數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)分析及其存在的問題探討

岳徐翔

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

機(jī)械制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，要求機(jī)械加工質(zhì)量必須能與時(shí)代的發(fā)展相接軌，進(jìn)而才能發(fā)揮機(jī)械制造業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐作用。在機(jī)械制造行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床憑借著其自動(dòng)化程度高、加工質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在我國的制造企業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。對于數(shù)控機(jī)床而言，加工精度是其最重要的性能指標(biāo)，將對最終生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量造成直接影響。因此，數(shù)控機(jī)床的加工精度已經(jīng)成為了相關(guān)設(shè)計(jì)單位和制造企業(yè)所重點(diǎn)研究的對象。文章從誤差防治和誤差補(bǔ)償這兩個(gè)方面對數(shù)控加工精度的提高技術(shù)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對其發(fā)展和應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了探討，希望對促進(jìn)機(jī)械數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展能夠有所借鑒。

1 數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)分析

對于數(shù)控機(jī)床而言，其系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差是導(dǎo)致加工精度下降的重要因素，而造成加工誤差的原因比較多。例如機(jī)床本身的設(shè)計(jì)、制造和裝配精度；加工系統(tǒng)的熱變形；因加工切削力而導(dǎo)致的系統(tǒng)變形；運(yùn)行工況和加工環(huán)境改變等等。無論是何種因素導(dǎo)致的加工誤差，要想消除加工誤差對加工精度的影響，都可以從加工誤差防止和加工誤差補(bǔ)償這兩個(gè)方面著手。

（1）加工誤差防止技術(shù)。所謂誤差防止就是通過運(yùn)用一系列的技術(shù)手段來降低甚至是消除加工誤差的發(fā)生幾率。這些技術(shù)手段主要包括：①提升數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量；②確保機(jī)床的裝配過程科學(xué)；③對數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用環(huán)境和操作過程進(jìn)行管控；④定期對機(jī)床進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)等等。下面將從幾何尺寸誤差的防止和熱變形誤差的防止這兩個(gè)方面對加工誤差防止法進(jìn)行詳細(xì)討論。

對于幾何尺寸誤差，主要是由于數(shù)控機(jī)床裝配制造過程中的缺陷造成。因?yàn)闄C(jī)床零部件的裝備過程不夠科學(xué)合理，導(dǎo)致配合誤差出現(xiàn)，而這會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致機(jī)床加工過程中出現(xiàn)零件變形等情況，進(jìn)而造成幾何尺寸誤差。為了對這種誤差的發(fā)生進(jìn)行控制，應(yīng)該對機(jī)床的裝配制造過程進(jìn)行科學(xué)把握，尤其要重點(diǎn)加強(qiáng)對關(guān)鍵零部件配合誤差的處理，通過采用先進(jìn)的裝配技術(shù)和材料來盡可能地降低配合誤差。

除了機(jī)床零件間的配合誤差之外，因?yàn)榻饘偾邢骷庸み^程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而這個(gè)熱量會(huì)導(dǎo)致數(shù)控加工系統(tǒng)發(fā)生熱變形，進(jìn)而就會(huì)對加工精度尤其是超精密數(shù)控加工的精度造成直接影響。此外，機(jī)床工作中，電機(jī)、軸承、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)也是重要的熱源，這些部件在長時(shí)間工作后也會(huì)出現(xiàn)熱變形，進(jìn)而導(dǎo)致加工精度出現(xiàn)不同程度的降低。對熱變形誤差進(jìn)行控制要從降低熱源溫度和控制熱傳遞這兩個(gè)方面入手，具體則包括以下4種方式：①對熱源加強(qiáng)控制，使其發(fā)熱減少；②以冷卻為主，比如可以對發(fā)熱部位添加潤滑油和冷卻液，通過降低摩擦力來減少發(fā)熱；③對數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加重點(diǎn)部分的散熱通風(fēng)性能；④附加能夠?qū)嵩礋崃窟M(jìn)行均勻調(diào)節(jié)的控制場，將熱量控制在部件所能承受的范圍內(nèi)；⑤對機(jī)床的工作環(huán)境溫度進(jìn)行控制，通過降低環(huán)境問題來降低熱源熱量。

（2）誤差補(bǔ)償技術(shù)。誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)質(zhì)是通過人為制造一個(gè)新的誤差，進(jìn)而起到削弱甚至是完全抵消原始誤差的目的。這種方法首先要求掌握誤差的產(chǎn)生、特點(diǎn)和規(guī)律，進(jìn)一步建立誤差補(bǔ)償模型，最后盡量制造出一個(gè)與原始誤差大小相等、方向相反的新誤差，從而起到抵消原始誤差和提升加工精度的作用。加工誤差補(bǔ)償技術(shù)根據(jù)補(bǔ)償方式和原理又可以被進(jìn)一步細(xì)分為以下3種：①單項(xiàng)誤差合成補(bǔ)償法。對機(jī)床的各個(gè)單項(xiàng)誤差進(jìn)行直接測量，然后依據(jù)誤差合成理論計(jì)算補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床誤差的補(bǔ)償；②誤差直接補(bǔ)償法。運(yùn)用插值法計(jì)算補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行誤差修正與補(bǔ)償；③相對誤差分解、合成法。從相對的綜合誤差中分解出機(jī)床的單項(xiàng)誤差，然后再依據(jù)誤差合成理論進(jìn)行機(jī)床誤差的補(bǔ)償。

2 數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)在發(fā)展和應(yīng)用中存在的問題

誤差防止是提升數(shù)控加工精度的基本方法，但因?yàn)槭艿綑C(jī)床生產(chǎn)成本和母機(jī)加工精度等因素的制約，導(dǎo)致這種方法的運(yùn)用受到限制，精度提升效果也不夠理想。與此不同的是，誤差補(bǔ)償是現(xiàn)實(shí)中廣泛采用的一種精度提升手段，但這種方法也存在一定問題。比如所構(gòu)建的誤差補(bǔ)償模型往往只能與特定的機(jī)床設(shè)備相適應(yīng)，缺乏通用化的誤差補(bǔ)償建模方法。同時(shí)，誤差補(bǔ)償?shù)那疤釛l件是必須能夠精準(zhǔn)地識(shí)別出誤差，但現(xiàn)有的誤差識(shí)別手段還不夠成熟，無法準(zhǔn)確、快速地識(shí)別出誤差。最后，誤差補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用還會(huì)受到數(shù)控系統(tǒng)硬件及其程序開放性的限制。

［1］梁杰.數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)的進(jìn)展及存在的問題［J］.時(shí)代農(nóng)機(jī)，2017，44（4）：40.

［2］郭烽，趙維浩，張玲，等.數(shù)控機(jī)床加工精度提高方法的措施［J］.工程技術(shù)（引文版），2016，（1）：202.