数控车床技术加工精度工艺优化探究

余忠忠

摘要：随着我国经济的飞速发展，一些生产效率较低的工业设备已经被淘汰，工业市场急切需要一批高效的生产设备。而高效的生产设备与数控车床技术有着紧密联系，因此数控车床技术的应用领域也越来越广泛。精度作为数控车床技术的一项重要指标，密切影响着车床的正常运行。本文在分析影响数控车床精度因素的基础上，为优化车床加工精度提供建议，为促进我国的数控车床技术更快更好发展提供参考。

Abstract： With the rapid development of China's economy， some industrial equipment with low production efficiency has been eliminated， and the industrial market urgently needs a batch of efficient production equipment. Efficient production equipment is closely related to CNC lathe technology， so the application field of CNC lathe technology is more and more extensive. Accuracy， as an important index of CNC lathe technology， closely affects the normal operation of lathe. On the basis of analyzing the factors affecting the precision of CNC lathes， this paper provides suggestions for optimizing the machining precision of lathes， and provides reference for promoting the faster and better development of CNC lathes in China.

关键词：数控车床技术;加工精度;优化;探究

Key words： CNC lathe technology;machining accuracy;optimization;probe into

中图分类号：TP391                                    文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）10-0072-02

0  引言

随着经济的快速发展，车床技术的运用范围越来越广泛。但传统的车床技术很难满足现代工业的发展要求，因此迫切需要一种更加先进的技术来弥补传统车床技术的不足。数控车床技术应运而生，与传统车床技术相比，数控车床不仅自动化程度高，并且加工精度优良，更加符合现代工业发展的需求。众所周知，航天航空领域对于机械零件的精度要求很高，随着数控机床被引入航空航天等领域，对其加工技术的精度要求也随之提高。在数控机床领域里，数控车床技术应用较广，因此本文以数控车床技术为例，通过分析影响数控车床加工精度的因素，为优化数控车床技术加工精度提供参考。

1  数控车床概述

1.1 数控车床工作原理

数控车床是一种以传统车床为基础，将计算机数字化控制系统（简称 CNC系统）加入到传统车床主体的一种新型车床。与传统车床相比，数控车床不仅自动化程度较高，并且加工精度优良、加工效率较好，因此适用范围更为广泛。此外，数控车床与传统车床的工作原理也存在差异，它运用数控设备描述和编织要处理的零件，接着传送至计算机控制系统，最后进行加工。完成该过程需要使用数字传输设备、CNC设备、控制面板等，具体如图1所示。

根据图1，数控车床的具体工作流程如下：首先，操作人员要将需要加工的零件安装在机床的卡具上，接着通过控制面板将工件加工的具体参数（形状、尺寸、精度等）输入数控系统中，然后在数控系统中绘制需要处理的零件的信息（刀具移动轨迹等），并通过数控装置将上述信息转换为代码储存在程序中，之后将其传送到数控系统中，紧接着通过PLC系统将传输到控制系统的信息进行解码、计算，传输指令至电气回路、主轴伺服设备等其他辅助设备，最后，数控系统根据先前输入和转换的数据带动机床进行操作，制造满足需要的零件。

1.2 數控车床加工特点

与传统车床相比，数控车床在机械零件加工方面的明显优势在于使用了计算机数字化控制技术。主要表现有：①数控系统有较高的精确度，确保了零件的加工质量以及操作的稳定性和一致性;②数控系统可以通过编制程序来加工复杂多样的零件;③数控系统可以通过改变输入程序来控制加工零件，有效减少了计算零件尺寸、评估零件形状等时间;④由于自动化程度较高，因此数控车床的生产效率也较普通机床高出2-4倍;⑤数控车床不仅减少了工作人员的劳动强度，还增加了工作的安全性。

2  数控车床加工精度的影响因素

由于时代的发展，人们需要更加精密的机械零件，因此提高数控车床加工精度也成为了人们密切关注的行业问题。了解影响数控车床加工精度的因素是提高其操作精度的首要工作。据研究，机床本身的因素、驱动系统的精度、刀具参数是影响数控车床操作精度的主要因素。数控车床主体的具体工作流程见图2。

2.1 机床自身因素

对于数控车床本身而言，由于目前国内制造数控车床的厂商有很多，因此對于选材、设计、制造、安装、检测过程的要求也不尽相同，且存在厂家质量控制要求低等问题，直接导致了数控机床的制造过程难以按照严格流程进行且不能达到设计标准，甚至还存在运行稳定性差等问题。

2.2 驱动系统精度

目前，根据不同的控制系统，主要将数控车床的控制类型分为开环、闭环、半闭环三种。开环控制数控系统结构简单、价格便宜，适用于精度要求不高的工艺流程，主要通过步进电机来控制机床的加工、进给。与之相比，半闭环和闭环控制数控系统常用于加工精度要求较高的工艺。调查显示，在我国的民用市场中，半闭环控制数控系统的应用较广。但由于半闭环控制数控系统的检测元件一般安装在伺服电机或丝杆上，因此当伺服电机带动数控车床上的滚珠丝杆反转时，将引起反向间隙误差，而检测元件又不能立刻获取、传输该误差至数控系统，因此导致了传动误差，对加工精度产生不良影响。

2.3 刀具参数

一般来说，主要通过数控系统控制车刀对轴（或盘）类零件表面进行加工来获得所需的数控车床的形状和尺寸，因此数控车刀与零件的形状、尺寸有着密切联系。在实际生产和使用过程中，为了提高数控车床的加工精度，就必须将数控车刀的材料、角度、切削量等参数考虑其中。此外，在实际安装过程中，还应当把握车刀主偏角、同工件轴线高度差、刀尖过渡圆弧、车刀磨钝标准等参数。

3  数控车床加工精度的优化方案

3.1 选用科学合理的加工工艺

为了提高数控车床的加工精度，应当合理选用加工技术。在选择加工工艺时，应当从以下三方面入手：首先，为了保证加工效率以及提高加工精度，应当以简单、高效为原则，例如，在实际生产过程中选择箱体表面的铰孔方法时，应采取“小孔选铰，大孔选撞”的原理，即孔小选择铰孔，孔大选择撞孔的方式。铰孔方法也是影响加工精度的重要影响因素，只有确保铰孔方法的合理性，才能有效保证加工零件的精度;其次，在选择加工工序时，应当考虑加工需求、工件特点等因素，并且保证在加工过程中装夹能够一次完成该过程。同时，在选择工序时应坚持“集中”原则，若无法一次完成该过程，则需要减少更换刀具的次数以及改进加工方法。此外，若工件的质量要求较低，则可以选择粗加工，反之则选精加工;最后，应当在制定加工路线时注意缩短路线，减少刀具的空程时间以及简化无用的加工程序，增加企业的经济收益。

3.2 误差改进方法

改进误差也是提高数控机床加工工艺精度的重要手段。可以采用误差补偿法来提高加工产品的精度。所谓误差补偿法就是以系统的补偿功能为基础，结合软件和硬件，补偿现有的坐标轴，以此来提升加工工件的精度。此外，还有一种反向偏差补偿法。例如，当半闭环控制数控系统出现误差时，为了消灭潜在的误差，最好的解决方案就是使用反向偏差补偿来抵消。与误差补偿法相比。反向偏差补偿法最大程度地减少了零件的误差和潜在误差，并有效控制了数控机床加工工艺过程中的总误差。半闭环控制数控系统的工作原理如图3所示。当然，该方法也有弊端。它的使用成本远远高于误差补偿法，因此，为了考虑成本问题，应当在此基础上加强对误差解决方法的研究，争取早日实现低成本、低误差和高精度的数控机床加工过程。

3.3 对生产工艺优化处理

生产工艺也是影响数控车床加工精度的重要因素。例如，当数控车床对孔系进行加工时，加工路径和顺序的不准确会造成加工误差。由此看来，工作人员应当密切关注孔系的加工过程，必须规范生产工序，提高设计精度，合理安排生产过程。与此同时，还要时刻注意数控车刀的运行状态，确保其运行的稳定度，保证车刀在进行加工时处于最佳切削状态。最后，还应当及时更换磨钝的车刀。

4  结语

随着工业的发展，数控车床技术在我国工业领域发挥着越来越重要的作用。与传统车床相比，数控车床具有相对较高的自动化程度和精度。本文在分析了数控车床的加工原理、加工特点的基础上，发现对于数控车床技术来说，工艺精度起着决定性作用。接着探讨了影响工艺精度的主要因素并提出了优化方案，为我国的数控车床技术提供了建议和参考。

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