龍昌演

(貴州振華華聯(lián)電子有限公司，貴州凱里，556000)

1 前言

數(shù)控車床作為一種先進(jìn)的機(jī)械加工設(shè)備，對(duì)于各行業(yè)產(chǎn)品的精加工具有重要意義，當(dāng)前數(shù)控車床不僅極大地提升了加工效率，在精準(zhǔn)度上也得到了顯著提高，能夠?yàn)楦餍袠I(yè)帶來巨大的利潤[1]。然而，由于市場對(duì)于產(chǎn)品的精細(xì)度要求逐漸提高，數(shù)控車床的加工精度還需要得到進(jìn)一步提升，數(shù)控車床的加工精度可能會(huì)受到伺服精度、編程精度、補(bǔ)償精度與車的精度等因素的影響，同時(shí)還會(huì)受到環(huán)境、安裝、材料等方面的影響。因此，設(shè)計(jì)和控制人員需要綜合考慮各種因素，并對(duì)其加以控制，全面提高數(shù)控車床加工精度。

2 數(shù)控車床的加工作業(yè)原理

數(shù)控車床在加工過程中能夠根據(jù)各種形狀要求，對(duì)工件進(jìn)行加工(見圖1所示)。數(shù)控車床通常配備有多個(gè)工作工位和多功能加工區(qū)域，有加工范圍廣泛和大量加工的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有完成復(fù)雜加工和補(bǔ)償加工的功能，能夠便捷、高效地完成工件加工工作[2]。數(shù)控車床是集計(jì)算機(jī)與機(jī)械于一身的先進(jìn)加工設(shè)備，通常包括傳感裝置和控制裝置以及動(dòng)力裝置等，能夠?qū)崿F(xiàn)一定的自我控制功能，操作人員需要為數(shù)控車床提前編制相應(yīng)的加工流程，然后數(shù)控車床會(huì)根據(jù)系統(tǒng)指令來完成加工流程，控制刀具進(jìn)行加工作業(yè)。

圖1 數(shù)控車床工作示意圖

3 影響數(shù)控車床加工精度的具體因素

根據(jù)調(diào)查顯示當(dāng)前的數(shù)控車床的加工精度與實(shí)際需求存在較大誤差(如表1所示)。在加工過程中，加工效能高低受到諸多方面因素影響，例如設(shè)備、程序、編制等因素，不同的影響因素也會(huì)對(duì)數(shù)控車床的加工精度造成不同程度的影響。誤差計(jì)算通常以數(shù)控車床加工誤差與總加工誤差的比例為準(zhǔn)，當(dāng)工件對(duì)數(shù)控車床加工精度要求較高時(shí)，數(shù)控車床加工誤差與總加工誤差比例會(huì)更高。因此，為了有效提高工件的加工精度，滿足實(shí)際需求，相關(guān)工作人員需要了解和控制數(shù)控機(jī)床的各種精度影響因素，結(jié)合實(shí)際加工情況進(jìn)行改進(jìn)，只有這樣才能夠切實(shí)提高數(shù)控機(jī)床加工效能。

表1 當(dāng)前的數(shù)控車床的加工誤差

3.1 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素

數(shù)控車床的加工精度會(huì)受到伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素的影響，通常而言，伺服系統(tǒng)可以通過驅(qū)動(dòng)車床的各項(xiàng)裝置對(duì)工件進(jìn)行加工，其具體操作過程為：利用數(shù)控車床的定位滾珠絲杠來伺服電機(jī)，對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和控制，以保證數(shù)控車床順利完成加工任務(wù)[3]。此時(shí)滾珠絲杠的傳動(dòng)誤差就可能會(huì)影響到數(shù)控車床的加工精度。數(shù)控車床通常會(huì)采用半閉環(huán)控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)數(shù)控車床的電機(jī)進(jìn)行控制，在工匠的加工過程中，絲杠需要進(jìn)行反方向運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)很有可能出現(xiàn)空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致反向間隙誤差的出現(xiàn)。數(shù)控車床的傳動(dòng)設(shè)備還有可能在外力作用下出現(xiàn)彎曲變形的情況導(dǎo)致部分區(qū)域的受力出現(xiàn)彈性間隙，影響到數(shù)控車床整體的加工精度。

3.2 車刀控制影響因素

在數(shù)控車床進(jìn)行工件加工的過程中，需要對(duì)材料進(jìn)行切削，達(dá)到工件所需形狀，在車刀的運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)車刀控制與軸線尺寸存在一定偏差的問題，使得工件加工出現(xiàn)誤差。因此，在數(shù)控車床進(jìn)行編程時(shí)，盡管設(shè)置了合理的加工參數(shù)，也可能會(huì)因車刀運(yùn)行軌跡難以控制，而導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)誤差。

4 提高數(shù)控車床加工精度的應(yīng)對(duì)策略

4.1 伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)因素誤差控制

在數(shù)控車床的設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能將加工精度控制在合理范圍內(nèi)[4]。具體而言，伺服系統(tǒng)的誤差控制需要從改善驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)態(tài)性能方面入手，對(duì)整個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行更新，或更換性能更加卓越的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，以確保數(shù)控車床在驅(qū)動(dòng)過程中能夠得到良好的控制。除此之外，伺服系統(tǒng)的誤差控制還需要提高裝置的抗壓水平和承載能力，確保伺服系統(tǒng)能夠有效承載機(jī)械零件，提高對(duì)加工零件控制的精確性。在數(shù)控車床安裝好伺服裝置后，還需要根據(jù)實(shí)際的加工需求，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，加強(qiáng)對(duì)于數(shù)控車床的誤差控制。

4.2 控制車刀運(yùn)行的幾何精度

車刀的運(yùn)行幾何精度能夠最直接地影響到數(shù)控車床的加工精度，因此，數(shù)控車床的設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際加工需求，從力學(xué)角度改善數(shù)控車床的車身導(dǎo)軌，提高其幾何精度，確保整個(gè)導(dǎo)軌具有良好的精度和抗壓能力，能夠有效控制車刀的運(yùn)行。在車刀的運(yùn)行過程中，為了更好地發(fā)揮數(shù)控車床的各方面功能，當(dāng)前許多數(shù)控車床選擇使用斜床造型代替過去復(fù)雜的鑄件整體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有效提高數(shù)控車床的抗彎水平和承載能力。

4.3 誤差補(bǔ)償改進(jìn)策略

誤差補(bǔ)償是一種常見的提高數(shù)控車床加工精度的關(guān)鍵措施。誤差補(bǔ)償主要是對(duì)已存在坐標(biāo)軸的補(bǔ)償，它可以通過硬軟件相結(jié)合的方法整體提高產(chǎn)品精度。在半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，反向偏差可能會(huì)影響到定位精度，因此在誤差補(bǔ)償過程中，應(yīng)當(dāng)注意采用反向偏差補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ窒@一誤差。誤差補(bǔ)償相對(duì)于在設(shè)計(jì)方面進(jìn)行加工精度控制而言，能夠有效利用現(xiàn)有的數(shù)控車床，而不需要進(jìn)行更換，對(duì)于降低成本起到了關(guān)鍵作用。除此之外，誤差補(bǔ)償法還包括在絲桿進(jìn)給作業(yè)中，對(duì)滾珠絲桿進(jìn)行補(bǔ)償。在數(shù)控車床進(jìn)行加工的過程中，絲桿進(jìn)給的準(zhǔn)確性會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度產(chǎn)生誤差，這類誤差通常難以在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行控制。特別是針對(duì)螺紋的加工，由于通常采用橫縱聯(lián)動(dòng)的形式，橫縱絲桿之間的縫隙必然會(huì)導(dǎo)致螺紋加工出現(xiàn)較大誤差，數(shù)控機(jī)床的控制人員需要采取間隙補(bǔ)償措施對(duì)滾珠絲桿的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，盡可能消除間隙，提高數(shù)控車床滾珠絲桿的性能與使用年限。

4.4 誤差防止策略

誤差防止策略需要在數(shù)控車床的設(shè)計(jì)和制造階段對(duì)車床機(jī)械零件的精度進(jìn)行改進(jìn)，確保從整體上減少加工精度的誤差。但對(duì)于制造業(yè)而言，在原有的數(shù)控車床基礎(chǔ)上進(jìn)行精度提升難度較大，通常需要對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行更換，因此，誤差防止策略的應(yīng)用成本比較高。

4.5 選用適當(dāng)?shù)募庸すに?/h3>

提升數(shù)控車床的加工精度，不僅需要對(duì)數(shù)控車床本身進(jìn)行控制，還應(yīng)當(dāng)對(duì)其加工工藝和加工方法等方面進(jìn)行控制，確保加工精度和生產(chǎn)效率，提升工件加工質(zhì)量。具體而言，首先數(shù)控車床控制人員應(yīng)當(dāng)對(duì)加工工序進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能一次性完成工序，對(duì)于不能一次性完成的工序，要注意減少刀具的更換次數(shù)，對(duì)粗、細(xì)加工進(jìn)行區(qū)分，盡可能提高加工精度和生產(chǎn)效率。同時(shí)，還需要優(yōu)化數(shù)控車床的加工路線，在運(yùn)行路線選擇時(shí)，注意縮短加工時(shí)間，提高刀具的使用率，去除無用的加工工序，促進(jìn)數(shù)控車床加工經(jīng)濟(jì)效益提升。數(shù)控機(jī)床加工前是經(jīng)調(diào)整好后，輸入程序并啟動(dòng)，機(jī)床就能有自動(dòng)連續(xù)地進(jìn)行加工，直至加工結(jié)束。操作者要做的只是程序的輸入、編輯、零件裝卸、刀具準(zhǔn)備、加工狀態(tài)的觀測、零件的檢驗(yàn)等工作，勞動(dòng)強(qiáng)度大降低，機(jī)床操作者的勞動(dòng)趨于智力型工作。除此之外，在數(shù)控車床的加工過程中，還需要對(duì)表面精度和粗糙度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在計(jì)算數(shù)值時(shí)必須進(jìn)行簡化，減少工作量。

5 結(jié)語

我國制造業(yè)近年來取得了蓬勃發(fā)展，這與數(shù)控車床的廣泛應(yīng)用是分不開的。提升數(shù)控車床加工精度對(duì)于各行業(yè)的產(chǎn)品精度提升都具有重要作用，因此相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)判斷并分析數(shù)控車床加工精度的影響因素，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制，采取一系列有效應(yīng)對(duì)策略，力求將因素對(duì)加工精度的影響降到最低，為提高我國數(shù)控車床的加工精度做出一定貢獻(xiàn)，進(jìn)一步推動(dòng)制造業(yè)的飛速發(fā)展。