數控機床加工精度提高方法的相關探究

胡大花

引言：隨著科學技術的快速提高，數控技術與設備已廣泛用于生產加工行業中，它是衡量一個國家裝備制造業水平的重要標志。但在我國數控機床加工的過程中，由于加工位置誤差、加工過程中受力、熱等各種因素影響，導致數控機床在加工過程中精度不高，從而影響了數控機床的使用效率和產品生產的質量，一定程度上制約了機械裝備制造業的發展。因此如何提高經濟型數控機床加工精度是機床數控改造的關鍵問題之一。本文就何避免誤差和提高加工精度進行了分析。

在實際加工過程中，數控機床對操作人員要求和其自身性能要求也相對較高，在科技不斷進步的同時，數控機床作為機械裝備制造業的重要設備，在機械裝備制造業中的重要性也在不斷地提升。數控機床的加工精確性為生產和加工企業解決了復雜精密的零部件生產工藝，提高了現代化企業的生產水平。當前普通的數控機床技術在全世界范圍內發展相對比較成熟，但隨著制造業的不斷發展和社會生產的需要，普通的數控機床已經不能滿足生產發展的需要，更快、更精密、更高效的數控機床已經成為了主要的發展趨勢[1]。

一、影響數控機床加工精確度的主要因素

1、分工不明確

數控機床在中國的的應用已有很長的一段時間，其維修和保養技術已有了明顯的改善，在數控機床的相關應用上也制定了相關的操作規則和標準。但所有這些都無法避免機床在使用過程中本身精度的磨損。在機床加工產品過程中，特別是對一些成批次生產的產品，要嚴格區分產品的精度等級，根據不同的精加工設備在實際中的使用，來滿足產品的不同需求，即低精度和高精度的要求。

2、數控機床加工中的位置誤差對加工精度的影響

位置誤差是指加工后零件的實際表面、軸線或對稱平面之間的相互位置相對于其理想位置的變動量或偏離程度，如垂直度、位置度、對稱度等。數控機床加工中的位置誤差通常指死區誤差，產生位置誤差的原因主要在機床零件加工時由于傳動時產生的間隙和彈性變形導致加工誤差，以及在加工中，機床的刀頭需要克服摩擦力等因素導致產生位置誤差。在開環系統中位置精度受到的影響是很大的，而在閉環隨動系統中，則主要取決于位移檢測裝置的精度和系統的速度放大系數，一般影響較小[2]。

3、編程誤差對數控機床加工精度的影響

3.1 編程中逼近誤差的影響

逼近誤差是由于采用近似算法逼近零件廓形而產生的誤差。在加工非圓曲線的數學處理中，近似地將非圓曲線分割，以直線廓形代替曲線廓形，這樣刀具形成的廓形不可能準確地與被加工廓形重復而產生加工誤差。如果已知工件廓形方程，編程數學處理后程序規定的廓形與方程描述廓形之間的逼近誤差值δk取決于曲線分割中分割弦的長度L。

或中rmin―理論廓形最小曲率半徑。如果被加工零件的廓形方程未知，編程時用列表曲線逼近，此時產生的逼近誤差值則難以確定。

3.2 插補誤差的影響

在經濟型數控機床上加工工件，傾斜直線是通過刀具沿平面上兩個坐標軸方向走折線而形成，這樣造成工件表面呈鋸齒狀而形成插補誤差。插補誤差的影響因素主要有機床分辨率、脈沖均勻程度、控制系統的動態特性及插補方法與算法等。

3.3、操刀位置缺乏科學性

在利用數控機床批量進行生產、尤其是在一些大批量的生產過程中，在確保加工質量的基礎上，進一步提高整個數控加工的效率、保證整個加工過程中的穩定性，所有這些都是經濟效益提升的基礎。數控的銑削批量加工的過程中，一般都是選擇一些相對簡便的方式進行換刀，這樣就能進一步減少整個換刀的輔助時間、減少了機床的磨損、降低了加工成本。在走刀路線安排、使用順序、夾具選擇、刀具排列位置等方面都必須要進行精細的分析、優化的設計，改進換刀點設置，減少實際運行的成本，從而進一步提高了加工的效率。

二、提高數控機床加工精度的對策

1、通過控制數控機床的原始誤差提高加工精度

數控機床加工過程中，誤差本身是不可避免的，被加工零件與數控機床之間存在必然的誤差， 這種一定存在的誤差稱為原始誤差。因此，要提高數控機床的加工精度，控制數控機床的原始誤差是重要對策之一。針對產生原始誤差的可能性要進行系統的分析，根據誤差產生的原因和誤差類型要制定相應的改進措施[2]。機械零件在加工過程中，數控機床的位置精度、幾何精度對零部件的加工精度有重要影響，要通過位置控制和幾何精度控制來減少位置誤差和幾何誤差對零件的影響。對行走速度、進給量的控制，也是通過減小主軸震動的方式來減少對加工工件精度影響的一種常用方法。

2、合理編制加工程序減小進給機構間隙誤差

根據以上分析，在運動換向時，進給機構間隙對機床加工精度影響較大。尤其是當被加工的零件尺寸精度接近數控機床的重復定位精度時影響更大。因此，在數控編程和加工中采取一些相應的措施可以提高加工精度。

如圖1所示，精加工工件輪廓為a-b-c-d，如采用刀具移動路線就不妥，因為從①～②的運動方向與③～④相反，會產生反向間隙，如改刀具移動路線，精加工時刀具在徑向的移動保持尺寸連續遞增趨勢，在軸向的移動保持尺寸連續向左趨勢，這樣便消除了機床的反向間隙的影響[2]。

3、修復機床導軌精度

使用環氧型耐磨導軌涂層修復導軌精度：工作臺導軌的涂層，就是床身導軌的拓印，它的配合精度必然很高，它簡化了工藝，縮短了制造周期。應用于機床改造更為便利，效果顯著。鑄鐵導軌：鑄鐵導軌的精加工是用刮削的方法得到的，刮研顯點為18點/cm2～25點/cm2；同時，必須保證潤滑的可靠性。這樣才能盡可能的減小摩擦，以及對位置控制精度的影響。機床工作時，由主軸夾持著工件或刀具直接參加表面成形運動，對加工質量和生產率，有重要影響。所以，改造時必須修復主軸的精度。對于精度超差的主軸拆卸以后應對其進行全面檢查，以便確定修理方案。但大多需要更換主軸軸承、重新調整軸承的間隙調整和預緊。調整后應進行溫升實驗，溫升超過規定值，應減少預緊量。

結語

工業發達國家把數控機床視為具有高技術附加值和高利潤的重要出口產品。數控機床已成為關系到國家戰略地位和體現國家綜合國力的重要基礎性產品，提高其精準性是十分重要的舉措。

參考文獻

[1]陶然，楊光，朱亮.數控機床加工精度提高方法的分析[J].湖北工業大學學報，2005，03：123-125.

[2]周紅.影響經濟型數控機床加工精度的因素分析[J].邵陽學院學報（自然科學版），2005，02：58-60.

（作者單位：杭州鐵牛機械有限公司）