數(shù)控機床加工精度的影響因素及對策研究

摘要：數(shù)控機床是助力中國制造和推動智能制造的重要設備，其加工精度是影響加工產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵要素。本文對影響數(shù)控加工精度的因素進行了科學分析，在此基礎上給出了提高加工精度的對策建議。

關鍵詞：數(shù)控機床；加工精度；對策

在現(xiàn)代制造業(yè)中，高精度、高效率、高速度和智能化是數(shù)控加工的發(fā)展趨勢，也是數(shù)控機床加工過程的關鍵性指標。評價數(shù)控機床性能優(yōu)劣的指標較多，其中加工精度是最為重要的指標之一。在數(shù)控機床的加工過程中，產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)劣直接受加工成型的零部件的精度所影響。航空航天領域裝設備、武器裝備和高精密設備等對零部件加工精度的要求非常高，必須想方設法提高所需零部件的加工精度。因此有必要對影響數(shù)控機床加工精度的影響因素進行分析，繼而有針對性地提出切實可行的對策措施。

1 數(shù)控機床加工精度的影響因素分析

（1）加工原理誤差。

加工原理誤差是由于采用了近似的刀具輪廓或者近似的加工運動方式所產(chǎn)生的誤差，因為誤差是由加工原理導致，故習慣上稱加工原理誤差。只要加工原理誤差即精度在允許范圍內(nèi)，這種加工方式仍是可行的。

（2）刀具制造誤差和磨損。

刀具在制造和安裝過程中皆會產(chǎn)生誤差，在使用過程中還會由于切削和摩擦等原因而產(chǎn)生磨損。當磨損超過限定值時，表面粗糙度會隨之增大，并伴有振動、噪音，使加工精度降低，生產(chǎn)成本增加。

（3）位置誤差。

位置誤差是指加工后零件的實際表面、軸線或?qū)ΨQ平面之間的相互位置相對于其理想位置的變動量或偏離程度，也稱死區(qū)誤差。在加工機床零件時，由于傳動時產(chǎn)生的間隙和彈性變形、機床的刀頭需要克服摩擦力等因素的作用便會產(chǎn)生位置誤差。在閉環(huán)隨動系統(tǒng)中，位置精度主要依賴于系統(tǒng)的速度放大系數(shù)和位移檢測裝置的精度，對加工精度影響較小，但在開環(huán)系統(tǒng)中位置精度將會受到較大的影響。

（4）幾何誤差。

幾何誤差主要由外部因素和內(nèi)部因素兩種原因所導致。外部因素是指由于熱變形和外部環(huán)境等因素影響而產(chǎn)生的幾何誤差，如由于受熱膨脹或變形的影響，刀具或零部件在切削過程中將造成幾何誤差，繼而會影響加工精度。內(nèi)部因素主要是由機床自身因素造成的幾何誤差，如機床導軌的直線度和水平程度、工作臺面的水平度、刀具和夾具的幾何準確度等。

（5）機床定位。

從結(jié)構(gòu)上看，定位精度是影響數(shù)控機床加工誤差的主要因素，其中對定位精度影響最大的是進給系統(tǒng)。在閉環(huán)系統(tǒng)中，為防止進給系統(tǒng)中的主要部件產(chǎn)生位置偏差，通?？梢圆捎枚ㄎ粰z測裝置如滾珠絲杠等部件來解決。但在開環(huán)系統(tǒng)中，由于情況復雜多變和有較多影響因素等原因，使得無法進行有效的定位監(jiān)控，所以對加工精度產(chǎn)生的影響較大。

（6）反向偏差。

在數(shù)控機床上，各坐標軸在由正向轉(zhuǎn)為反向運動時，由于各機械運動傳動副的反向間隙誤差和各坐標軸進給傳動鏈驅(qū)動部件的反向死區(qū)誤差等原因變會造成一定的反向偏差。對于存在反向偏差的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)型的數(shù)控機床，偏差的存在會對定位和重復定位精度產(chǎn)生影響，繼而對加工精度產(chǎn)生影響。

（7）加工現(xiàn)場環(huán)境。

在數(shù)控加工現(xiàn)場會受到電磁波的干擾，產(chǎn)生的高頻震蕩或電火花以及超范圍的輸入電壓，都會使數(shù)控機床的加工精度受到影響。此外，加工現(xiàn)場必然會有粉塵的出現(xiàn)，而粉塵與車工及鉗工等不同的工種混合，也會對加工精度產(chǎn)生影響。

2 提高數(shù)控機床加工精度的對策

（1）提高數(shù)控機床設計合理性。

我國在數(shù)控車床設計制造方面雖已取得了一定的成就，但在結(jié)構(gòu)設計上還有一定的不足，降低了加工精度。在設計主機結(jié)構(gòu)過程中，要在充分考慮加工需求基礎上進行科學的設計。并且在總體設計過程中，要堅持等剛度原則，盡量避免剛度不均引起局部結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生加工誤差。

（2）改善刀具材料與形狀。

改善現(xiàn)有刀具材料，開發(fā)新的合金類、涂層類刀具材料，可以有效提高加工精度和生產(chǎn)效益。在選用優(yōu)質(zhì)刀具的條件下，為科學提高數(shù)控機床的加工精度，應該有優(yōu)化的道具形狀作為支撐，二者有效結(jié)合，會大幅提高加工精度。

（3）科學制定切削用量。

切削用量對數(shù)控機床的加工精度有重要影響。由半精度加工向精度加工過渡的精密機床機械加工中，精密機床切削速度大，通過減少進給量的方式進行切削處理，最大限度上促使零件的精度得到充分保障。因此，要想提高數(shù)控機床的加工精度，必須制定合理的切削用量。

（4）控制原始誤差。

首先深入分析產(chǎn)生原始誤差的各種因素，然后根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因和類型有針對性的制定措施。要通過幾何精度控制和位置控制降低幾何誤差和位置誤差對精度的影響。用水冷、風冷等方法降低加工中的熱變形，減少對加工精度的影響。此外，應合理選擇刀具的材料，以防止刀具發(fā)生較大變形影響加工精度，在選擇夾具時要充分考慮零件的胚料形狀，避免產(chǎn)生位置誤差。

（5）提高定位精度。

與普通機床相比，數(shù)控機床的定位精度是一項重要的參考精度，是指在數(shù)控系統(tǒng)控制下，所測量的機床運動部件運動所能達到的位置精度。定位精度與機床的幾何精度都會對機床的切削精度產(chǎn)生較大的影響，特別在孔隙加工過程中會對孔距誤差產(chǎn)生較大的影響。通?？梢愿鶕?jù)機床的定位精度判出一臺數(shù)控機床加工精度的大小，所以數(shù)控機床的定位精度異常重要，定期對定位精度進行檢測和補償是保證加工精度的必要措施。

（6）采用實時監(jiān)控技術(shù)。

隨著數(shù)控機床監(jiān)測技術(shù)水平的不斷提高，對數(shù)控機床的加工過程進行全過程多維度實時監(jiān)控，及時對加工過程中的誤差環(huán)節(jié)進行調(diào)整完善，并實時采集加工過程中每一環(huán)節(jié)的誤差信息，進一步將誤差信息反饋至控制器，并根據(jù)誤差信息實施科學的誤差補償機制，進行及時有效的誤差補償，可以大幅減少加工誤差，提高零件的加工精度。此外，還要對機床所處的環(huán)境進行實時監(jiān)控，避免因濕度、溫度、電壓波動、粉塵等不良環(huán)境因素造成加工誤差。

參考文獻：

[1]楊從玉.淺談影響數(shù)控機床加工精度的因素及對策[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，10：69.

[2]華雷.淺析數(shù)控機床加工精度的影響因素及提高方法[J].科技風，2017，5：118.

[3]沈德志.影響數(shù)控機床加工精度的因素與優(yōu)化策略的探究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，7：25.

[4]林志沖.數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高方法分析[J].裝備制造技術(shù)，2012，10：15.

作者簡介：肖樹劍（1978），男，工程師，研究方向：機械及自動化。