影響數控機床加工精度的因素與優化策略的探究

沈德志

（廣東省粵東商貿技工學校，廣東 梅州 514000）

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影響數控機床加工精度的因素與優化策略的探究

沈德志

（廣東省粵東商貿技工學校，廣東 梅州 514000）

摘 要：在科學技術的不斷發展下，現代制造業也隨之發展。相應地，數控機床的使用范圍也越來越廣泛。數控機床與普通機床相比較，無論是在機械結構，還是在控制系統，亦或是伺服驅動上，都發生了較大的改變，通過計算機的數字控制技術，有效提高了機械生產效率，并降低了機械的磨損，具有較高的應用價值。但在數控機床實際生產過程中，由于影響機床精度的因素較多，使得數控機床的生產精準性受到了較大的影響。因此，一定要對影響數控機床精度的各因素進行深入的分析，并結合這些原因，制定出有效的優化策略，確保產品質量合格、穩定、效率高。

關鍵詞：影響；數控機床；加工精度；因素；優化策略

0. 前言

數控機床自動化程度、加工精度較高，但由于影響數控機床精度的因素較多，常常會在生產過程中造成各種誤差的產生，使得產品質量得不到保障。因此，在數控機床實際運用中，要提高其生產精準度，還需要對數控機床精度影響因素進行系統、全面地分析，并制定出切實可行的方法，最大限度地控制誤差產生，確保數控機床的使用價值能夠得到體現。

1. 數控機床加工精度的影響因素

我國的數控機床多使用半閉路控制與伺服控制，實現加工過程的控制，而數控機床在傳動與運動中，部件會出現一定的彈性變形，而部件在運轉過程中不均勻地受力，會使得彈性間隙形成變化，而影響到數控裝置的精度。半閉環的控制系統工作原理如圖1所示。

1.1 編程原點的影響

在數控機床投入生產前，首先需要對機床的數控編程原點進行確定。數控機床的編程坐標系通常是由編程人員依據零件的加工特征及零件圖紙來進行確定。數控編程原點，會對零件的加工精度有著對直接的影響。而在實際原點制定中，由于編程人員對于工藝基準、設計基準等沒有進行深入地了解，使得在計算時，尺寸公差的換算會引起誤差的出現。

1.2 編程數據處理影響

數控機床對應的數控編程中，若數據處理不精準，會導致整個工序出現較大的誤差，并對輪廓軌跡加工精度造成直接的影響。尤其是未知編程節點的計算機編程尺寸公差的換算過程中，若沒有結合每一零件的形狀與裝配關系，對于余量沒有進行充分地考慮，就會導致誤差的產生，進而造成零件的報廢。部分數控機床的系統，可以依據已知的輪廓幾何條件，進行節點坐標的自動計算。而有的數控系統卻必須通過手動預算才能夠完成。在這個過程中，就不可避免地會有誤差產生。數控機床工件各處的尺寸公差若不對稱或存在不一致的情況，就需要通過人工計算的方式，來進行編程尺寸的確定。如果使用同一刀具進行加工，還需要取公差的中值進行編程，為機床的加工誤差留出一定的空間，確保加工的進度。而在實際計算過程中，由于各方面的因素，計算量較大，數據誤差時有發生。

1.3 加工線路的影響

通常，數控機床加工線路中，進、退刀的方式會對輪廓的加工質量造成較大的影響。如果刀具在內、外輪廓表面進行直接、連續下刀及抬刀，就極有可能由于會刀具直徑、運行速度、機床運動誤差等，在產品的加工表面造成一定的小凹痕；同時，若刀具的磨損較大，熱伸長，且在換刀安裝過程中，對刀具彈性變形、中誤差等沒有進行確定，就會導致刀具工作誤差的產生；而在機床各部件的工作表面上，若位置及工作表面有誤差，也會造成加工路線中誤差的產生；工作臺的運動誤差通常由偏擺角、滾轉角、俯仰角造成；在部件的移動中，垂直方向、縱向、橫向三個方位也能夠造成垂直度的誤差；而加工過程中產生的熱誤差，會導致各機床部件存在直接的溫度差，進而導致機床與零件的熱膨脹系統各不相同，甚至造成部件的變形，致使刀具與工件相應的位置產生改變，各坐標軸形成附加的位移。

1.4 加工現場的影響

在實際生產過程中，各種因素也會對數控機床的工作狀態造成較大的干擾，進而導致誤差的差生。包括：數控機床生產運行中，由于受到電磁波的干擾，而出現電火花或高頻震蕩的現象，對數控機床造成較大的損失，甚至會嚴重威脅到機床的正常使用；同時，每一數控機床都有相對應的電壓輸入范圍，若電壓不在輸入范圍，就會導致數控機床受到電壓波動干擾，引發電源中電壓監控產生報警，形成設備的暫停運行；當然，在數控機床生產現場中，不可避免的會有粉塵的出現，而粉塵與鉗工及車工等不同的工種混合，會造成一定的加工誤差。

2. 優化數控機床加工精度的措施

2.1 提高數控機床設計合理性

雖然，我國的數控車床在制造過程中，已經取得了一定的成就，并被廣泛的應用于企業生產，但在結構設計上，還存在一定的欠缺，導致生產誤差的出現。因此，在對主機結構進行設計時，要結合生產實際需求，進行合理的設計。而針對一些重要的部件或精密儀器，則需要通過外購的方式，確保機床的整體質量，降低機床的造價成本。同時，在機床的整體設計過程中，應遵循一定的等剛度原則，確保機床變形能夠均勻地分配到傳遞的每一部件之上，以免剛度不均，而致使車床導出現較大的局部結構變形。對于零件加工的進度，需要對加工要求進行深入的了解，嚴格控制每一零件的加工尺寸，提高零件加工的精準度。而在刀具的選擇上，要結合實際加工需要，對刀具的平滑程度、加工材料、刀具類型、加工深度等進行綜合考慮。

由于數控車床的結構重心，對自身動態形式會產生較大的影響，所以，在設計過程中，要有意降低車床的中心高度，提高車床的擺動模態頻率。并盡量減少上部結構的材料使用。對主軸系統的熱態特性進行優化設計，也是提高數控車床加工精度的有效措施。若數控機床在進行批量生產之后，存在著一定的熱誤差，則需要，則需要對主軸進行熱態特性的設計，把影響加工精度最大的零件放于熱對稱面上，進而最大限度的消除主軸中心的箱體發熱產生的零點漂移，以免熱變形產生較大的加工誤差。

2.2 提高機床導軌幾何精度

要提高數控機床的生產精準度，還需要對機床導軌幾何進行精確化計算。若數控機床為全功能，一般需要采用斜床身形式，且床身呈封閉筒形結構，有效簡化鑄造工藝，并減輕自身的重量。從科學的角度來講，筒形結構能夠有效提高斜床身的抗彎、抗扭剛度，以保證數控機床在復雜切削負荷環境下，依然能夠保持良好的精準度。而車床導軌可以選擇負載能力較大的圓柱滾子的直線導軌。為確保數控車床擁有較強剛性與精度，也可使用鑲鋼滑動的導軌副結構，確保導軌的幾何精度。

2.3 提高設備檢查與誤差防止

通常來說，數控機床的誤差防止法，是對誤差的事先預防，通過事先的合理設計，將誤差元進行消除，以免在生產過程中，誤差的出現。誤差防止可以通過改善機床的結構、對零部件的裝配精度進行優化，結合實際生產需要提高數控機床的整體剛度。同時，對于加工現場，還要注意數控機床所處環境的濕度、電磁波狀況、電壓波動干擾、粉塵干擾等，并對機床設備生產過程中產生的熱量進行仔細分析，通過對生產現場的環境控制，以提高機械加工精準度。

結語

數控機床的緊密程度、自動化程度都較高。在當前制造業的不斷發展下，數控機床得到了廣泛的應用。而數控機床的加工精度，對產品質量起到直接的影響。若在數控機床加工過程中，沒有對其生產精準度進行控制，就會導致生產出來的部件位置、形狀及尺寸等造成較大的誤差。因此，要提高數控機床的工作效率與生產精準度，還需要對影響機床精準度的各個因素進行有效的分析，通過科學、合理的措施，提高數控機床的加工精度，提高其整體生產水平，推動數控機床的不斷發展，為生產企業帶來較大的發展空間。

參考文獻

［1］黃克，關立文.五軸數控機床精度建模與預測研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2015，2（2）：78-81.

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［2］趙新杰.數控機床加工效率的影響因素及提升措施探討［J］.科技展望，2015（19）：66.

中圖分類號：TG75

文獻標識碼：A