響，一般通過伺服驅動裝置來驅動機床夾具裝置，從而達到高精密的工件的制造。其工藝過程是：通過數控車對滾珠絲杠監控、伺服和驅動電機的幫助，來確保高精密的數控機床外形的制造。但是，在實際生產中，由于滾珠絲杠驅動的誤差，會對機床的加工精度產生很大的影響。在實際的工作中，螺桿必須反轉機構，這時極易發生空轉，繼而產生反轉的齒隙偏差。CNC機床在受到外界的作用時，會產生扭轉，導致某些加工區域產生彈性間隙，嚴重制約了機床的加工精度。

3.2 車刀控制因素

在數控機床模具制作過程中，為了滿足模具的形狀需求，必須切割出合適的刀具。在切削刀具時，刀具的控制表面及主軸的大小極易發生誤差，從而導致零件的切削變形。這就需要在CNC機床的編程過程中盡量選擇最優的切削參數，同時，由于刀具的運動路徑難以精確地進行，還會產生切削誤差等問題[5]。

4 基于數控車工的高精度零件質控策略

4.1 控制伺服系統驅動誤差

當進行CNC機床的設計時，必須對伺服傳動進行嚴密控制，才能將其控制在優化的區間內。有效控制伺服傳動的制造偏差，首先要從對傳動裝備的運轉特征環節展開優化，對傳動裝備進行高效調節，從而保證對機床在行駛的過程中能夠實現高效管理。在此基礎上，對伺服傳動系統的載荷和氣壓進行進一步的優化，使得伺服傳動能夠對各零件進行高效的負載，從而提高被加工零件的控制精度。為了提高CNC機床的精度，在加裝了伺服裝置之后，還要對機床的加工狀態做好最優控制工作。

4.2 機床切削參數控制

（1）正確地選用工具。在進行CNC機床的切削之前，要先考慮到刀具的材質，在選用刀具的時候，除了要有較好的韌性、硬度和耐磨性之外，還要有耐高壓和耐高溫的能力。目前最常見的切削工具為硬質合金及高速鋼，其高溫性能優于高速鋼（1000C），且具有優異的高溫性能（硬度和耐磨性）。

（2）工具的選擇。通過合理選取刀尖偏離主軸中心、刀尖半徑及主傾角等工具參數，可以實現對工件的徑向、軸線方向的精確控制。在選用時，要綜合考慮工件材料、加工要求和機型等因素，才能決定最優的加工工藝。

（3）工件的定位方法。在對工件進行定位時，應盡可能減少切削用量，采用CNC機床結合裝夾，有利于提高工件裝夾的效率；該方法不僅節省了加工周期，還能適用于多種部件的緊固，具有較好的經濟效果。

4.3 嚴格控制車刀運行幾何精度

數控車床中，車刀幾何精度通常會直接影響到高精度零件加工，基于該情況，數控車床設計師需要基于實際生產條件，在制造工藝中，對車體的導向實施持續的優化和改進，從而使得車刀的幾何精度得到進一步的提高，從而使得其具有良好的擠壓性能和制造精度，并且能夠對車刀的使用狀況進行有效調控。在刀具制造過程中，為了使CNC機床的功能得到最大程度的利用，一般都是采用傾斜的方式來展開整個結構的設計，這樣可以更好地提高CNC機床的承載能力和彎曲性能。

4.4 誤差補償的改進

數控車床在加工高精度零件期間，采用誤差補償技術能夠大幅提升數控車床實際加工效率，該技術是對當前坐標軸的有效補充，采用軟、硬件相結合的方法，對高精度零件進行加工。對0.5級閉環控制進行了研究，由于逆向偏差會導致工件的定位精度下降。這種偏離應該通過逆向錯誤補償來消除。類似于零件加工精度限制，誤差補償技術可對當前的數控車床進行合理利用，不需要改變原有設計，大大節約了生產成本。除此之外，還采用了帶針送料的滾珠絲桿的誤差補償方法。由于在數控機床的生產過程中，由于釘形供料的精度很可能會造成CNC機床精度的誤差，因此，CNC機床控制器應該選用間隙補償的方法；以補償滾珠螺桿的偏移，從而提高 CNC機床滾珠螺桿的使用壽命和穩定性。

4.5 應用最佳加工工藝

為實現數控車床高精度零件加工精度的提升，一方面，對CNC機床進行高效的操控，另一方面，對切削方式和制造工藝進行高效地調控，提高高精密工件的制造效率和精度，從而提高工件的制造質量。因此，第一，要對 CNC控制裝置的加工過程進行嚴密的控制，盡量一次就把高精密的部件制作出來，若不能一次成功地完成；要盡量減少更換的次數，把精細機床和粗機床分開，實現高精度零點加工質量的提升[7]。除此之外，還要優選數控車床工藝路徑，在行走軌跡的選取上，縮短了機床的工作周期，增加了工具的切割效率，去除了不必要的工作步驟；從而達到提高 CNC機床工藝經濟效益的目的。在對高精密工件進行數控機床加工之前，必須先進行調試，然后重新編程，然后再啟動，這時的 CNC機床才能實現自動化的生產，直到制造過程的結束。操作員要進行工藝程序錄入、工具制作、編程、監測生產狀況、組裝與拆解。減少工作強度，實現機床運行智能化，除此之外，數控車床加工期間，要精準掌握表面粗獷度和精確度，對這一數值進行計算過程中，還應進一步精簡，以降低數控機床工作量。

4.6 誤差防止策略

制定誤差預防策略，在數控車床設計和生產期間，不斷提升車床夾具零件精準度，從整體層面縮減工藝精度偏差。但對零件制造商來說，基于原有數控車床，往往難以提升零件加工精確度，這就需要更改原有數控車床。因此，防錯策略具有較高使用成本[8]。

5 數控車工高精度零件質量控制的優化方案

5.1 提升操作工能力，強化對刀和狀態精確性

在數控車床加工期間，刀具控制是加工高精度零件的重要環節，操作難度比較大。刀具校準和裝夾精確性，會對后續高精度零件加工步驟產生直接影響，同時還將對工件的加工精度進行控制，提高對高精密零部件的制造品質具有重要意義。目前，刀對刀的詳細劃分有手動刀和自動刀刀兩種，其中手動刀比較常見。在切削過程中，手工對刀極易引起不正常的對刀問題，導致工具發生非正常的磨損，因此，提高作業人員的工藝技術，搞好作業人員對刀和裝刀技能的培訓，是提高工件的加工質量的重要途徑。

5.2 利用仿真軟件增加數控程序的合理性和準確性

在當今科學技術飛速發展的今天，各種仿真仿真軟件層出不窮，CNC仿真仿真系統，幫助設計者精確地完成編程代碼的校驗；在實際的生產工藝中，可以將高精密的零件的工藝進行可視化的展示，在對零件進行仿真切割的時候，可對其進行檢查，以此優化源程序代碼，實現高精度零件加工質量的提升。

6 結語

總而言之，數控車床是機械加工生產的基礎和重要載體，具有自動化程度高、運行效率高等優勢，優化改進數控車床技術，有助于提升數控車床高精度零件加工質量，鞏固我國在全球機械制造產業中的地位，進而實現我國的世界威望與綜合國力的提升。

參考文獻：

[1]蔣莉，李清江，劉世爽，等.數控車床零件加工工藝與尺寸精度研究[J].機械工程師，2023（06）：138-141.

[2]胡偉，張凱，劉瑤.一種拖拉機盤座類零件“以車代磨”加工工藝研究[J].拖拉機與農用運輸車，2023，50（03）：83-85.

[3]王艷萍.基于提高數控車床加工精度的工藝優化[J].科技資訊，2023，21（10）：63-66.

[4]陳向文.內孔類零件車床鏜削工藝的改進措施與應用[J].福建農機，2023（01）：37-39.

[5]戚曉楠，閆澤旺，趙光裕，等.數控車床高精密柔性快換工裝設計與試驗[J].機械研究與應用，2023，36（01）：162-165.

[6]黃吉祥.數控車床加工工藝標準化流程優化措施研究[J].造紙裝備及材料，2023，52（02）：126-128.

[7]平艷玲.數控車床加工薄壁零件的工藝及參數選擇[J].南方農機，2023，54（03）：145-147.

[8]湯蔡松.薄壁零件數控車工加工工藝的探討[J].內燃機與配件，2021（21）：101-102.