數控機床加工精度提高技術分析及其存在的問題探討

肖光臨，呂巖，焦丕顯，李林

（1.沈陽第一機床廠；2.沈陽機床（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

數控機床加工精度的提高在產品生產中起著關鍵性的作用。在此背景下，工作人員應不斷豐富自身專業技能，了解產品生產過程中可能出現的問題，根據數控機床加工的實際狀況制定設計方案，以此提高機床加工的精度。

1 影響數控機床加工精度的相關因素

1.1 氣溫

我們都知道“熱脹冷縮”的原理，溫度過高或過低都會使金屬形態發生改變，從而影響零件產出的尺寸和精度等。

1.2 工藝系統熱變形

在機床加工環節中，零部件會出現摩擦等不良現象，此時，會產生大量熱能，這會導致零件與零件之間接觸不均勻。過量熱能是零部件發生變形的征兆，在受熱過強的位置出現形變，使工件和刀具兩者之間誤差不斷拉大，這對數控機床的加工精度造成了極大影響。

1.3 安裝環境

數控機床對安裝的位置也有一定要求，安裝區域一定要與振動位置保持適當的距離，以免因潮濕、輻射等不良因素對數控機床的生產造成影響。此外，還要科學地尋找振源，將有效的防振措施引入機床安裝的環節中。

1.4 編程誤差

在編程這一環節中，插補誤差和逼近誤差在其中起著關鍵性作用。在進行插補計算時，由于數據集中到一定范圍后，會提高數控機床出現定位誤差等不良情況的概率，進而對數控機床的加工精度造成了極大影響。在出現誤差這一不良狀況前，利用加工零件的輪廓方程計算出的誤差值存在不穩定性，這也極大地提高了數控機床在加工時出現誤差的可能性。在實施熱變形誤差防止措施時，考慮到熱力對誤差的作用，尤其是在熱變形條件下，零部件的精確度會變得更模糊。熱變形的產生，主要因為液壓系統等設備受到熱源過大導致的，在熱量達到一定數值后，零部件就會發生變形，使機床精確度不斷降低。

2 數控機床加工精度提高方法

2.1 從機械調整方面提高數控車床加工的精度

機床調整主要由主軸、床身等這幾方面組成，在對其實行相應調整后，車床才能達到一定的出產標準，并保持在合理的數控車床加工精度范圍內。在此過程中，相關人員需要時刻關注場內監控，對待車床加工不足的地方，采取積極有效的措施去調整產品的生產。這也是提高數控加工精確度最直接的方案，這一方法的實施對工作人員技能沒有任何要求，但需要他們定期對這些產品進行檢查。

2.2 從電氣調整方面提高數控車床加工的精確度

電氣調整主要從兩方面入手，一方面是對機床參數的控制，在此過程中，又有兩項內容會影響機床加工的精度，分別為系統增益和定位死區。在系統增益上，相關人員需要時刻關注機械阻尼對車床轉動慣量的影響，其與車床加工精確度有著密切聯系。此外，相關人員還需要減少定位死區，通過這種方式提高機床運作的精確率。這兩項內容要在機床加工過程中同時進行。另一方面，相關人員可以引入相應系統實行電氣調整。隨著我國科技的不斷提高，數控機床在運行上已實現了遠程操作。此時，各工廠要持續改善自身設備，引進大量監控設備，采用這種方法不但可以有效地監管機床運行，而且還能減少人工干預帶來的資源浪費，落實成本節約的同時，使車床加工時的精確度也得到提升。

2.3 從車間環境控制方面提高數控車床加工的精度

從車間環境控制方面來看，熱源供應需要減到最少，相關人員需要把工作重心放在主軸的轉速、間隙調整上。在推力軸承上，由于工作環境差、發熱快且大的因素，在一定條件下引入推力角接觸軸承，以此減少推力摩擦產生的熱量。隔熱：使熱源和主軸保持適當的距離，如采用油冷、變速隔離器等設備。散熱：增加潤滑冷卻、油冷等內容的使用。減少熱變形的影響：不管采用哪種措施，都只能將熱變形的作用壓到最小，它不可能完全消失，所以，采取相應措施能夠有效將熱變形的影響降到最低，確保車床加工能夠保持在合理的精度范圍內。

2.4 采用誤差補償法提高數控機床加工的精度

對數控機床加工的定軸位置做詳細記錄，其在誤差補償中起著關鍵性作用，此時，將部分有效的記錄數據和實際測量數值拿來對比，查看其中的誤差值，并在實施過程中選出準確的基準點，記錄下計算出的誤差值，將其輸入控制系統中，通過這種方式，不僅可以有效把控數控機床加工過程中的軸運動，還能提高加工的精度。當測量點數量積累到一定數值后，螺距所出現的誤差就越大，這種誤差是借助數控機床坐標系運算出來的，所以，確保所選的參考點是零是至關重要的。

2.5 從對誤差的避免中提高數控機床加工精度

（1）調整原始誤差。在數控機床加工環節中，無法消除的就是生產過程中的誤差，最常出現的就是加工零件和數控機床之間誤差，其常常被人們稱為原始誤差。在出現這一誤差后，首先，相關人員需要對這一情況的出現進行分析，結合其所會出現的狀況實行相應評估，以此制定出有效的改進措施。數控機床的自身位置精度和幾何精度這兩項內容會影響零件的加工精度，所以，科學控制數控機床的位置精度和結合精度對零件的生產質量起著積極作用。在加工時出現形變等不良現象，其主要由于加工中所產生熱能引起的，最終致使零件出現形變，這時，采用風能和水能這兩種方式能夠有效降低熱變形這一不良現象的發生率，為數控機床加工過程中精度的提高打下堅實基礎。

（2）合理的機床核心部件能夠有效地避免誤差產生，在對機床進行加工時，相關人員需要充分重視機床定位精度的調整，其中，核心部件的選擇在其中起著關鍵性作用。例如，在選擇機床的滾珠絲杠時，科學地選擇滾珠絲杠技術，保證技術實施與設備的安裝能夠完全契合，使系統傳動精度位置保持在規范的數值內。因此，在精度選擇上，設計內容要依據滾珠絲杠的承載能力為根本出發點，以此更好地避免誤差的產生。

（3）采用實時監控技術。在我國科學技術不斷進步的背景下，網絡技術也不斷應用到各行各業中，為了降低零件加工過程中出現誤差的概率，相關人員可以將監控技術引入零件加工中。一旦發現有誤差存在，及時將其產生的緣由記錄下來，為今后管理者在問題分析上提供事實依據，隨后制定出相應解決方案，以免同樣類型的錯誤再次發生。這種方法主要利用誤差補償技術來實施，通過這種方式，相關人員不但可以及時作出項目改善方案，而且還能準確地選出誤差補償技術，最終提高零件加工的精度。

2.6 從軌跡擬合方面提高數控機床加工的精度

在考慮到數控機床加工路線都是由小段圓弧和小段直線加工擬合的。此時，系統只能在非圓曲線的狀態下對機床進行加工操作，使圓弧不斷靠近直線，這會導致擬合曲線和真正意義上的非圓曲線產生較大差距。針對這一現象，多數人會引入等誤差等多種方法來對非圓曲線的軌跡進行擬合，等誤差能夠有效地提高機床加工質量，保障擬合的精確度，這也是等誤差在軌跡擬合中得以應用的主要因素之一。雖然非圓曲線通過自動化方式實行的，但是，在此過程中還是存有一定誤差，此時，相關人員需要嚴格地進行計算來控制擬合誤差。

2.7 從編程漏洞方面提高數控機床加工的精度

在編程這一環節中，由于零件的外部形狀是利用近似算法模仿出來的，這時，其在編程過程中很容易出現生產誤差。雖然這種情況不會影響直線生產，但其會逐漸地將非圓形曲線推注成直線輪廓，這會極大地提高誤差發生率。進而影響加工零件尺寸精度等。在編程過程中，即使數控機床能夠對幾何誤差進行一定補償，但其還是無法解決根本性問題，插補誤差等問題依然會持續出現。針對這一現象，相關人員需要根據機床的實際情況進行設計運算，在把機床插入參考點的同時，將橫縱坐標都進行清零操作，以此減少誤差的累計，避免問題堆積。此外，為了更好地消除數控系統運算造成的誤差，相關人員需要在技術實行的過程中引入參考點指令，保證加工精度水平。編程誤差對精度的影響能夠借助各種方式降到最小，其中，插補間隙或增加機床的分辨率就能對加工誤差進行有效補償，為加工精度的提高打下堅實的基礎。

2.8 從技術完善方面提高數控車床加工的精度

隨著我國科學技術的不斷進步，機床精度也隨之發生了巨大的變化，它能夠從之前微米級轉變為現階段的納米級。除此之外，軸承技術在運作上也發生了極大變化，其在機床加工時極易出現遲滯等不良現象，而遲滯對定位的精度起著積極作用，在科學進步的同時，靜壓軸承技術對機械的遲滯也有了明顯改善，遲滯問題也得到了解決，因此，技術的完善對數控車床加工有著極大影響。

3 加工精度提高方法中存在的問題

3.1 在編程中出現的誤差影響

精度異同是數控車床與普通車床之間的區別，經研究表明，在程序編制過程中誤差是能夠縮小的，這就需要工作人員做到以下幾方面內容來減小誤差，更好地提高數控機床加工的精度。

首先，依據插補誤差對車床精度的作用。相關人員需要利用巧妙的方法應對編程中可能出現問題，引入絕對編程。此外，還可以將會參考點質量插入編程程序中，將編程誤差降到最低。其次，評估誤差對最終精度的作用，在此過程中，部分人員為了避免煩瑣的檢查和運算會選擇近似數值來進行誤差評估，這也會成為誤差產生的一項重大因素。所以，相關人員需要熟練的應用廓形方程進行編程，以此更好地避免誤差出現，提高數控車床加工概率。最后，在編程過程中，圓整誤差對車床加工精度起著積極作用。因此，相關人員在加工時，需要把選擇脈沖當量所決定的直線位移最小值拿來作為參考，嚴格按照編程圖紙來實行相應工作。

3.2 誤差補償技術存在的問題

誤差補償技術的使用對機床精度的提高起著積極作用，首先，利用誤差補償技術能夠有效地達到“硬技術”，使機床保持在精度水平。其次，利用誤差補償技術能夠很好地解決機床在加工中出現的各類問題，以便更好地達到事半功倍效果。最后，在達到一定效果后，利用誤差補償技術能夠有效降低制造成本，保障企業經濟效益的提升。但此種技術并沒有得以推廣，具體因素如下。

誤差補償技術缺乏系統化、通用化的數控機床建模方法，數學模型與機床類型不吻合。現階段，誤差參數辨識技術還沒有發展成熟，誤差辨別困難較大，數控制系統硬件會作用于誤差補償技術，這一技術很難施展開。第二，加工誤差和機床的加工對象有著密切聯系，像不同類型的加工件，或因為質量等內容產生一系列問題。

4 對加工精度提高方法中存在的問題進行分析

我國數控技術在發展過程中出現過各種各樣的問題。針對這一現象，將誤差補償技術引入數控機床加工中，其不但能夠巧妙地改善機床加工精確度，使這種技術的應用價值充分展現出來，而且還可以有效地降低花費成本，使工廠的每一份資源都能夠得到全面利用，最終實現精度水平，甚至還能規避往常不能避免的誤差。在一定條件下，利用誤差補償技術能夠很好地減少其他應用設備使用，這對企業經濟效益的提高有著積極影響。

誤差補償技術在數控機床加工中有著極大的應用價值，但是不是所有的企業都能用上這一技術，其在運用上也是存在一定缺陷的。誤差補償技術的實施需要拿建模方式做鋪墊，結合對數控系統硬件的使用，更好地辨別出誤差。對于我國中小型企業來說，其需要有大量的資金支撐來使用這種技術，而小型企業本身就是小本經營，在數控機床加工中，沒有更多的資金去實行誤差補償技術，這也是導致誤差補償技術無法得到廣泛應用的主要因素之一。

5 對數控機床加工精度提高技術的進展分析

首先，提高CNC 系統控制精度：利用高速插補技術，采用微小程序來實施精確把控，在持續對進給中單位進行精細化后，在位置檢測設備中引入分辨率較高的設備，以此提高位置檢測的精準度水平。其次，采用誤差補償技術：使用反向間隙補償等技術對設備因熱變形而造成的誤差進行綜合性補償。經研究發現，誤差補償技術能夠有效提高數控機床精度。最后，利用網格解碼器全面檢查數控機床運行情況，提高其運行精準度水平，利用仿真技術來預測機床的精準度，保障其性能可以長期處于穩定值狀態，提高其加工質量。

6 結語

在社會不斷發展的背景下，以往的數控加工技術模式已不能滿足現階段零件生產要求。針對這一現象，相關部門需要不斷完善法律法規，定期對工廠加工技術進行排查，提高其生產水平。而工作人員需要摒棄以往的產品生產理念，緊跟時代發展步伐，了解其在生產過程中可能出現的問題，根據數控機床加工的實際情況制定設計方案，提高數控機床加工的精度。