淺談數(shù)控車床技術(shù)加工精度工藝優(yōu)化
2021-10-14 來源： 廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 作者：陳瑞華
摘要：目前，數(shù)控車床技術(shù)加工是制造業(yè)生產(chǎn)加工的最優(yōu)選擇，它可以有效保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提升產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和合格率。但是數(shù)控車床加工環(huán)節(jié)復(fù)雜，受影響的因素較多，在實(shí)際加工中很容易產(chǎn)生誤差，產(chǎn)品的加工精度不易控制，從而影響產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和合格率，最終影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。基于此，該文對數(shù)控車床技術(shù)、影響數(shù)控車床加工精度要素、優(yōu)化數(shù)控車床加工精度的方法進(jìn)行了探討，旨在提升數(shù)控車床技術(shù)加工精度工藝，為制造業(yè)的發(fā)展添磚加瓦。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 技術(shù)加工 精度工藝 優(yōu)化思考
制造業(yè)的重點(diǎn)在于“制”和“造”，而數(shù)控技術(shù)的發(fā)展成熟就意味著制造業(yè)的發(fā)展壯大，目前，衡量國家制造業(yè)水平發(fā)展的一個(gè)重要指標(biāo)就是數(shù)控技術(shù)的升級使用以及數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)制造。因此，數(shù)控車床技術(shù)加工精度工藝提升對制造業(yè)發(fā)展至關(guān)重要。
1 、數(shù)控車床的綜合論述
1.1 數(shù)控車床的定義
數(shù)控車床是電子設(shè)備和車床的集合體，數(shù)控指通過對計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備輸入數(shù)字等指令從而對車床設(shè)備進(jìn)行控制。數(shù)控車床是目前我國制造業(yè)應(yīng)用最廣泛的加工器械，約占我國機(jī)床總數(shù)的1/4，并且占比呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。數(shù)控機(jī)床泛指一切金屬切削設(shè)備，車床則是進(jìn)行金屬切削加工過程的設(shè)備，可以看出，數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)類型，是數(shù)控機(jī)床中不可分割的一環(huán)，它的重要性一直受到世界范圍內(nèi)的關(guān)注。在實(shí)際施工環(huán)境中，車床被廣泛應(yīng)用于精確體積不大的零件的精確加工，例如軸承零部件、鉆孔、盤、套等具有回轉(zhuǎn)表面的零件。
1.2 數(shù)控車床的加工原理
車床是金屬進(jìn)行加工的機(jī)床，數(shù)控車床引入了信息化的操作方式，在數(shù)控裝置內(nèi)部有可輸入和處理指令的電子計(jì)算機(jī)設(shè)備，計(jì)算機(jī)對操作者輸入的數(shù)字、字符編程進(jìn)行識別處理，識別后計(jì)算機(jī)根據(jù)操作人下達(dá)的指令通過伺服系統(tǒng)、可編程序控制器給機(jī)床主要軸承運(yùn)作部分指令進(jìn)行運(yùn)作，機(jī)床主體則在反饋裝置的幫助下，依據(jù)之前的指令，對需要加工的零件選擇對應(yīng)的加工動(dòng)作進(jìn)行操作，負(fù)責(zé)切割的機(jī)械需要足夠智能，可以自動(dòng)控制工件的加工進(jìn)給速度、運(yùn)動(dòng)軌跡、前設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)對工件的數(shù)字加工。在數(shù)控車床加工零件的過程中，確認(rèn)加工工藝的具體步驟和加工程序的編制，是決定零件加工質(zhì)量最重要的一環(huán)。
1.3 數(shù)控車床技術(shù)在制造業(yè)中的意義
數(shù)控技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國家制造業(yè)發(fā)展水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)之一，它可以保證流水化作業(yè)，提升零件精度，有效節(jié)約制造成本，在我國制造行業(yè)被普遍運(yùn)用。而隨著我國數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控車床的應(yīng)用越來越廣泛，日常到一顆螺母，精細(xì)到精密儀器的制造，數(shù)控車床技術(shù)已經(jīng)成為我國現(xiàn)代制造行業(yè)不可分割的一部分，并且發(fā)展前景十分廣闊。數(shù)控車床技術(shù)的發(fā)展將對我國居民生產(chǎn)生活帶來更多便利，因此，市場對車床數(shù)控技術(shù)精度的要求也在不斷升高，如何有效保證機(jī)械制造水平，保證車床技術(shù)加工工藝的精度，是當(dāng)前制造業(yè)普遍在意的問題，研究車床技術(shù)加工精度工藝優(yōu)化具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
2 、影響數(shù)控車床加工精度的重要因素
2.1 數(shù)控車床加工常見的精度欠缺現(xiàn)象
數(shù)控車床，分為兩個(gè)部分：一是數(shù)控系統(tǒng)，二是車床系統(tǒng)，因此，車床數(shù)控系統(tǒng)的精度可以分成數(shù)控系統(tǒng)的控制精度和車床自身的機(jī)械精度。數(shù)控車床系統(tǒng)是當(dāng)前機(jī)械加工企業(yè)重要的生產(chǎn)工具，因此，數(shù)控車床的精度直接影響到企業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量，質(zhì)量是企業(yè)立足之本，如果企業(yè)數(shù)控車床系統(tǒng)加工精度不夠，會(huì)直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)聲譽(yù)，所以，企業(yè)在實(shí)際施工中，一定秉持對加工精度高標(biāo)準(zhǔn)高要求的工作原則，全面分析影響車床加工精度的影響要素，保證車床的加工精度，要對數(shù)控車床系統(tǒng)的機(jī)械精度、零件的材料、伺服系統(tǒng)的誤差及抑制、機(jī)床夾具的制造等多要素進(jìn)行考察，分析精度不達(dá)標(biāo)的原因，采取一系列切實(shí)可行有效的措施降低加工誤差，保證數(shù)控車床的加工精度，精進(jìn)加工車床的制作工藝，保證企業(yè)的產(chǎn)能和生產(chǎn)質(zhì)量，完成企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。
2.2 伺服系統(tǒng)誤差
伺服系統(tǒng)是數(shù)控車床實(shí)際操作中常見的重要系統(tǒng)，它是數(shù)控車床不可分割的一部分，其對數(shù)控車床的重要性不言而喻，因此，操作人員在實(shí)際操作中一定保證伺服系統(tǒng)的順利運(yùn)行。伺服系統(tǒng)的運(yùn)行原理是驅(qū)動(dòng)機(jī)床的部件將其轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵谶@樣的條件下對產(chǎn)品進(jìn)行加工操作。而在伺服系統(tǒng)運(yùn)行中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠是其順利運(yùn)行最為重要的一環(huán)，可以說，絲杠的傳動(dòng)精度直接決定伺服系統(tǒng)的控制精確程度。而在實(shí)際加工過程中，伺服系統(tǒng)在數(shù)控車床加工中一般以閉環(huán)的形式存在，閉環(huán)伺服系統(tǒng)與絲杠間的工作原理是，操作人員輸入數(shù)字指令，伺服系統(tǒng)將指令傳遞給絲杠，絲杠對指令進(jìn)行反向運(yùn)轉(zhuǎn)，在絲杠反向運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，絲杠由于機(jī)械的特性，會(huì)出現(xiàn)短暫的空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，如果不能合理把控，就會(huì)出現(xiàn)反向的間隙誤差，進(jìn)而影響數(shù)控車床的加工精度。
3 、數(shù)控車床加工精度的工藝優(yōu)化措施
3.1 挑選符合加工需求的刀具材料和刀具角度
切削用具的選擇是影響數(shù)控車床加工精度的重要因素，切削產(chǎn)品的刀具材料剛度不夠，或者刀具的角度不符合加工需求，都會(huì)直接而影響加工精度。在實(shí)際加工中，數(shù)控車床往往需要配備一整套的標(biāo)準(zhǔn)系列的刀具，刀具的種類繁多，不同刀具針對加工需求不同，且不同刀具的加工性能各不相同，刀具挑選重點(diǎn)在兩個(gè)方面：一是刀具的材料，二是刀具的角度。道具的材料需要根據(jù)加工需求選擇，例如螺旋車刀的材質(zhì)一般是高速鋼，因?yàn)楦咚黉摰牟牧享g性和強(qiáng)度更好，而加工過程沒有劇烈震動(dòng)和強(qiáng)悍沖擊力時(shí)，但是需要快速切割，這時(shí)耐熱性、耐磨性和硬度較高的硬質(zhì)合金就是合適的選擇。車床的組裝人員在對車床配備的車刀進(jìn)行挑選時(shí)，一定要遵循實(shí)用性的原則，選擇適合的材料，同時(shí)要熟知需要加工的產(chǎn)品，根據(jù)零件的加工需求選擇幾何角度適合的車刀。
3.2 選擇適合加工工件的夾裝方式
在實(shí)際工作中，數(shù)控車床在使用時(shí)，夾裝方式是相同的，無論是夾裝工件還是普通的工件，都不是采用固定的單一的夾裝方式，組合夾裝方法是數(shù)控車床加工工件夾裝的常見方式。這種工件夾裝的原理是結(jié)合各種夾裝方式，科學(xué)決定定位基準(zhǔn)，有效防止工件的夾裝失誤、重復(fù)夾裝等。此外，在數(shù)控車床安裝夾裝組件時(shí)，一定要根據(jù)需要加工零件的要求合理選擇夾裝組合方式，提升工件的夾裝效率和夾裝效果，保證加工零件的質(zhì)量和速度，有效提升數(shù)控車床的加工精度，提升零件的品質(zhì)，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)數(shù)控制造行業(yè)的發(fā)展。
3.3 選擇符合加工需求的削切用量和削切液
數(shù)控車床是負(fù)責(zé)產(chǎn)品切削過程的器械，因此，對產(chǎn)品切削過程的控制會(huì)直接影響數(shù)控車床的精度，產(chǎn)品切削過程中，背吃刀量、切割刀切削速度、進(jìn)給距離等都是切削用量的不可忽視的一環(huán)。所以，為了有效提升數(shù)控車床的加工精度，應(yīng)該靈活，根據(jù)加工零件的特點(diǎn)選擇對應(yīng)的加工方式。舉個(gè)例子，如果粗加工的車床，那么重點(diǎn)就是零件的加工效率，可以選擇背吃刀量、主軸切削速度和進(jìn)給速度相對較大的，這樣可以有效提升加工速度，保證零件的原始雛形，方便后續(xù)精加工。與粗加工相對應(yīng)的精加工時(shí)，準(zhǔn)確度和精度就更為重要，這時(shí)背吃刀量的選擇需要結(jié)合加工零件的特點(diǎn)和預(yù)留精車余量安排，刀削速度優(yōu)先選擇較高的，減少加工誤差。值得一提的是，切削過程是刀具與金屬胚打磨加工的過程，在這個(gè)過程中，車床會(huì)釋放出大量的摩擦熱量，刀具和工件的接觸處由于高強(qiáng)度的摩擦和高溫往往會(huì)發(fā)生變形，不利于加工精度的提升，因此，數(shù)控車床在加工中需要采取有效方式降低加工環(huán)境的溫度并減少摩擦，可以使用具有良好清洗作用和降溫效果的乳化液，保證刀具不變形。數(shù)控車床的切削用量和切削液的使用時(shí)數(shù)控車床精度提升重要的一環(huán)，操作人員在施工中，需要注意挑選，選擇最適合的方式加工，保證加工速度、精度和質(zhì)量。
3.4 采用誤差防止法
誤差防止法是數(shù)控車床加工過程中提升加工精度減少誤差的常見預(yù)防方法，它的原理是在數(shù)控車床處于設(shè)計(jì)生產(chǎn)的狀態(tài)時(shí)，明確車床相關(guān)器械的加工精度，提升它的加工精度，找到潛在的誤差威脅，及時(shí)消除它。誤差防止法可以有效把控?cái)?shù)控車床整體的加工精度，減少加工誤差，但是使用成本偏高，且靈活性較低，不適合提高組裝好已經(jīng)投入使用的數(shù)控車床，適合生產(chǎn)前的環(huán)節(jié)，操作人員可以施工中合理采用誤差防止法，方便后續(xù)對數(shù)控車床精度的整體把控。
3.5 采用誤差補(bǔ)償法
誤差補(bǔ)償法是數(shù)控車床加工過程中被廣泛應(yīng)用的修補(bǔ)誤差方法，它借助數(shù)系統(tǒng)的補(bǔ)償功能對已有的坐標(biāo)軸進(jìn)行誤差修正。誤差補(bǔ)償法是提升數(shù)控車床加工精度的重要方式之一，其原理是借助增強(qiáng)數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能來減少數(shù)控車床坐標(biāo)軸誤差的現(xiàn)象，從而有效提升數(shù)控車床的精度。誤差補(bǔ)償法可以有效彌補(bǔ)因?yàn)楸旧頇C(jī)械精度水平不夠無法生產(chǎn)出精度適合產(chǎn)品的機(jī)械車床，通過對誤差補(bǔ)償法的應(yīng)用，機(jī)械車床可以生產(chǎn)出精度較高的復(fù)雜產(chǎn)品。而誤差補(bǔ)償法可以通過軟件和硬件聯(lián)合實(shí)現(xiàn)，軟件處理是借助編程法實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)加工操作，從而滿足零件間距要求，達(dá)到生產(chǎn)更高精度零件的目的。硬件法主要用于修復(fù)半閉環(huán)式伺服系統(tǒng)的反向偏差，操作人員通過使用誤差補(bǔ)償法，減少因?yàn)殡妱?dòng)驅(qū)動(dòng)絲杠對伺服系統(tǒng)造成的反向偏差，減少零件加工中出現(xiàn)的誤差。適當(dāng)使用誤差補(bǔ)償法，可以有效提升加工零件的精確度，改善車床設(shè)備的弊端，是提升數(shù)控車床加工精度的有效方法。
4、 結(jié)語
綜上所述，數(shù)控車床技術(shù)優(yōu)勢顯著，目前已經(jīng)成為我國制造業(yè)重要的一環(huán)，我國對數(shù)控車床技術(shù)加工精度的要求也越來越高，企業(yè)必須提升數(shù)控車床的加工精度，優(yōu)化制造工藝，選擇合適的刀具和角度、改進(jìn)誤差、把控好切削用量等，盡可減少誤差，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展。
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