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數(shù)控車床加工精度影響因素分析

2019-5-20 來(lái)源：丹東市技師學(xué)院作者：解川一霖

摘要：隨著數(shù)控車床制作工藝和技術(shù)的不斷提高，其在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，由于數(shù)控車床的精度控制直接影響著加工機(jī)械產(chǎn)品的精度，因此引起了業(yè)界和學(xué)術(shù)界的重視和關(guān)注。本文以數(shù)控車床加工精度影響因素為研究課題，首先介紹了數(shù)控車床的工作原理和及其工作特點(diǎn)，然后詳細(xì)分析了數(shù)控車床加工精度的影響因素，并提出了提高數(shù)控車床加工精度的方法和措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床；加工精度；影響因素；方法

1、數(shù)控車床工作原理及其工作特點(diǎn)

1.1 數(shù)控車床的工作原理

數(shù)控車床是一種高精度、高柔性和高效率的自動(dòng)化機(jī)床，其組成部分主要包括動(dòng)力源、電子控制單元、機(jī)械本體、伺服系統(tǒng)和傳感器等。其配備動(dòng)力刀塔或者多刀位刀塔，加工的復(fù)雜工件包括直線圓柱、斜線圓柱以及各種螺紋、槽、蝸桿。其工作原理有別于普通車床，通過(guò)對(duì)零件圖紙進(jìn)行加工程序的編制，然后將編程系統(tǒng)輸入CNC裝置，然后CNC裝置經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理，把命令直接傳輸給伺服系統(tǒng)即執(zhí)行機(jī)器，執(zhí)行機(jī)器根據(jù)指令要求驅(qū)動(dòng)機(jī)械本體各部件加工出零件圖紙要求的零件成品。

1.2 數(shù)控車床工作特點(diǎn)

數(shù)控車床相比傳統(tǒng)車床，有著以下幾個(gè)方面的優(yōu)越性能，第一，配備的動(dòng)力刀塔或者多刀位刀塔能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜工件的加工制造；第二，高自動(dòng)化，能夠同時(shí)完成不同零件的加工制造，提高生產(chǎn)效率；第三，高精度，工作穩(wěn)定性高；第四，高精密性，對(duì)于工作人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高。

2、數(shù)控車床加工精度影響因素分析

車床的加工精度一般受材料、安裝、檢測(cè)、環(huán)境以及制造工藝等諸多方面的影響，就其加工精度而言，一般由車的精度、編程精度、伺服精度和插補(bǔ)精度組成。在數(shù)控車床加工精度影響因素中，較為常見(jiàn)的是伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)誤差、車刀參數(shù)變化等方面影響數(shù)控車床加工精度，當(dāng)然從數(shù)控車床加工精度的四個(gè)組成部分分析，每個(gè)組成部分出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)對(duì)數(shù)控車床的加工精度造成影響，如車床本身幾何誤差、車床輔助性能下降等也是數(shù)控車床加工精度失控的主要原因之一。下面就兩種常見(jiàn)的影響因素進(jìn)行詳細(xì)的分析：

2.1 車刀參數(shù)變化因素

數(shù)控車床的加工過(guò)程主要是在編程控制車刀對(duì)零件進(jìn)行切削達(dá)到設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)準(zhǔn)完成的，在對(duì)棒料類進(jìn)行車削加工時(shí)，由于其軸線尺寸以及車削加工的車刀本身存在主偏角和刀尖圓弧半徑會(huì)存在一定的偏差，并且這個(gè)偏差與刀尖圓弧半徑成正比，與主偏角成反比，所以在類似材料進(jìn)行車床加工時(shí)，要根據(jù)加工器件的特點(diǎn)以及計(jì)算出來(lái)的準(zhǔn)確誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行程序編制，修正因?yàn)檐嚨兜都鈭A弧半徑、主偏角、刀尖與零件中心高度偏差造成數(shù)據(jù)車床加工精度出現(xiàn)的誤差。

2.2 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素

伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素造成數(shù)控車床加工精度出現(xiàn)問(wèn)題，其具體過(guò)程包括數(shù)控車床的定位是有滾珠絲杠完成的，伺服系統(tǒng)是車床加工的驅(qū)動(dòng)中心，滾珠絲杠通過(guò)伺服系統(tǒng)的控制完成指定位置的移動(dòng)，而在這個(gè)移動(dòng)過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)空運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象導(dǎo)致的反向間隙誤差，同時(shí)，數(shù)控車床在外力作用下完成傳動(dòng)狀態(tài)會(huì)出現(xiàn)彈性變形，由于機(jī)床各部位受力不均衡導(dǎo)致彈性間隙進(jìn)而引起加工控制精度的變化。

3、提高數(shù)控車床加工精度的方法

3.1 誤差防止法

誤差防止法主要是通過(guò)優(yōu)化機(jī)床的構(gòu)造，提前消除影響數(shù)控車床加工精度的因素，避免誤差的出現(xiàn)。這種事先預(yù)防的方法能夠很好地解決可能存在誤差源的影響因素，但是誤差防止法的應(yīng)用需要結(jié)合數(shù)控機(jī)床改造成本以及數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)和部件升級(jí)換代等方面的實(shí)際狀況，避免因?yàn)閷?duì)機(jī)床構(gòu)造的優(yōu)化加大企業(yè)的投入成本和改造不當(dāng)造成的數(shù)控車床報(bào)廢和難以升級(jí)換代的事情發(fā)生。

3.2 誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償法主要通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)的自我補(bǔ)償功能，對(duì)車床坐標(biāo)軸存在的誤差源進(jìn)行補(bǔ)償，這種方法既能夠通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件來(lái)完成。如針對(duì)半閉環(huán)私服系統(tǒng)數(shù)控車床上的車刀變化因素引起的誤差，對(duì)反向偏差進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)編程的方法，或者通過(guò)相應(yīng)的軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件和刀具的定位，減少加工零件的精度誤差。

3.3 做好數(shù)控車床的整體設(shè)計(jì)

在我國(guó)數(shù)控車床制造企業(yè)中，大多采用主機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)，重要功能部件外購(gòu)，這樣能夠有效地降低車床的制造成本。因此在數(shù)控車床的整體設(shè)計(jì)中，一定要遵循等剛度的設(shè)計(jì)原則，避免因?yàn)閯偠炔痪鈱?dǎo)致的車床局部結(jié)構(gòu)變形過(guò)大的事故發(fā)生；另外，數(shù)控車床主軸系統(tǒng)的熱態(tài)性能的設(shè)計(jì)中，由于車床熱誤差在制造完成后很難進(jìn)行改進(jìn)，因此需要在設(shè)計(jì)階段給予充分的重視，在主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中結(jié)合好“熱對(duì)稱”理論，講最容易出現(xiàn)誤差源的零件放置在熱對(duì)稱面上，消除因?yàn)橄潴w發(fā)熱造成的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

4、結(jié)語(yǔ)

數(shù)控車床作為一項(xiàng)集現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)于一體的機(jī)電一體化設(shè)備。其能夠加工各種復(fù)雜工件，推動(dòng)了復(fù)雜器件批量化生產(chǎn)的發(fā)展步伐，既提高了制造企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)也為企業(yè)到來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的飛速發(fā)展，提高了數(shù)控車床的工作效率，相應(yīng)的也對(duì)加工精度也提出了新的要求，因此，確保每個(gè)組成部分的精度控制，熟練掌握數(shù)控車床的操作技巧，才能夠保障機(jī)械器件的性能，為社會(huì)生產(chǎn)出性能優(yōu)越的生產(chǎn)產(chǎn)品和生活產(chǎn)品。

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