数控车床的加工精度影响因素及提升方法

童叙豪 蔡嘉宾

摘要：数控车床因为其高精度和高柔性化的零件制造模式能较好地兼顾生产效率与零件加工质量，所以在现代机械制造行业之中已经得到相当广泛的应用。但在实际生产中，由于数控车床的系统误差与加工人员的不规范操作，加工精度难以精确控制，导致零件良品率偏低。基于这一近况，本文从数控车床的组成与加工流程出发，阐述影响数控车床加工精度的因素，并从数控车床系统、零件制造工艺和人员劳务角度提出一些提升加工精度的方法。

Abstract： Numerical control lathe has been widely used in modern machinery manufacturing industry because of its high precision and high flexibility of parts manufacturing mode， which can give better consideration to production efficiency and parts processing quality. But in the actual production， due to the system error of CNC lathe and the nonstandard operation of processing personnel， it is difficult to accurately control the machining accuracy， resulting in the low yield of parts. Based on this situation， starting from the composition and processing flow of CNC lathe， this paper expounds the factors that affect the machining accuracy of CNC lathe， and puts forward some methods to improve the machining accuracy from the perspectives of CNC lathe system， parts manufacturing process and labor service.

关键词：数控车床;加工精度;提升方法

Key words： CNC lathe machining;accuracy;improvement method

中图分类号：TG659                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）14-0194-02

0  引言

现代化数控车床一般由输入/输出装置、数控装置、伺服装置、检测和反馈装置等部分组成。数控车床的工作流程：①操作者根据数控车床的编程方法编制成加工程序，加工程序要体现被加工零件的工艺信息和零件的几何信息;②将加工程序输入数控车床，检查程序的可执行性;③数控车床根据加工程序生成刀具路径，以电信号传递至输入装置;④由输入装置送往数控装置，数控装置接收处理运算程序后，按照XZ等各坐标轴的分量将信息传输给伺服装置，伺服装置中的伺服电机带动车床的整体运动，使得刀具等其他装置和辅助装置按照加工程序，加工出零件。综上所述，数控车床在机械制造流程中有数控车床和操作者两大基础要素，因此解决数控车床的加工精度控制问题也应从这两大基础要素着手。

1  数控车床加工精度的主要影响因素

1.1 刀具参数的影响  数控车床中的刀具体系是数控车床的主要组成部分。为了适应快速加工的相关要求，数控车床经常使用自动换刀系统进行工件表面的加工。数控车床加工过程中，车刀的规格、参数和特性影响着数控车床使用性能，进而决定着精密零部件的加工水平。针对目前部分车间出现刀具使用规格不标准的情况，可对传统车削加工方式进行调整，促使加工条件满足最新要求。[1]例如，在数控车床使用车刀进行加工的过程中，经常出现因为操作人员对于控制数控车床加工精度的技能不熟练而导致圆弧半径偏差和车刀主偏角随着加工次数的增加而导致偏差不断扩大的问题。如果数控车床的操作人员不能及时地了解加工所用刀具的主偏角和圆弧半径的变化状况，并且对加工程序进行相对应的修正，使得加工出的工件表面较为粗糙，将导致加工零件无法达到图纸的相关要求。因此，在数控车床的使用过程中需要学会使用合适的刀具和程序进行工件的加工。

1.2 伺服系统的影响  伺服系統实现了数控车床与机床本体间的电传动，同时伺服系统也是数控车床的执行部分。伺服系统包括了驱动机构和执行机构两大机构，伺服系统的工作原理是将数控装置输入车床的脉冲信号经过放大驱动车床的执行机构完成相应的加工指令。在实际加工的过程中，操作人员需要使用伺服系统完成从毛坯到零件的这一关键性转变。由于伺服系统对于传动系统中的滚珠丝杠具有驱动能力，操作人员如果不能及时对该因素进行合理控制，滚珠丝杠将因为发生间隙偏差而影响加工精度。

1.3 圆整误差的影响  圆整误差指的是在数据处理时，将工件的坐标值四舍五入圆整成整数脉冲当量值而发生的误差。脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量，普通等级数控车床的脉冲当量要大于精密级别的数控车床。价格较低的数控车床通常会采用步进电机进行控制，当对零件的尺寸进行实际控制时，只能够圆整到脉冲当量，圆整误差对于数控车床的加工精度将会造成不利影响，需要采取相对应的误差来减小圆整误差。

1.4 编程误差的影响  在进行数控车床的加工过程中，需要根据车床的实际情况进行合理的编程，根据图纸在数控机床上进行编程时，会存在编程误差，这主要是由于数控机床内部的数学逻辑问题导致的，对于这种编程误差通常采用插值法或者直接提高数控车床的分辨率，从而降低误差，提高精度。[2]

1.5 数控车床导轨的影响  在实际生产过程中，数控车床所承担的加工任务往往较为繁重，因此导轨精度对于数控车床的工件加工同样有着很大的影响，随着数控车床使用次数的不断增加，数控车床的导轨将不可避免的产生自然磨损。倘若不对数控车床磨损严重的部件及时进行更换，将严重影响到数控车床的加工质量。因此数控车床的操作人员在使用数控车床之前应该认真检查车床的部件情况，在重视加工速度的同时更要重视加工精度。

2  提高加工精度的方法

2.1 降低数控车床的刀具误差  根据不同的加工要求，在加工过程中往往会使用多种刀具，例如常见的刀具种类有外圆刀、螺纹刀、切槽刀、钻孔等，不同加工刀具的使用势必会对工件的加工精度造成一定的影响。在实际加工之中需要采用刀具半径补偿措施，才能有效提高加工精度。为了减少车刀的刀尖圆弧半径、主偏角等对加工精度的影响，在编程时可以加入误差补偿和处理代码，优化数控车削程序来减少累積误差[3]。同时可以根据生产车间的加工情况建立一份专门的刀具使用管理办法，对于刀具的使用实现一刀一制、专人专管。数控车床在经过长时间的运行之后，对于使用磨损较大的刀具和刀架及时进行更换，避免产生加工误差。同时针对不同的工件选择不同的刀具和切削方法，有效提高加工精度。

2.2 解决伺服系统误差的措施  伺服系统对于数控车床的加工起到了举足轻重的作用，由此我们必须重视由于伺服系统所带来的加工误差。伺服系统不仅会对数控车床的加工精度产生影响，同时也会影响到加工完成的产品质量。在条件允许的情况下，应当为伺服系统配置高性能的组件，例如配备一些性能较好的驱动系统等。这一措施可以减少伺服系统对于数控车床加工精度所产生的影响。同时在使用数控车床的加工过程中，对于伺服系统的相关参数及时进行调整由此减小伺服系统带来的加工误差。

对于伺服系统的控制措施主要有以下3点：①在使用数控车床对工件进行单轴直线加工时，伺服系统的速度误差只会导致工件的加工完成到达停止的时间有所延迟，并不会对工件的加工精度产生影响。②在车削加工的过程中，伺服系统经常被用来进行圆环或圆弧形的加工;在加工过程中对于伺服系统应当采用开环增益，不同位置的开环增益不同将对加工精度造成不良影响，同时进给轴的不同位置需要开环增益相同。③通过对于数控车床进给轴角度的反复测试，可以得出位于45度的位置时加工完成效果最好。

2.3 误差补偿法  在数控车床的实际使用过程中，误差补偿法经常会被用来减少圆整误差和编进误差对于产品质量所产生的影响。误差补偿法是通过在对工件进行实际性的加工之前，考虑可能会存在的误差影响因素，提前采取手段消除在实际加工中可能会存在的不确定性因素。常见的误差补偿法主要是通过数控车床的控制系统进行误差控制，同时也需要考虑工件的具体情况采取具体的误差补偿方法。例如，在数控车床采用半闭环伺服系统实际加工过程中，经常会出现反向偏差的问题，对于反向偏差这一类问题，需要采取相关的误差补偿措施，减少对定位精度造成的不良影响。同时也可以采用偏差补偿的方法消除其对于零件加工精度的不利影响。在保证车床低速单向定位的基础上进行插补加工，反向问题是考虑的重点内容，在把握好间隙值以后进行适当的插补处理，进而提高零件加工的精度。[4]

2.4 优化整体结构设计  数控车床作为零件加工的重要主体，因为其设计的优化程度关系到各环节零部件加工情况，所以利用创新设计主机结构、引进高质量部件、优化各生产环节等措施都能对加强数控车床零件加工工作起到重要作用。[5]目前国内使用的大部分数控车床都是国内自主研发制造完成的，设计人员在进行数控车床的相关设计时需要考虑进一步优化数控车床的整体结构，同时充分考虑数控车床在实际生产过程中可能会出现的各种误差，例如车床的导轨精度等，对误差提前进行针对性的设计。同时可以结合别国先进的数控车床设计理念，将设计方案转化成实际的生产力，从而有效提高数控车床的加工精度。

2.5 选择合适的加工工艺与流程  数控车床的操作人员同样需要在加工零件时选择合适的加工工艺与流程，例如在加工零件的过程中有时候会存在空程过多的情况，这时候需要加工人员根据加工需求编制合适的加工程序。如果数控车床的加工工艺与流程不符合加工的相关要求，那么最后加工完成所得到的工件精度同样会无法满足相关要求。加工人员需要根据零件的精度要求选择最为合适的加工方案有效提升工件的精度，并且将科学合理加工思想一以贯之。

2.6 加强设备日常管理与员工培训  对于数控车床的加工操作，企业需要根据自身的实际情况和未来发展规划制定合理可行的数控车床加工日常管理办法，将加工操作具体化制度化。企业需要安排专人负责加工质量的监管工作，同时在日常工作过程中及时发现问题解决问题，一切从提高工件的加工精度出发。对于员工上岗之前需要进行数控车床的系统化培训，不仅仅是理论部分的培训同时需要进行实际操作方面的培训。此外，目前常见的数控车床软件有CAM、UNIG等，这些程序的熟练使用将有效提高加工精度。企业需要定期定时组织员工进行培训，提高员工的职业素养同时也是提升产品质量的有效手段。

3  结语

影响数控车床加工精度的核心要素在于数控车床与操作者的交互，数控车床系统性能限制了操作者的加工邻域与操作上限，操作者凭借经验与感知调整数控机床的设置参数以保证数控机床的加工质量。采用性能优良的数控车床甚至是某个核心部件、应用工艺性良好的加工方法，提高操作者职业素养将显著提升数控车床加工精度的控制能力，进而保障零件的加工质量。控制好数控车床加工精度是充分发挥数控车床在机械制造领域的高精度、高柔性化和智能化的关键命题，解决数控车床加工精度问题将推动中国机械制造向世界先进水平发展。

参考文献：

[1]时小广.数控车床加工精度的影响因素及提高措施研究[J].科技与创新，2020（19）：128-129，131.

[2]邓柏祥.数控车床加工精度的影响因素及提高策略[J].内燃机与配件，2020（13）：62-63.

[3]曾凡柏，徐志鹏.数控车床加工精度的影响因素分析及对策[J].南方农机，2019，50（3）：47.

[4]李明星.基于数控车床加工精度的影响因素分析及应对策略探究[J].冶金与材料，2020，40（4）：41.

[5]李婷.数控车床加工精度的影响因素与控制策略[J].南方农机，2020，51（18）：154-155.