數控機床加工精度的影響因素及其控制措施

朱喜杰

沈陽機床股份有限公司 遼寧沈陽 110142

1 數控機床概述

數控機床的種類很多，根據控制系統原理、功能的不同可以劃分為普通數控機床、點位控制數控機床以及其他種類。隨著數控加工技術的不斷發展和創新，一些具有獨特功能的數控機床也被陸續開發設計出來，進而滿足了機械制造業的發展需求。現實中，無論何種類型的數控機床，其構成都主要可以分為以下兩部分:①軟件系統。軟件系統主要包括輸入、輸出、數據傳輸以及分析處理系統等。②硬件系統。硬件系統主要由數控裝置（如圖1所示）、伺服系統、驅動裝置、可編程控制器、電氣控制系統、機床本體以及其他一些輔助設備組成。

2 數控車床精度的影響

數控車床在正式加工之前，需要編寫相應的加工程序，通過利用編寫完成的數據，從而能夠實現對工件的自動加工，整個的工作原理就是通過數字以及文字符號等完成指令的下達，進而實現控制一臺或者多臺加工機床的功能。盡管與傳統的加工車床相比，數控機床有較大的優勢。但現階段，客戶對于機械產品的質量以及實際使用性能的要求越來越高，特別在一些機械前沿領域，數控車床需要能夠完成更高精度的零件加工，因此必須強化數控車床加工精度的進一步控制。不過，就目前來看，數控車床在加工單一工件以及小批量工件時，自動化水平還不夠，而在加工形狀較為復雜、對加工精度要求較高的工件，自動化加工工藝還需要進一步的提升與優化。在數控車床加工領域，如果想要進一步的提高加工精度，除了進一步進行設備研發之外，目前最容易實現的就是控制加工生產誤差，在這個過程中，需要不斷的進行研究總結，確定有哪些加工生產誤差，確定導致這些誤差產生的原因，從而制定有針對性的改進措施，進而保證數控機床的加工精度，保證加工出的零件精度能夠滿足客戶的使用要求[1]。

3 影響數控車床加工精度的主要因素

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2所示。

圖2 半閉環控制系統工作原理

3.1 刀具使用規格與參數

在刀具使用中，為了保證零部件加工順利開展，對刀具規格進行規范至關重要。需要對車刀的主偏角和刀尖圓弧半徑進行控制。然而，實踐中發現部分車床加工中工作人員對刀具使用規格和技術參數的管理能力不足，使得機械部件的加工較為粗糙，不利于精細化加工方案落實。例如，在某車間對棒料的加工中，其軸向尺寸容易產生誤差，技術人員進行分析發現，主要是車刀規格尺寸不合理，以及刀具在使用過程中的磨損，影響機械零部件的加工質量。對其加工過程和步驟進行分析，得出結論：刀具規格影響數控車床加工精度，需要選擇合適的刀具規格對應不同的加工材料，并隨時注意刀具的磨損情況設置補償參數。實際生產中，零部件生產精準度與刀具參數相關，需要對刀具使用規格進行明確。

3.2 電機運行中誤差控制

數控車床加工中，需要重點關注電機驅動和使用過程中產生的誤差。對其誤差形成原因和技術因素進行全面分析，確保加工速度合理、質量合格。實踐過程中發現，電機運行中的誤差主要是逼近誤差和圓整誤差，需要在這兩方面進行控制方案應用，通過增加機械剎車功能和控制電機轉速對相關問題進行治理，確保誤差值在加工行業技術標準下，滿足精細加工標準。數控車床加工中，還需要對精細零部件進行反復校驗，促使精密部件生產條件良好。為實現這一目標，需要對電機運行工況和設備零部件使用性能進行調整，確保數控車床作業條件良好。實踐工作中，由于加工過程對系統參數控制能力有限，導致機械零部件成品與樣本出現誤差，影響數控車床加工質量[2]。

3.3 伺服控制系統因素

逼近誤差主要是利用數學原理對非圓結構進行線性處理，以直線輪廓代替曲線輪廓。然而在實際操作中，控制系統容易出現誤差，造成加工部件的輪廓形狀與圖紙要求不一致，影響實際加工能力。當伺服控制系統出現問題時，也影響加工過程聯系性，不利于精細加工方案的有效落實。實際應用中，伺服系統會對數控車床車削加工過程直線工藝和圓弧工藝產生影響，主要影響機械位移速度和加速度，需要對伺服系統主要控制方案進行分析。系統應用是保證數控車床加工作業效率的關鍵，應結合項目運行條件，使用相關控制方法，為控制系統合理應用提供可靠保證，倘若對其控制不當，會形成相同的進給軸開環增益，影響系統應用效果。

3.4 幾何精度和結構影響

零部件加工中，應對車削速度和規格進行控制，然而，實際工程中，在數控車床加工中會出現幾何精度不足，工藝技術達不到行業統一標準的問題。同時，也存在精細化措施應用不到位、管理技術與經驗不足問題，這也是主要影響因素。同時，車床結構問題也會影響加工精細程度，需要對其進行控制[3]。

4 數控車床加工精度的控制對策

4.1 誤差防治措施的合理運用

針對數控車床在零件加工中時常出現的精準度不足的問題，可以由專業的技術人員選擇誤差防治法通過合理的措施加強零件加工精準度，從而保證針對不同的生產環節出現的誤差能有效地進行避免。舉個例子，優化改善加工生產環境、提升系統強度、做好零件裝配等措施都能有效地確保零件加工的質量，避免其出現誤差。此外，對數控車床的檢修維護工作也同樣重要，由專業的管理維護人員研究車床設備的具體情況，結合新興技術做好優化設計工作，從而減少誤差，使實現零件加工的質量得到保證。誤差防治法能有效提高生產過程中的精準度，但需要由專業的技術人員和過硬的實踐素質提供支持，這樣在數控車床零件加工作業中才能起到其應有的效果。當然該法也有一個弊端，即相關人員或管理層過分追求零件加工精準度時，必然會導致生產成本的提高，還可能因為生產和檢修維護實踐的增加反而事倍功半地影響了產品質量。單一使用誤差防治法必然是有質量提高上限的，相關人員應當及時找到這一上限控制該法的使用。

4.2 數控車床總體設計的提升

數控車床作為零件加工的重要主體，因為其設計的優化程度關系到各環節零部件加工情況，所以利用創新設計主機結構、引進高質量部件、優化各生產環節等措施都能對加強數控車床零件加工工作起到重要作用。這樣一方面能延續且加強數控車床的自動化效果，從而保證零部件加工的正常平穩運行，另一方面能有效降低人工的使用率，減少企業成本支出。此外，在車床優化設計階段，相關技術人員還需要注意的是變形應力對部件的作用，只有均衡分布才不至于在外力影響下導致機器出現變形，這樣也可以避免剛度薄弱部件在外力作用下被損壞。數控車床的總體設計可以由多方面進行優化，包括調整結構中心高度、介紹結構材料使用、優化系統熱態性能等，數控車床的設計優化依然有很大的進步空間，需要相關技術人員繼續鉆研。

4.3 利用編程法加強加工精度

在數控車床使用過程中，低速單向定位到達插補起始點的狀態下，可以由專門的技術人員通過編程法完成插補加工，該法的最大用處就是設備穩定運行過程中出現正向偏差，那么就可以通過此法反向間隙插補，從而達到還原偏差且將系統補回正軌。在數控車床使用時，還可以利用這樣一個方法，即多設立幾個地址儲存系統，從而把反向間隙值儲存在各軸中，這樣當車床生產過程中產生指令異變的狀況時，那么原先儲存在各軸中的反向間隙值就會將其儲存到系統中，系統自動讀取這些數值，在中央計算機的指揮下自動修正，從而達到自動消除反向偏差的目的，這就是編程法的重要意義。

4.4 設備定期檢修維護工作

數控車床歸根結底還是一種專業生產的機械設備，即便它再精密，在實踐運轉后都無法避免地會出現各式各樣的問題，而故障和問題的出現往往又會影響生產任務的進行，還會降低生產產品的質量和精準度。為了整個企業的經濟效益，必須保證整個數控車床能保持長時間穩定運行的狀態，這就需要專業的技術人員對其進行定期檢修維護。一方面，技術人員應當結合數控車床的具體使用情況和維護規范編制合理的數控車床維護計劃，具體到每年、每月、每日，并且每次完成任務都需要撰寫檢修報告責任人簽字，以確保責任到人。另一方面，在使用設備過程中也需要操作人員按科學要求來操作機器，科學合理地保證機床不受損壞。

4.5 提高刀具軸承加工精度

要對刀具的角度和材料進行合適的選擇。在工業化不斷深入的情況下，零件之間也從統一化變為標準化的特點，而數控機床所運用的工具也必須具有這些特點，才能提高刀具的軸承加工精度。雖然刀具本身就有較完善的材質，但要想保證數控機床的加工精度，必須對刀具進行科學的選擇；在加工的過程中也要考慮到刀具的硬度以及耐磨性，比如現在運用最為廣泛的刀具材質是合金和高速鋼。要提高刀具的軸承加工精度，需要盡量使用一些零件來控制滑動軸承；還要選用耐磨性較好的軸承，從而保證機床的精度。要盡量減少機床內的熱源，并且使熱源遠離機床的主軸；同時機床還要設置散熱功能，比如采用金屬加工液進行潤滑并帶走加工過程中的熱量，進而降低設備和零件的變形程度。其次，還要注意軸承的轉速和調整問題。比如調整中、小滑板鑲條，使中間的間隙小于0．04mm，并且保證其移動平穩、輕便；選用功率適宜的機床，增強機床安裝的穩定性。在數控機床的加工過程中還要考慮到刀具的刀點，刀點就是坐標系上刀具運動開始的點，這需要對對刀過程進行重視，對刀出現問題不僅會影響到加工零件的精確度，還會威脅到員工的安全，所以要特別注意對刀的控制。

4.6 加強相關人員的維護意識

數控機床的精度與生產質量、生產效率直接掛鉤，高精度的數控機床是我國數控加工走向國際化的前提。因此，數控機床的管理、維護也十分重要。

（1）數控機床是創造價值的先決條件，因此相關企業必須認識到維護設備、保養設備的重要性。機床管理的好壞直接影響到數控機床是否能正常運轉，也影響到數控機床的精度和效用。

（2）相關人員要保證數控機床的合理運用。數控機床在現代制造業中扮演著重要的角色，它提高了機械設備的生產效率，但在使用過程中會受到環境、空氣、熱源的影響，因此必須在日常工作中合理使用數控機床，這樣才能避免機床出現故障。在使用過程中，也要加強對數控機床的重視程度，保證正確使用，并選擇合適的場地。數控機床容易受到外界的影響，由此，要有效避免其處在高溫的條件和潮濕的環境中，而且相關人員要在熟悉相關操作規范之后再進行使用。

（3）相關人員要定期做好機床的水平度和機械精度的檢查，并且做好校正工作。機械精度的校正方法有兩種：第一種方法是對系統的參數進行補償，如絲桿反向間隙補償、各坐標定位精度的定點補償、機床回參考點位置校正；第二種方法是對機床進行維修、進行導軌修制、滾珠絲桿螺母副預緊調整反向間隙。

5 結語

數控車床對機械制造業來說是必不可少的加工設備，隨著一些高端領域的發展，對數控車床的加工精度要求越來越高，本文通過對影響數控車床加工精度的影響因素進行了分析，具體闡述了四點影響因素，之后根據影響數控機床加工精度的影響因素提出了四點相應對策，并在此基礎上提出了其他兩點能夠提高數控機床加工精度的措施，對提高數控機床加工精度有一定的指導作用。