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数控车床加工精度影响因素及控制

摘要:在科学技术的推动下,数控技术取得了较大突破,并迅速应用于生产。数控车床是数控技术应用的典型代表,其通过CNC系统与普通车床相结合,以数字化的手段来控制机床的生产。数控车床有许多优点,不但加工精度高,而且产品生产质量较为稳定,可以说,数控技术的引入给机械加工行业带来了一次新的革命。文章对数控车床的工作原理和特点进行阐述,对数控车床加工精度产生影响的因素进行分析,并从这些角度分析如何对数控车床的加工精度进行优化,旨在促进数控车床加工精度的提高。

关键词:数控车床;加工精度;影响因素;优化方案

1数控车床概述

1.1数控车床的工作原理

数控车床看起来比较复杂,但是其组成和工作原理非常简单,是普通机床本体与CNC系统的组合,通过该计算机数字化控制系统实现对车床的控制,最终形成数控车床[1]。数控车床与普通车床相比,有着明显的数字化优势,而且具有普通机床无法企及的优势,因此比普通车床有着更广泛的应用。数控车床的工作原理偏向数字化的特点,比如在进行生产加工前,通过计算机语言的编程,将生产产品的相关数据传输到系统中,由系统通过CNC装置等指挥操作完成生产。数控车床的具体工作流程如下:首先由工作人员将待加工零件放到机床的相应位置上,随后将该零件的加工数据传输到CNC系统中[2],接着再通过CNC系统录入零件加工的相关信息;之前录入CNC系统中的所有信息都将通过装置转存为相应代码,通过PLC系统将接收的代码进行翻译,输出对应的指令,机床的各装置接收到指令后按照指令进行工作。

1.2数控车床的特点

CNC系统的引入使得数控车床的使用更加数字化和自动化,有着传统车床不具备的优点:(1)加工精度更高。CNC控制系统的引入,使得数控车床的加工精度有了非常明显的提高,不仅提升了机械零件加工的质量,还使加工成品的稳定性得到了保障。(2)加工深度大。CNC控制系统可以对多种程序进行集合,在多种程序的联动工作下,加工的零件不再拘泥于过去的形状,变得更加复杂多样[3]。(3)工作效率更高。改变数控车床的加工零件的形状非常简单,只需要改变系统中的程序,就可以控制数控车床加工不同的零件,因此不必预留出计算评估时间,工作效率得到了很大程度上的提升。(4)生产过程自动化。在CNC系统的帮助下,数控车床加工零件效率非常高,只要在系统中输入相关的程序,就可以实现整个过程的自动化,可以批量完成零件的加工工作,显著减少人力和物力的浪费,不仅提高了生产效率还降低了工作人员的生产强度。

2数控车床加工精度的影响因素

2.1伺服系统

伺服系统在整个数控车床系统中占有非常重要的位置,是系统的中枢,其能够准确地对车床工作的某一个过程进行跟随,或是将这个过程完整复制下来,所以也叫作随动系统。车床在进行零部件加工时,伺服系统起到重要的驱动作用。同时伺服系统还能够决定零件的加工精度,在车床工作过程中的重要环节都能够体现伺服系统的作用。在车床进行零件加工时,一般是通过闭环控制伺服给进系统来对数控车床的工作进行控制,而伺服系统将工作信号向外传递之后会引起丝杠的反向运转,这时会出现短暂的空转情况。该空转状况是影响数控车床加工精度的因素之一[4]。

2.2刀具参数

当数控车床进行零件加工时,需要通过刀具进行切削。在加工过程中,用于切削零件的车刀轴线可能会出现移动,从而导致切割时出现产品不稳定的情况,刀尖圆弧半径会有所改变,切削出来的产品会存在一定的偏差。如果不能及时发现偏差并加以处理,将会导致偏差越来越大。因此,在向控制系统中输入刀具的参数时,要根据零件加工的具体情况,了解车刀轴线的变化情况,并在此基础上找到合适的轴向位移长度、刀尖所形成的圆对应的半径以及主偏角的大小,向系统中输入适当的数据[5]。要充分了解需要加工的零件所具有的特点,从而设置合适的偏差参数,通过科学分析,加以调整和修正,减少刀具参数不合理,避免加工精度降低。

2.3切削用量

当数控车床进行零件加工时,需要对零件进行一定量的切削。切削中最重要的三要素分别是切削速度、切削深度和切削用量,其中切削用量对零件加工精度有很大的影响,会对零件表面光滑度产生一定影响。在对零件进行初加工时,一般会用较大的背吃刀量来进行加工,这样的选择能够提高效率。但这种方式存在一定问题,背吃刀量和切削力是呈正向的关系,在这种情况下,会给刀具和零件造成一定的磨损,不利于产品加工精度的提升。在零件进行细致加工时,零件的精度是重点提升的对象,要求比较严格,所以在选择切削用量时,注意要提高切削速度、缩小进给量,同时由于背吃刀量有所差异,要保持一定的精度余量。

3数控车床加工精度的优化方案

3.1合理使用误差改正方法

误差是影响数控车床加工精度非常重要的因素,因此如果要针对这一因素实现加工精度的有效提升,就要充分使用误差补偿法,也就是在考虑系统补偿功能的基础上同时考虑软件和硬件的因素,将二者实现有机结合,对坐标轴进行再次补偿,从而实现加工精度的提升。如果误差表现在半闭环伺服系统中,最理想的解决方式是通过反向偏差补偿法来解决误差。反向偏差补偿法和误差补偿法有一定差异。反向偏差补偿法,主要是将零件的误差和潜在误差尽可能地减小,从而降低总体的误差,并将其压缩到可以控制的范围中,但是反向偏差补偿法有比较明显的缺点,它应用成本较高,在实际生产中的应用范围受限[6]。因此,要想通过反向偏差补偿法进行误差的改正,还要对该方法进行创新和发展,从而不必耗费较多的成本就能够达到降低误差、提高车床的加工精度的效果。

3.2重视对车床机控的维护

数控车床虽然可以通过数字化的程序进行控制,但是控制系统主要还是通过控制刀具来对产品进行加工,因此定期对机床进行检查十分必要。需要在机床一些关键部位进行润滑,保证机器的正常运转,滤网清理也十分重要,还要经常对精度进行调整。另外,数控车床要经常进行工作,长时间闲置的情况下,电气系统和机床系统之间的连接容易出现问题,比如系统插头接触不良、电池出现老化等情况。此时数控车床再次作业时,可能需要进行大型的维修才能恢复正常运行。

3.3减小伺服系统的误差

如果发现伺服系统出现误差,一定要引起重视。解决伺服系统的误差可以从两方面着手:第一,设计环节。在车床开始设计时要保证驱动装置的动态性能处于优良状态,只有驱动装置拥有良好的动态性能,才能保证伺服装置具有较强的抗压和抗载能力,从而降低伺服系统出现误差的概率。第二,CNC控制系统。在做好第一步的优化并完成相关设置后,要重新设置CNC控制系统的参数,保证参数是经过优化选择的。

3.4防止热变形

热加工也会对数控车床加工精度产生一定的影响。热变形误差的主要来源是机床内部的零件以及马达在工作时与其他部位进行摩擦升温,各零件之间的摩擦会使邻近的其他零件产生一定范围的形变。当零件加工精度的要求越严格,其所可能会受到的热变形误差的影响就会越大。我国现代制造业起步较晚,与发达国家相比还有一定的差距,数控车床的热变形误差的影响也是不容忽视的,而我国在进行数控车床零件加工时通常会忽视热变形误差的存在,因此在实际生产中,很多加工都会受到热变形误差的影响。从这一角度来说,要提高数控车床加工精度,减少热变形误差,就要控制热源的产生,在数控车床中增添冷却回路,从而避免热变形误差的产生和扩散。

3.5提高床身导轨的几何精度

科技的不断发展使得数控车床加工精度得到了提升,同时加工效率也有所改善,但是由于制造业对加工零件精度要求的进一步提高和数控车床性能的更新,对车床本身的重量和导轨精度的要求也与以往有所不同,变得更为严格:优化更新后的数控车床的支撑要靠斜床造型;数控车床运行的稳定性对于加工精度也有一定的影响,因此要完善和改进数控车床的抗弯水平,从而保障数控车床运行的稳定。

4数控车床加工精度的综合控制措施

4.1源头设计防控措施

数控车床在设计中难免会存在一定的系统误差,因此为了综合控制数控车床加工精度,要在实践中采用科学有效的方法,在最大程度上降低系统误差。在数控车床出厂前进行设计时,要对相关的数据进行科学分析,采用合理的手段来减少或避免系统误差的产生,进而保证机械的精度。4.2对刀工作管控对刀方式主要有两种,一种是机械外部对刀,另一种是机械内部对刀。这种分类方式主要是根据对刀结构的不同来划分的。刀具预调仪是对机械外部进行控制和干预的有效工具。通过技术装备或试切手段来找到对刀点区域,随后要做出相应的规划和处理,保证机床能够回到原位,并且在原位进行对刀处理,从而有效地提高精度。

4.3科学调试

在完成上述工作后,要重点关注调试工作的进度。在进行零件加工之前,首先要对数控车床进行相应的调试工作。在对各部分梳理清楚并明确调试工作的各项基本细节后,再进行实际的调试工作。零件的加工形成是基本确定的,按照这个行程对加工过程进行模拟,根据坐标系的位置来找到最佳的刀具位置。只有确定了合适的刀具位置,才能够保证在后续的加工过程中,刀具能够按照预设的行程进行加工,才能够保证数控车床的加工质量。在进行具体的模拟时,要对各个程序特点进行整体梳理,并选择科学合理的方式,对加工过程所涉及的每一环节进行核对,并制定相关的应对预案,对可能出现的故障做到心中有数。当出现故障时,要在短时间内发现故障,并进行及时调整。在模拟运行中,要对出现的问题进行溯源,及时找到问题出现的原因,在实际加工工作开始前进行调试工作,从而排除相关故障。

4.4优化加工细节

在开始加工工作前,不仅要进行设备的调试,还要对待加工的零件情况进行检查,保证零部件产品处于合格状态。如果待加工的零部件不合格就直接进行加工,会浪费时间和资金,还会影响加工的质量。另外,如果零部件产品质量不过关,还会加剧加工的刀具磨损情况,使加工精度的提升受到阻碍。

4.5其他控制方法

在实际加工过程中,除了上述提到的增加精度的办法,还有一些可行的方法能够提高车床加工的精度。例如,对于传统的车床来说,一般都会选择垂直结构,这是为了提升车床加工的精度,可以转变为用斜床的方式来代替垂直结构。在这样的结构下,车床自身重量会有所降低,但能够更好地进行封闭,从而进一步提高车床的抗弯性。同时,对于不同加工标准的零件,可以按照一定的顺序来进行,比如可以先粗后精,这样的加工顺序能够降低刀具的磨损度。不同的加工零件对刀具的转速要求有所不同,为此可以经常调整刀具转速,这样针对性较强的工作模式,可以有效提高工作效率,同时也能够达到控制加工精度的目的。

5结束语

科学技术在不断进步,数控车床加工技术在生产生活中的应用范围也越来越广,为了满足生产制造业的发展,机床加工的精度也在不断提升。然而机床加工的精度会受到多方面的影响,虽然现在的数控车床在普通车床的基础上加入了CNC系统,已经有了较高的零件加工精度和较为稳定的生产零件质量,但是车床技术的发展还不够完善,仍然存在一些不足之处。为了提高车床加工零件精度,就要逐一对这些影响因素进行控制,在最大程度上提高数控车床的加工精度,不断改善数控车床的加工质量,以此为企业节省人力、物力和财力,提高企业的经济效益,帮助企业在激烈的市场中获得更大的竞争力,实现可持续发展。

参考文献

[1]杜柳青,曾翠兰,余永维.基于多元混沌时间序列的数控车床运动精度预测[J].农业机械学报,2017,48(3):390-395.

[2]李晓雷.高档数控车床的可靠性设计及试验技术研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2020.

[3]李继军,张明树,迟永刚.一种用于卧式数控车床的专用加工手套箱及气氛自动控制方法[J].制造技术与机床,2020(11):53-55.

[4]胡捷.数控车床加工精度的影响因素与控制策略[J].造纸装备及材料,2022,51(2):115-117.

[5]薛命全.数控车床加工精度的影响因素及提高方法分析[J].工业设计,2017(7):139-140.

[6]张玉香.数控车床加工精度影响因素及改进策略分析[J].机电产品开发与创新,2022,35(2):132-134.

作者:凌旭东 单位:南京理工大学泰州科技学院

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