機床基礎對機床精度的影響

張寧 李德偉

摘 要：隨著社會的進步，數控機床在機械加工行業中的應用更加廣泛，人們對其性能也不斷提出新的要求。本文針對數控機床的精度問題進行探討，重點就機床基礎對機床精度的影響進行介紹和分析，然后提出幾點建議，希望對數控機床的高精度化發展起到一定的指導作用。

關鍵詞：數控機床 精度 探討

中圖分類號：TG502 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0095-01

近年來，在國家大力拉動內需和多項鼓勵政策的驅動下，機械裝備制造業在規模上實現了強勁增長，很多企業對高端裝備業有了熱情，在主機層面和零部件上有了明顯的進步。但是，我國自主品牌制造業的核心競爭力普遍不強，中低端產能過剩、競爭尤為激烈，很多產業的高端環節都被外資品牌牢牢掌控；同時，在關鍵零部件和核心技術方面，長期以來一直被外資品牌‘卡著脖子。這一塊的落后，使得我國在制造許多高端產品方面做不到完全自主。高效的汽車引擎、飛機發動機渦輪盤、飛機機身、核電站構件、高速列車頭等，都不同程度地依賴國外的機床。

1 機床精度的影響因素

影響機床質量的優劣，直接影響所造機器的質量。衡量一臺機床的質量是多方面的，但主要是要求工藝性好，系列化、通用化、標準化程度高，結構簡單，重量輕，工作可靠，生產率高等。

1.1 機床振動和變形

所有的電器產品在運行過程中都會出現不同程度的振動，這種伴隨機械的運行而出現的振動往往會影響到內部構件的嚙合程度，它不但直接導致了加工刀具的使用壽命，而且還會大大影響機械加工的精準度。隨著機械運行周期的加長，同時還伴有剛度變形和熱變形，眾所周知，機床運行的環境相對比較復雜，出現機械碰撞是難免的事，剛度較低的機床，在整個運行過程中所受到的碰撞危害要遠遠大于剛度較高的機床，這種機床的內部構件極易受到碰撞而發生脫落和錯位，從而導致了機床非正常運行。機械加工工程中的熱變形，通常都是指機械內部熱源所引發的對機床加工精度的影響。通常情況下，熱源分為兩種，一種是由于外部環境，比如陽光和取暖設備所造成的，另一種是由于機器運行過程中，機器內部構件在運行中，由于摩擦而產生的熱量，這種不均勻的熱源會加劇加工部件不同位置受到不同溫度的干擾。加上各部件的熱膨脹系數存在差異，就會對加工精度產生影響。

1.2 精度和表面粗糙度

要保證被加工零件的精度和表面粗糙度，機床本身必須具備一定的幾何精度、運動精度、傳動精度和動態精度。幾何精度是指機床在不運轉時部件間相互位置精度和主要零件的形狀精度、位置精度。機床的幾何精度對加工精度有重要的影響，因此是評定機床精度的主要指標。運動精度是指機床在以工作速度運轉時主要零部件的幾何位置精度，幾何位置的變化量越大，運動精度越低。傳動精度是指機床傳動鏈各末端執行件之間運動的協調性和均勻性。以上三種精度指標都是在空載條件下檢測的，為全面反映機床的性能，必須要求機床有一定的動態精度和溫升作用下主要零部件的形狀、位置精度。影響動態精度的主要因素有機床的剛度、抗振性和熱變形等。機床的剛度指機床在外力作用下抵抗變形的能力，機床的剛度越大，動態精度越高。機床的剛度包括機床構件本身的剛度和構件之間的接觸剛度。機床構件本身的剛度主要取決于構件本身的材料性質、截面形狀、大小等。構件之間的接觸剛度不僅與接觸材料、接觸面的幾何尺寸和硬度有關，而且還與接觸面的表面粗糙度、幾何精度、加工方法、接觸面介質、預壓力等因素有關。機床上出現的振動，可分為受迫振動和自激振動。自激振動是在不受任何外力、激振力干擾的情況下，由切削過程內部產生的持續振動。在激振力的持續作用下，系統被迫引起的振動為受迫振動。機床的抗震性和機床的剛度、阻尼特性、質量有關。由于機床的各個零部件熱膨脹系數不同，因而造成了機床各部分不同的變形和相對位移，這種現象叫機床的熱變形。由于熱變形而產生的誤差最大可占全部誤差的70%。對于機床的動態精度，目前尚無統一標準，主要通過切削加工典型零件所達到的精度間接的對機床動態精度作出綜合的評價。

2 提高數控機床精度的措施

2.1 修復機床導軌精度

數控導軌大都是利用鑄鐵或者不銹鋼所制造，在長時間的運行之下，加工部件和導軌之間往往會出現不均衡的摩擦程度，這樣一來就會加大熱量的急劇累加，不但加大了部件之間的表面摩擦還會加劇多于熱量的產生。所以說，如果不及時修復導軌，勢必會對機械加工帶來一定的誤差。通常情況下，我們對導軌所出現的輕微損傷，技術人員可以結合實際，利用一些先進的金屬修復材料對導軌進行維護和修復，這樣不會影響加工的進程，而對于一些受損比較嚴重的導軌，則要利用人工刮研的方式進行表面維護和修復。

2.2 調整主軸精度

機床在運行過程中，刀具和加工工件都是通過主軸進行固定，因此主軸精度的高低直接影響加工部件質量的高低。機床在大周期的運行環境下，回轉精度和主軸的穩定性因為受到摩擦和機械的振動受到不同程度的影響，因此在實際工作中一定要定期對其進行精度的修復和維護。如果出現精度相差比較大的情況，就需要對主軸進行拆卸修復，拆卸之后要進行詳細的檢查，然后根據檢查結果作出相應的修理計劃和方案。不過在實際工作中，很多單位都是對主軸軸承進行簡單的更換，有的也只是重新設定一下軸承的間隙以及相應的螺絲進行緊固處理。

3 結語

筆者在實際生產的過程中發現，機床自身的誤差也是一個不可忽視的影響因素。其主要來源于機床構建的傳動所產生的誤差，也有的是因為出廠前機床本身就有工藝上的不足，所以伴隨長時間的運行，這種先天性的不足就會越來越明顯。為了進一步降低整個機床所有零部件在生產和安裝的過程中所出現的一系列問題，無論是生產企業還是加工企業都在加大優化改進的力度，西方國家通過利用新材料的優勢逐漸替換傳統材料來減小誤差。我國的研究人員通過對機床的導軌、工作臺、主軸系統、床身等相關部件的抗振性與靜動剛度的進一步分析，從結構方面改善數控機床的誤差精度。通過使用高精度的設備檢測，對機床所有的部件進行了精度測量，從而獲得影響精準度的主要原因。系統通過自動分析，得出當前機床加工的精度數值，最后將整個數據逐一反饋到數控系統中，收到相應數據之后系統就會進行分析，根據分析結果系統就會做出必要的參數調整，以達到加工最佳效果。

參考文獻

[1] 朱琳.數控機床誤差分析及其補償技術[J].科教文匯，2012.

[2] 郭秀鳳.數控機床定位精度探析[J].賀州學院學報，2012.