基于数控车工的高精度零件加工与质量控制策略研究

孙勇

摘 要：数控车床在机械加工行业中发挥着重要作用，不管是生产螺纹零件，还是生产轴类零件，数控机床都首当其冲，且具有易操作、效率高以及精度高等优势。现阶段，数控车零件加工质量还存在很大提升空间，所以，为进一步提升加工精度高且外形不规范的零件质量，需要对数控车床进行有效调整。本文通过分析数控车工高精度零件加工的相关影响因素，提出高精度零件加工质量的有效控制措施。

关键词：数控车工 高精度零件 质量控制

最近几年，随着社会主义市场经济的飞速发展，工业对机器加工产品的品质需求也越来越高，特别是一些高精密的零部件，对产品的加工精度和品质有着极高的需求。数控车床是高精度零件加工的重要载体，很多零件的加工都需要用到数控车床，然而，随着现代加工水平不断提升，数控车床加工效率很难满足高精度零件加工需求。这就需要有效控制数控车高精度零件加工的影响因素[1]。现阶段，数控车工零件加工质量还存在很大提升空间，所以，为提升外形不规范但具有较高加工精度的零件质量，有必要调整数控车床。本文通过分析数控车工高精度零件加工的相关影响因素，提出高精度零件加工质量的有效控制措施，以期能够为提升数控车工高精度零件加工质量奠定基础。

1 数控车床的构成及作业原理

1.1 数控车床的构成

高精度零件生产加工中，数控车床构成包括：（1）主机。这是CNC机床的主要工作部件，主要由立柱、床身及切割加工部件等组成。（2）驱动器。驱动设备是执行数字控制机床的驱动构件，它由主轴驱动、主轴电机、进给电机和进给电机等组成。在该数控设备的控制下，利用电子伺服或电液压伺服系统来驱动主轴和进给驱动。（3）数控装置。数控装置包含数控车的软硬件设备，其工作内容主要是有效输入与存储零部件加工程序，同时处理分析大量数据，充分发挥车床控制功能[2]；（4）辅助装置。该装置是保证数控车床稳定运行的基础，同时也是车床运行的配套设施。数控车床运行期间，辅助装置所发挥的功能包括冷却、照明、润滑和排屑等。

1.2 数控车床的作业原理

通常情况下，CNC机床都是按照工艺模型的特点进行零件的加工，其工作原理如图1所示。多功能工作站、加工区域等被安置在 CNC机床内，每天的工作量很大，而且加工面很宽，而且具有补偿性的加工和复合的加工功能，可实现高精密工件的高速切削。数控车床是一种与计算机和机械相连的机械加工装置，它包括了测控装置、电源设备和感应设备等，它可以使它的加工自动控制能力得到很好的利用，这就需要操作员向数控机床提出一个加工过程，以确保该机床能按照系统的命令进行作业，通过控制道具达到机械零部件高精度加工目标。

2 数控车工高精度零件加工质量控制的重要性

在没有使用数控车床之前，一直都是用的普通车床，这类机床以人工作业为主，在加工过程中，要对人眼、三抓卡盘和转盘等存在的误差进行有效控制，才能提高零件的加工品质，这样的工艺效率和准确性都不高，而且还不能进行大规模的生产，难以适应目前快速发展的社会和经济需要。随着科学技术的发展，对零件的增加需求越来越大，而 CNC机床正逐渐代替一般的机床来进行零件的制造。在数控车削时，企业只需要将编程好的 NC代码输入到机器的控制系统中，然后由车床按照指定的路径进行切割。在现代化的机床装备中， CNC机床得到了越来越多的使用，它对提高机床的生产品质，提高机床的制造水平具有重要意义。在全球经济一体化的今天，机床的市场竞争力越来越强，而一个国家的机床制造水平，也可以从侧面反映出该国的生产实力，有助于实现国际竞争环境中机械竞争力的提升[3]。目前很多西方发达国家都将数控加工设备与CNC技术视为国家重点发展战略，提升其技术实力，不断汲取发达国家经验与先进技术，为国家制造水平的提升做出重要贡献。

3 数控车工高精度零件加工的影响因素

有研究表明，CNC机床的加工精度和生产的实际需要有较大的误差。在高精密工件的制造过程中，由于编程、设备、程序等诸多方面的原因，对机床的加工质量也有较大影响。通常情况下，我们会选取机床的制造误差与工艺误差之比，如果铸造零件的精度要求更高，那么 CNC机床的误差就会更大[4]。所以，要提高铸造工艺的精度，使之符合生产要求，就必须严格控制机床精度的各种影响因素，同时与加工实际相结合，针对性优化与改善，由此才有助于数控车床加工精度的提升。（表１）

3.1 伺服系统驱动因素

CNC机床伺服控制系统的执行机构对高精密工件的制造有着重要的影响，一般通过伺服驱动装置来驱动机床夹具装置，从而达到高精密的工件的制造。其工艺过程是：通过数控车对滚珠丝杠监控、伺服和驱动电机的帮助，来确保高精密的数控机床外形的制造。但是，在实际生产中，由于滚珠丝杠驱动的误差，会对机床的加工精度产生很大的影响。在实际的工作中，螺杆必须反转机构，这时极易发生空转，继而产生反转的齿隙偏差。CNC机床在受到外界的作用时，会产生扭转，导致某些加工区域产生弹性间隙，严重制约了机床的加工精度。

3.2 车刀控制因素

在数控机床模具制作过程中，为了满足模具的形状需求，必须切割出合适的刀具。在切削刀具时，刀具的控制表面及主轴的大小极易发生误差，从而导致零件的切削变形。这就需要在CNC机床的编程过程中尽量选择最优的切削参数，同时，由于刀具的运动路径难以精确地进行，还会产生切削误差等问题[5]。

4 基于数控车工的高精度零件质控策略

4.1 控制伺服系统驱动误差

当进行CNC机床的设计时，必须对伺服传动进行严密控制，才能将其控制在优化的区间内。有效控制伺服传动的制造偏差，首先要从对传动装备的运转特征环节展开优化，对传动装备进行高效调节，从而保证对机床在行驶的过程中能够实现高效管理。在此基础上，对伺服传动系统的载荷和气压进行进一步的优化，使得伺服传动能够对各零件进行高效的负载，从而提高被加工零件的控制精度。为了提高CNC机床的精度，在加装了伺服装置之后，还要对机床的加工状态做好最优控制工作。

4.2 机床切削参数控制

（1）正确地选用工具。在进行CNC机床的切削之前，要先考虑到刀具的材质，在选用刀具的时候，除了要有较好的韧性、硬度和耐磨性之外，还要有耐高压和耐高温的能力。目前最常见的切削工具为硬质合金及高速钢，其高温性能优于高速钢（1000C），且具有优异的高温性能（硬度和耐磨性）。

（2）工具的选择。通过合理选取刀尖偏离主轴中心、刀尖半径及主倾角等工具参数，可以实现对工件的径向、轴线方向的精确控制。在选用时，要综合考虑工件材料、加工要求和机型等因素，才能决定最优的加工工艺。

（3）工件的定位方法。在对工件进行定位时，应尽可能减少切削用量，采用CNC机床结合装夹，有利于提高工件装夹的效率；该方法不仅节省了加工周期，还能适用于多种部件的紧固，具有较好的经济效果。

4.3 严格控制车刀运行几何精度

数控车床中，车刀几何精度通常会直接影响到高精度零件加工，基于该情况，数控车床设计师需要基于实际生产条件，在制造工艺中，对车体的导向实施持续的优化和改进，从而使得车刀的几何精度得到进一步的提高，从而使得其具有良好的挤压性能和制造精度，并且能够对车刀的使用状况进行有效调控。在刀具制造过程中，为了使CNC机床的功能得到最大程度的利用，一般都是采用倾斜的方式来展开整个结构的设计，这样可以更好地提高CNC机床的承载能力和弯曲性能。

4.4 误差补偿的改进

数控车床在加工高精度零件期间，采用误差补偿技术能够大幅提升数控车床实际加工效率，该技术是对当前坐标轴的有效补充，采用软、硬件相结合的方法，对高精度零件进行加工。对0.5级闭环控制进行了研究，由于逆向偏差会导致工件的定位精度下降。这种偏离应该通过逆向错误补偿来消除。类似于零件加工精度限制，误差补偿技术可对当前的数控车床进行合理利用，不需要改变原有设计，大大节约了生产成本。除此之外，还采用了带针送料的滚珠丝杆的误差补偿方法。由于在数控机床的生产过程中，由于钉形供料的精度很可能会造成CNC机床精度的误差，因此，CNC机床控制器应该选用间隙补偿的方法；以补偿滚珠螺杆的偏移，从而提高 CNC机床滚珠螺杆的使用寿命和稳定性。

4.5 应用最佳加工工艺

为实现数控车床高精度零件加工精度的提升，一方面，对CNC机床进行高效的操控，另一方面，对切削方式和制造工艺进行高效地调控，提高高精密工件的制造效率和精度，从而提高工件的制造质量。因此，第一，要对 CNC控制装置的加工过程进行严密的控制，尽量一次就把高精密的部件制作出来，若不能一次成功地完成；要尽量减少更换的次数，把精细机床和粗机床分开，实现高精度零点加工质量的提升[7]。除此之外，还要优选数控车床工艺路径，在行走轨迹的选取上，缩短了机床的工作周期，增加了工具的切割效率，去除了不必要的工作步骤；从而达到提高 CNC机床工艺经济效益的目的。在对高精密工件进行数控机床加工之前，必须先进行调试，然后重新编程，然后再启动，这时的 CNC机床才能实现自动化的生产，直到制造过程的结束。操作员要进行工艺程序录入、工具制作、编程、监测生产状况、组装与拆解。减少工作强度，实现机床运行智能化，除此之外，数控车床加工期间，要精准掌握表面粗犷度和精确度，对这一数值进行计算过程中，还应进一步精简，以降低数控机床工作量。

4.6 误差防止策略

制定误差预防策略，在数控车床设计和生产期间，不断提升车床夹具零件精准度，从整体层面缩减工艺精度偏差。但对零件制造商来说，基于原有数控车床，往往难以提升零件加工精确度，这就需要更改原有数控车床。因此，防错策略具有较高使用成本[8]。

5 数控车工高精度零件质量控制的优化方案

5.1 提升操作工能力，强化对刀和状态精确性

在数控车床加工期间，刀具控制是加工高精度零件的重要环节，操作难度比较大。刀具校准和装夹精确性，会对后续高精度零件加工步骤产生直接影响，同时还将对工件的加工精度进行控制，提高对高精密零部件的制造品质具有重要意义。目前，刀对刀的详细划分有手动刀和自动刀刀两种，其中手动刀比较常见。在切削过程中，手工对刀极易引起不正常的对刀问题，导致工具发生非正常的磨损，因此，提高作业人员的工艺技术，搞好作业人员对刀和装刀技能的培训，是提高工件的加工质量的重要途径。

5.2 利用仿真软件增加数控程序的合理性和准确性

在当今科学技术飞速发展的今天，各种仿真仿真软件层出不穷，CNC仿真仿真系统，帮助设计者精确地完成编程代码的校验；在实际的生产工艺中，可以将高精密的零件的工艺进行可视化的展示，在对零件进行仿真切割的时候，可对其进行检查，以此优化源程序代码，实现高精度零件加工质量的提升。

6 结语

总而言之，数控车床是机械加工生产的基础和重要载体，具有自动化程度高、运行效率高等优势，优化改进数控车床技术，有助于提升数控车床高精度零件加工质量，巩固我国在全球机械制造产业中的地位，进而实现我国的世界威望与综合国力的提升。

参考文献：

[1]蒋莉，李清江，刘世爽，等.数控车床零件加工工艺与尺寸精度研究[J].机械工程师，2023（06）：138-141.

[2]胡伟，张凯，刘瑶.一种拖拉机盘座类零件“以车代磨”加工工艺研究[J].拖拉机与农用运输车，2023，50（03）：83-85.

[3]王艳萍.基于提高数控车床加工精度的工艺优化[J].科技资讯，2023，21（10）：63-66.

[4]陈向文.内孔类零件车床镗削工艺的改进措施与应用[J].福建农机，2023（01）：37-39.

[5]戚晓楠，闫泽旺，赵光裕，等.数控车床高精密柔性快换工装设计与试验[J].机械研究与应用，2023，36（01）：162-165.

[6]黄吉祥.数控车床加工工艺标准化流程优化措施研究[J].造纸装备及材料，2023，52（02）：126-128.

[7]平艳玲.数控车床加工薄壁零件的工艺及参数选择[J].南方农机，2023，54（03）：145-147.

[8]汤蔡松.薄壁零件数控车工加工工艺的探讨[J].内燃机与配件，2021（21）：101-102.