论文部分内容阅读
[摘 要]机械加工制造业的产品质量与数控车床的加工精度是直接挂钩的，因此，数控车床的制造者和使用者都应该在数控车床的加工精度方面多下功夫，以进一步改善数控车床的加工水平，促进我国机械加工工业的发展。
[关键词]数控车床；机械加工；高精准度
中图分类号：TP373 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0089-01
数控车床是机械加工产业一种较为常见的高精准度、高效率的自动化设备。数控车床的结构主要为多工位刀塔技术结构或者动刀刀塔技术机构，这便使得它具有优良的机械加工性能，能够加工不同类型的零件或者零件组合体；数控车床还具备一些补偿功能，如直线插补、圆弧插补等，这大大提高了零件、零件组合体的加工效率和精准度，同时也改善了圆弧、螺纹、蜗杆等复杂零件和零件组合体的质量。总之，数控车床极佳的加工性能、补偿功能、技术控制水平等都保障了加工制造企业进行低成本、高效率的生产。
1数控机床的组成及特点
數控车床主要由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置四大部分组成，具体如下：
（1）主机：主机主要由床身、主轴、立柱、进给机构（滑动丝杠进给机构、滚动丝杠、静压丝杠等）等机械部件构成，它是数控车床的主体，它主要用于完成切削加工工作。
（2）数控装置：数控装置主要包括输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置等，它是数控车床的中枢。数控装置接收输入介质的数据信息，并将其代码加以识别、储存、运算等，然后输出相应的指令，以驱动伺服系统，从而控制车床动作，它具备各种控制功能。
（3）驱动装置：驱动装置主要包括主轴驱动单元、主轴电机、进给单元、进给电机等，它是数控车床执行机构的驱动部件，它可以在数控装置的控制下，利用伺服系统，实现主轴驱动和进给驱动。它可以实现多坐标联动进给，准确定位工件，精准加工直线、平面曲线、空间曲线等。
（4）辅助装置：数控车床的辅助装置包括液压和气动装置、排削装置、交换装置、数控转台、刀具检测装置等，它是除主以外用M代码来控制的装置，是数控车床运行过程中必不可少的配套设施。数控车床的辅助装置发挥着辅助作用，如冷却、排屑、润滑、照明等，它自身包含冷却系统、自动换刀系统、排屑系统、夹具系统、交换系统和自动送料系统等。
2数控车床加工精度的影响因素
2.1伺服系统
伺服系统又被叫做随动系统、自动化控制系统和反馈控制系统，它能够精准地跟随或复现某一个过程。在了解了数控车床的基本工作原理后，不难得出伺服系统是整个数控车床的中枢系统，相当于数控车床的“心脏”。伺服系统可以通过驱动机床部件来转化为零件加工活动；伺服系统的控制精度是由其自身具备的电机驱动丝杠的传动精度决定的。在实际的机械零件、零件组合体加工过程中，数控车床一般采用的是闭环控制伺服进给系统，伺服系统在对丝杠传递信号后，丝杠会发生反向运转，这会导致短时间的空转状况；这一状况的产生会造成反向间隙误差，从而直接影响到工件加工的精密度、准确度。
2.2刀具参数
数控车床完成产品加工的过程是通过受程序控制的刀具进行产品切削的过程。在切削棒料零件的实际过程中，车刀轴线会产生一定的变化，刀尖圆弧半径越大，它产生的偏差便越大；车床刀的主偏角越小，轴线尺寸的变化就会越大。如果无法及时、有效地控制偏差，那么偏差便会越来越大。在设定数控车床中刀具的参数时，一定要从客观实际出发，遵循轴向尺寸变化规律，合理设置轴向位移长度，全面分析车刀的各项参数，如刀尖圆弧半径、主偏角、刀尖距等。在考虑产品特点的前提下进行程序编程，以科学分析、修正、减小刀具轴线偏差，从而完成预期理想的加工过程。
2.3切削用量的选择
切削用量指的是切削速度、进给量和切削深度，这三者也被称为切削三要素，这三个变量是工件加工精度和表面粗糙度的直接影响因素。在数控车床的粗车阶段，为了提高生产效率，一般会选择较大的背吃刀量，背吃刀量越大，切削力就越大，这很容易损坏刀具和工件，严重影响加工精度。进给量是在确认切削深度的基础上选择的，并根据公式计算出切削速度或者根据生产实际经验选取切削速度。在数控车床的精车阶段，对工件的精度要求大大提高，因此，精车阶段需要尽量选择较小的进给量和较快的切削速度；一定要留出适当的精度余量，根据精车余量选取背吃刀量。
3数控车床加工精度的控制方法
3.1误差补偿法
为实现数控车床加工精度的有效控制，可采取的方法之一为误差补偿法，通过对数控系统的补偿功能运用以坐标轴误差补偿的方式达到车床精度提升的效果。该方法相对经济且高效，通过硬件便可直接操作，为追求更高精度也可通过软件完成。具体操作方法包括：硬件误差补偿，如数控车床为半闭环伺服系统，可通过反向偏差给予补偿，使得加工零件的精度误差有效降低。如数控车床定位精度大于0.02mm，则可选用编程法予以补偿；编程法补偿，可保持机械原有状态下通过编程实现数控车床的插补加工。插补加工过程中插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补就可以满足零件的公差要求。通过对坐标位移指令值的补偿修正实现反向偏差的有效消减乃至消除。
3.2误差防止法
误差防止法即事前预防办法，主要就制造与设计进行优化进而达到消除误差源的效果。具体来讲，一方面可对数控车床零部件加工和装配精度进行提升，使得车床系统刚度得以强化，另一方面可对数控车床机械加工环境进行优化控制，避免加工环境恶化、温度失控，该方法相对传统但有着一定实际效果。误差防止法存在的缺陷在于其会使得车床性能与造价不断增加乃至呈几何级数关系增长。就实际操作而言，该方法可实现数控车床加工精度的提高，但达到一定精度后无法很难进一步提高，这对于追求更高生产品质的加工企业而言存在一定限制性。
3.3其它方法
如是由车刀几何参数引发的加工精度误差，则可通过编程中刀尖轨迹和零件加工轮廓与理想轮廓相符的方式实现，以人为计算的方式避免圆弧形刀尖轨迹产生相应误差。设计过程中可利用CAD软件进行绘制，在检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的值是否与程序中的值相符的前提下完成过程设计与实施。另外，还可通过提高床身导轨几何精度的方式有效控制数控车床加工精度。加工企业可不断提高数控车床的抗弯水平、抗扭水平，采用封闭式筒形结构，在保证数控车床稳定性的基础上强化床身导轨几何精度进而实现加工精度的有效提升。
参考文献
[1]周永良.数控车床精度分析及提高精度保持性措施[J].中国制造业信息化，2010，39（9）：78-80+84.
[2]解川一霖.数控车床加工精度影响因素分析[J].内燃机与配件，2018（9）：86.
[关键词]数控车床；机械加工；高精准度
中图分类号：TP373 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0089-01
数控车床是机械加工产业一种较为常见的高精准度、高效率的自动化设备。数控车床的结构主要为多工位刀塔技术结构或者动刀刀塔技术机构，这便使得它具有优良的机械加工性能，能够加工不同类型的零件或者零件组合体；数控车床还具备一些补偿功能，如直线插补、圆弧插补等，这大大提高了零件、零件组合体的加工效率和精准度，同时也改善了圆弧、螺纹、蜗杆等复杂零件和零件组合体的质量。总之，数控车床极佳的加工性能、补偿功能、技术控制水平等都保障了加工制造企业进行低成本、高效率的生产。
1数控机床的组成及特点
數控车床主要由主机、数控装置、驱动装置、辅助装置四大部分组成，具体如下：
（1）主机：主机主要由床身、主轴、立柱、进给机构（滑动丝杠进给机构、滚动丝杠、静压丝杠等）等机械部件构成，它是数控车床的主体，它主要用于完成切削加工工作。
（2）数控装置：数控装置主要包括输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置等，它是数控车床的中枢。数控装置接收输入介质的数据信息，并将其代码加以识别、储存、运算等，然后输出相应的指令，以驱动伺服系统，从而控制车床动作，它具备各种控制功能。
（3）驱动装置：驱动装置主要包括主轴驱动单元、主轴电机、进给单元、进给电机等，它是数控车床执行机构的驱动部件，它可以在数控装置的控制下，利用伺服系统，实现主轴驱动和进给驱动。它可以实现多坐标联动进给，准确定位工件，精准加工直线、平面曲线、空间曲线等。
（4）辅助装置：数控车床的辅助装置包括液压和气动装置、排削装置、交换装置、数控转台、刀具检测装置等，它是除主以外用M代码来控制的装置，是数控车床运行过程中必不可少的配套设施。数控车床的辅助装置发挥着辅助作用，如冷却、排屑、润滑、照明等，它自身包含冷却系统、自动换刀系统、排屑系统、夹具系统、交换系统和自动送料系统等。
2数控车床加工精度的影响因素
2.1伺服系统
伺服系统又被叫做随动系统、自动化控制系统和反馈控制系统，它能够精准地跟随或复现某一个过程。在了解了数控车床的基本工作原理后，不难得出伺服系统是整个数控车床的中枢系统，相当于数控车床的“心脏”。伺服系统可以通过驱动机床部件来转化为零件加工活动；伺服系统的控制精度是由其自身具备的电机驱动丝杠的传动精度决定的。在实际的机械零件、零件组合体加工过程中，数控车床一般采用的是闭环控制伺服进给系统，伺服系统在对丝杠传递信号后，丝杠会发生反向运转，这会导致短时间的空转状况；这一状况的产生会造成反向间隙误差，从而直接影响到工件加工的精密度、准确度。
2.2刀具参数
数控车床完成产品加工的过程是通过受程序控制的刀具进行产品切削的过程。在切削棒料零件的实际过程中，车刀轴线会产生一定的变化，刀尖圆弧半径越大，它产生的偏差便越大；车床刀的主偏角越小，轴线尺寸的变化就会越大。如果无法及时、有效地控制偏差，那么偏差便会越来越大。在设定数控车床中刀具的参数时，一定要从客观实际出发，遵循轴向尺寸变化规律，合理设置轴向位移长度，全面分析车刀的各项参数，如刀尖圆弧半径、主偏角、刀尖距等。在考虑产品特点的前提下进行程序编程，以科学分析、修正、减小刀具轴线偏差，从而完成预期理想的加工过程。
2.3切削用量的选择
切削用量指的是切削速度、进给量和切削深度，这三者也被称为切削三要素，这三个变量是工件加工精度和表面粗糙度的直接影响因素。在数控车床的粗车阶段，为了提高生产效率，一般会选择较大的背吃刀量，背吃刀量越大，切削力就越大，这很容易损坏刀具和工件，严重影响加工精度。进给量是在确认切削深度的基础上选择的，并根据公式计算出切削速度或者根据生产实际经验选取切削速度。在数控车床的精车阶段，对工件的精度要求大大提高，因此，精车阶段需要尽量选择较小的进给量和较快的切削速度；一定要留出适当的精度余量，根据精车余量选取背吃刀量。
3数控车床加工精度的控制方法
3.1误差补偿法
为实现数控车床加工精度的有效控制，可采取的方法之一为误差补偿法，通过对数控系统的补偿功能运用以坐标轴误差补偿的方式达到车床精度提升的效果。该方法相对经济且高效，通过硬件便可直接操作，为追求更高精度也可通过软件完成。具体操作方法包括：硬件误差补偿，如数控车床为半闭环伺服系统，可通过反向偏差给予补偿，使得加工零件的精度误差有效降低。如数控车床定位精度大于0.02mm，则可选用编程法予以补偿；编程法补偿，可保持机械原有状态下通过编程实现数控车床的插补加工。插补加工过程中插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补就可以满足零件的公差要求。通过对坐标位移指令值的补偿修正实现反向偏差的有效消减乃至消除。
3.2误差防止法
误差防止法即事前预防办法，主要就制造与设计进行优化进而达到消除误差源的效果。具体来讲，一方面可对数控车床零部件加工和装配精度进行提升，使得车床系统刚度得以强化，另一方面可对数控车床机械加工环境进行优化控制，避免加工环境恶化、温度失控，该方法相对传统但有着一定实际效果。误差防止法存在的缺陷在于其会使得车床性能与造价不断增加乃至呈几何级数关系增长。就实际操作而言，该方法可实现数控车床加工精度的提高，但达到一定精度后无法很难进一步提高，这对于追求更高生产品质的加工企业而言存在一定限制性。
3.3其它方法
如是由车刀几何参数引发的加工精度误差，则可通过编程中刀尖轨迹和零件加工轮廓与理想轮廓相符的方式实现，以人为计算的方式避免圆弧形刀尖轨迹产生相应误差。设计过程中可利用CAD软件进行绘制，在检查所使用刀具的刀尖圆弧半径的值是否与程序中的值相符的前提下完成过程设计与实施。另外，还可通过提高床身导轨几何精度的方式有效控制数控车床加工精度。加工企业可不断提高数控车床的抗弯水平、抗扭水平，采用封闭式筒形结构，在保证数控车床稳定性的基础上强化床身导轨几何精度进而实现加工精度的有效提升。
参考文献
[1]周永良.数控车床精度分析及提高精度保持性措施[J].中国制造业信息化，2010，39（9）：78-80+84.
[2]解川一霖.数控车床加工精度影响因素分析[J].内燃机与配件，2018（9）：86.