數控機床加工精度的影響因素及改善措施探討

石家莊市欒城區職業技術教育中心 王樂華

引言

隨著大數據技術的發展，尤其是5G 技術在裝備制造領域的應用，我國現代制造業得到了快速發展。數控機床是工業制造的重要組成部分，具有效率高、自動化程度高的優點，能夠實現流水化零部件加工工藝。然而在實踐加工中受諸多因素影響，數控機床加工精度存在偏差，影響了零部件加工質量，因此正視數據機床加工精度問題并且采取有效的措施，提高數控機床加工精度成為裝備制造業高質量發展的關鍵舉措。

1 數控機床加工精度的概述

加工精度主要是用于表征生產產品的精細程度，數控機床加工精度就是零部件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數相符合的程度。加工誤差的大小反映了加工精度的高低，一般誤差越大加工精度就越低，相應的，誤差越小加工精度就越高。數控機床加工精度主要是通過機床本身的精度來保證，綜合相關文獻資料，數控機床加工精度主要包括以下內容：（1）幾何精度。又稱靜態精度，是綜合反映數控機床關鍵零部件經組裝后的綜合幾何形狀誤差。（2）定位精度。定位精度主要是數控機床各運動部位在數控裝置控制下所達到的精度，一般根據實際測量可以判斷出機床自動加工過程中能夠達到最好的工件加工精度，定位精度是保證零件加工精度的基礎；（3）切削精度。數控車床切削精度檢驗，又稱為動態精度檢驗，是在切削加工條件下，對車床幾何精度和定位精度的一項綜合考核。

實踐證明提高數控機床加工精度管理具有重要意義。首先提高數控機床加工精度是滿足我國機械制造強國戰略、實現機械制造服務業發展的基礎。制造強國戰略強調機械加工的精密度發展，而數控機床是機械制造的重要組成部分，數控機床加工的精度直接決定了產品加工的質量。因此提高數控機床加工精度對推動我國機械制造強國戰略起著至關重要的作用；其次提高數控機床加工精度是降低產品殘次率、提升產品整體生產質量的基礎保障。在數控機床加工中如果加工精度不高會導致加工的產品不符合生產要求，這樣不僅會增加產品返修率，而且還會影響零部件的整體質量；最后提高數控機床加工精度是提高經濟效益，降低安全事故的重要舉措。提高數控機床加工精度可以有效降低因產品不合格而導致的返工問題，為數控機床加工企業節省大量的資金。尤為重要的是通過提高加工精度可以降低因產品不合格而導致的后期安全問題。

2 影響數控機床加工精度的因素

數控機床加工精度主要是由誤差大小表示的，靜態精度是機床在不工作不切削狀態下檢測出來的，動態精度則是機床在切削過程中檢測的。結合多年實踐調查，數控機床加工中發生誤差的概率在41.2%，而影響數控機床加工精度的因素主要包括以下幾個方面。

2.1 數控機床操作人員專業技能匱乏，安全規范意識不強

雖然在大數據技術的推動下,數控機床實現了自動化、程序化操作,但是在加工的過程中仍然需要人工參與。由于操作人員問題導致的數控機床加工誤差發生率比較大:一方面數控機床生產技術越來越復雜, 尤其是現代數控機床的技術含量越來越高.而目前我國從事數控機床加工的人員大部分是直接接觸過簡單知識學習的人員，他們沒有接受過系統的數控機床專業知識，難以熟練的操作設備，導致加工的零部件精度不高；另一方面數控機床加工操作人員的安全規范意識不強,缺乏對數控機床的定期維護保養。數控機床屬于精密儀器，其不僅要求操作人員要嚴格按照規范要求進行操作，而且還要做好日常維修保養工作。但是在實踐中由于數控機床操作人員的質量控制意識淡薄，忽視對數控機床的日常維護保養，導致數控機床加工的精度不強。

2.2 伺服系統驅動系統

數控機床伺服系統是數控機床加工的重要元素，伺服系統驅動對數控機床的準確度有直接的影響，如果伺服系統出現問題就會對數控機床加工精度產生直接影響。根據調查數控機床運動鏈根據檢測裝置安裝的位置不同可以分為全閉環控制、半閉環控制以及開環控制。相對半閉環控制進給伺服系統而言，全封閉控制進給伺服系統容易出現加工精度問題，因此在數控機床中不常用。而半封閉控制進給伺服系統則是數控機床常見的形式，其加工精度主要取決于絲杠的正反向間隙。根據統計伺服系統導致的加工精度問題主要集中在滾珠絲杠在傳動時出現了問題，導致數控車床的旋轉發生彈性變形，從而直接降低數控機床加工的精確度。

2.3 數控機床狀態

數控機床狀態對加工精度的影響是巨大的，根據統計65.7%的數控機床在安裝上不符合相關指標標準，導致數控機床加工存在誤差：一是數控機床的刀具刀尖受損而導致工件尺寸準確，但是表面光潔度比較差。刀具是數控機床加工的重要元件，經過長時間使用后，數控機床刀具會出現磨損，這樣在加工時就會出現幾何精度問題。二是數控機床環境的影響。由于數控機床加工環境比較惡劣，受粉塵、空氣溫度等諸多因素的影響，數控機床存在大量的灰塵，如果沒有及時進行清潔作業，則會影響到數控機床個軸承的轉速，從而導致工件加工出現誤差。三是數控機床放置水平沒有調整好也會影響工件加工精度。例如數控機床加工的工件存在錐度大小頭現象，其原因主要是機床放置的水平沒調整好，一高一低，導致放置不平穩。另外數控機床加工過程中溫度的變化也會影響工件加工精度。最常見的現象就是數控機床如果沒有預熱則加工的工件普遍存在精度差的問題，原因就在于數控機床開機后，其溫度會不斷上升導致溫度分布不均勻，造成各零件或零件各部分之間的相互位置關系發生變化，從而造成零件的位移或扭曲。

數控機床加工實現了自動化控制，其主要是按照預定的程序要求進行加工操作。如果在數控機床加工過程中出現程序問題就會直接導致工件加工出現質量問題。例如在采取Frank 系統的立式加工中心，在連桿模具加工過程中，垂線X 軸進給異常，出現1mm 切削誤差，經檢查工件坐標系已經按照要求設置好。按照設置好的坐標系運行程序，記錄運動后的機械坐標值，然后轉為手動模式，輸入數據運行程序，待運動結束記錄坐標值，對比兩個坐標值發現存在0.352mm 的距離誤差, 通過深入分析當X 軸去除后，垂直方向上的主軸箱下落，產生了誤差。基此基本可以確定為程序的控制邏輯有問題，導致加工精度異常。

3 提升數控機床加工精度的改善措施

基于影響數控機床加工精度的因素，我們需要從以下方面入手加以改善，以此提高數控機床加工精度。

3.1 加強機械專業人才培養力度，樹立工匠精神

隨著我國機械強國戰略的實施，我們必須要加強高素質機械專業人才培養力度，為數控機床加工提供優質的人才：一方面職業院校要加強校企合作，結合數控機床行業發展趨勢培養符合數控機床崗位的人才。中職院校要切實發揮服務區域經濟的職能，主動與區域數控機床加工企業進行溝通，探究人才培養機制，形成系統的機械專業人才培養體系。例如中職院校要結合數控機床企業的崗位要求開展專業教學，定期組織機械專業學生深入到企業參加實踐學習，以此實現理論知識與實踐崗位的有效銜接；另一方面職業院校要發揮教育資源優勢，為數控機床企業提供職工技能提升教學服務工作。中職院校在教學中除了要開展系統的專業知識教學培訓之外，還需要融入職業素養教育，通過系統的教學體系增強機械專業人才的工匠精神。例如在機械專業教學中，教師可以構建課程思政，將機械專業課程與思想政治教學相結合，以此讓學生樹立工匠精神。

3.2 優化數控機床控制系統，提升伺服系統穩定性

伺服系統是數控機床工作的主要控制系統，伺服系統的穩定性問題導致數控機床加工容易出現誤差，所以需要不斷優化數控機床加工控制系統，增強伺服系統的穩定性。半伺服系統應用最為廣泛，因此對于半封閉式控制系統而言要注意優化閉環系統的誤差首先就要對反饋系統進行一定的優化和改善。例如我們可以選擇靈敏度比較高的反饋系統，同時在安裝反饋系統時要注意裝配和位置的精度。還要不斷優化數控機床的進給傳動控制系統，提高傳動元件的剛度。

3.3 完善數控機床控制程序，優化加工工藝

對于數控機床最為關鍵的就是要設計完善的控制程序系統，只有這樣才能在最大程度上保證工件加工精度：一是先根據產品的精度要求，在編程時考慮先粗車，后精車，這樣做可以很好地保證精度。同時先鉆孔然后再端平，這樣能夠防止出現縮料。二是要構建在線監測系統，實現對數控機床加工過程的監控。基于數控機床加工的自動化控制要求，需要借助大數據技術構建在線監測系統，實現對數控機床加工過程誤差環節的監控，及時對誤差進行采集，反饋至控制終端，并通過誤差數據采取相應的誤差補償機制，進行及時的誤差補償，有效提高零件的加工精度；三是要不斷優化加工工藝。針對工件加工誤差問題，需要優化加工工藝，具體就是要結合誤差產生的原因制定相應的改進對策。例如基于在數控機床開機初期階段工件誤差概率大的問題，需要進行預熱處理。

3.4 做好數控機床日常維護保養，合理選用機床

數控機床屬于精密儀器，如果缺乏有效的保養機制就會導致工件加工出現各種誤差問題。因此在數控機床加工中需要嚴格按照機械說明書做好日常維修保養工作：一是要加大對數控機床生產車間環境清潔工作。由于數控機床屬于精密儀器，生產車間的灰塵等會對儀器軸承造成巨大的影響，例如當粉塵進入儀器軸承后會導致軸承轉速下降，從而導致工件的精度下降。所以作業人員需要及時做好環境清潔作業，保證生產車間的溫度與濕度符合數控機床加工要求；二是要做好日常維護保養工作。數控機床加工元件具有一定的損耗，尤其是電子元件的損壞存在隱性，因此設備管理人員要做好日常檢修工作，及時發現故障，以此降低工件加工誤差。例如數控機床刀具具有一定的使用壽命，需要設備管理人員定期對刀具等進行檢查，及時更換出現磨損的刀具，以此避免不合格加工工件的發生。

總之，基于我國制造技術的不斷發展，尤其是5G 技術的應用，機械制造行業對數控機床加工精度的要求越來越高。所以為了提高數控機床加工精度，降低不合格工件發生率，我們要不斷優化數控機床加工工藝，改進加工控制程序、減小工藝系統熱變形以及加快高素質人才培養等，以此提高數控機床加工精度，促進我國機械裝備產業實現高質量發展。