数控机床加工精度的影响因素及其控制措施

朱喜杰

沈阳机床股份有限公司 辽宁沈阳 110142

1 数控机床概述

数控机床的种类很多，根据控制系统原理、功能的不同可以划分为普通数控机床、点位控制数控机床以及其他种类。随着数控加工技术的不断发展和创新，一些具有独特功能的数控机床也被陆续开发设计出来，进而满足了机械制造业的发展需求。现实中，无论何种类型的数控机床，其构成都主要可以分为以下两部分:①软件系统。软件系统主要包括输入、输出、数据传输以及分析处理系统等。②硬件系统。硬件系统主要由数控装置（如图1所示）、伺服系统、驱动装置、可编程控制器、电气控制系统、机床本体以及其他一些辅助设备组成。

2 数控车床精度的影响

数控车床在正式加工之前，需要编写相应的加工程序，通过利用编写完成的数据，从而能够实现对工件的自动加工，整个的工作原理就是通过数字以及文字符号等完成指令的下达，进而实现控制一台或者多台加工机床的功能。尽管与传统的加工车床相比，数控机床有较大的优势。但现阶段，客户对于机械产品的质量以及实际使用性能的要求越来越高，特别在一些机械前沿领域，数控车床需要能够完成更高精度的零件加工，因此必须强化数控车床加工精度的进一步控制。不过，就目前来看，数控车床在加工单一工件以及小批量工件时，自动化水平还不够，而在加工形状较为复杂、对加工精度要求较高的工件，自动化加工工艺还需要进一步的提升与优化。在数控车床加工领域，如果想要进一步的提高加工精度，除了进一步进行设备研发之外，目前最容易实现的就是控制加工生产误差，在这个过程中，需要不断的进行研究总结，确定有哪些加工生产误差，确定导致这些误差产生的原因，从而制定有针对性的改进措施，进而保证数控机床的加工精度，保证加工出的零件精度能够满足客户的使用要求[1]。

3 影响数控车床加工精度的主要因素

我国的数控机床多使用半闭路控制与伺服控制，实现加工过程的控制，而数控机床在传动与运动中，部件会出现一定的弹性变形，而部件在运转过程中不均匀地受力，会使得弹性间隙形成变化，而影响到数控装置的精度。半闭环的控制系统工作原理如图2所示。

图2 半闭环控制系统工作原理

3.1 刀具使用规格与参数

在刀具使用中，为了保证零部件加工顺利开展，对刀具规格进行规范至关重要。需要对车刀的主偏角和刀尖圆弧半径进行控制。然而，实践中发现部分车床加工中工作人员对刀具使用规格和技术参数的管理能力不足，使得机械部件的加工较为粗糙，不利于精细化加工方案落实。例如，在某车间对棒料的加工中，其轴向尺寸容易产生误差，技术人员进行分析发现，主要是车刀规格尺寸不合理，以及刀具在使用过程中的磨损，影响机械零部件的加工质量。对其加工过程和步骤进行分析，得出结论：刀具规格影响数控车床加工精度，需要选择合适的刀具规格对应不同的加工材料，并随时注意刀具的磨损情况设置补偿参数。实际生产中，零部件生产精准度与刀具参数相关，需要对刀具使用规格进行明确。

3.2 电机运行中误差控制

数控车床加工中，需要重点关注电机驱动和使用过程中产生的误差。对其误差形成原因和技术因素进行全面分析，确保加工速度合理、质量合格。实践过程中发现，电机运行中的误差主要是逼近误差和圆整误差，需要在这两方面进行控制方案应用，通过增加机械刹车功能和控制电机转速对相关问题进行治理，确保误差值在加工行业技术标准下，满足精细加工标准。数控车床加工中，还需要对精细零部件进行反复校验，促使精密部件生产条件良好。为实现这一目标，需要对电机运行工况和设备零部件使用性能进行调整，确保数控车床作业条件良好。实践工作中，由于加工过程对系统参数控制能力有限，导致机械零部件成品与样本出现误差，影响数控车床加工质量[2]。

3.3 伺服控制系统因素

逼近误差主要是利用数学原理对非圆结构进行线性处理，以直线轮廓代替曲线轮廓。然而在实际操作中，控制系统容易出现误差，造成加工部件的轮廓形状与图纸要求不一致，影响实际加工能力。当伺服控制系统出现问题时，也影响加工过程联系性，不利于精细加工方案的有效落实。实际应用中，伺服系统会对数控车床车削加工过程直线工艺和圆弧工艺产生影响，主要影响机械位移速度和加速度，需要对伺服系统主要控制方案进行分析。系统应用是保证数控车床加工作业效率的关键，应结合项目运行条件，使用相关控制方法，为控制系统合理应用提供可靠保证，倘若对其控制不当，会形成相同的进给轴开环增益，影响系统应用效果。

3.4 几何精度和结构影响

零部件加工中，应对车削速度和规格进行控制，然而，实际工程中，在数控车床加工中会出现几何精度不足，工艺技术达不到行业统一标准的问题。同时，也存在精细化措施应用不到位、管理技术与经验不足问题，这也是主要影响因素。同时，车床结构问题也会影响加工精细程度，需要对其进行控制[3]。

4 数控车床加工精度的控制对策

4.1 误差防治措施的合理运用

针对数控车床在零件加工中时常出现的精准度不足的问题，可以由专业的技术人员选择误差防治法通过合理的措施加强零件加工精准度，从而保证针对不同的生产环节出现的误差能有效地进行避免。举个例子，优化改善加工生产环境、提升系统强度、做好零件装配等措施都能有效地确保零件加工的质量，避免其出现误差。此外，对数控车床的检修维护工作也同样重要，由专业的管理维护人员研究车床设备的具体情况，结合新兴技术做好优化设计工作，从而减少误差，使实现零件加工的质量得到保证。误差防治法能有效提高生产过程中的精准度，但需要由专业的技术人员和过硬的实践素质提供支持，这样在数控车床零件加工作业中才能起到其应有的效果。当然该法也有一个弊端，即相关人员或管理层过分追求零件加工精准度时，必然会导致生产成本的提高，还可能因为生产和检修维护实践的增加反而事倍功半地影响了产品质量。单一使用误差防治法必然是有质量提高上限的，相关人员应当及时找到这一上限控制该法的使用。

4.2 数控车床总体设计的提升

数控车床作为零件加工的重要主体，因为其设计的优化程度关系到各环节零部件加工情况，所以利用创新设计主机结构、引进高质量部件、优化各生产环节等措施都能对加强数控车床零件加工工作起到重要作用。这样一方面能延续且加强数控车床的自动化效果，从而保证零部件加工的正常平稳运行，另一方面能有效降低人工的使用率，减少企业成本支出。此外，在车床优化设计阶段，相关技术人员还需要注意的是变形应力对部件的作用，只有均衡分布才不至于在外力影响下导致机器出现变形，这样也可以避免刚度薄弱部件在外力作用下被损坏。数控车床的总体设计可以由多方面进行优化，包括调整结构中心高度、介绍结构材料使用、优化系统热态性能等，数控车床的设计优化依然有很大的进步空间，需要相关技术人员继续钻研。

4.3 利用编程法加强加工精度

在数控车床使用过程中，低速单向定位到达插补起始点的状态下，可以由专门的技术人员通过编程法完成插补加工，该法的最大用处就是设备稳定运行过程中出现正向偏差，那么就可以通过此法反向间隙插补，从而达到还原偏差且将系统补回正轨。在数控车床使用时，还可以利用这样一个方法，即多设立几个地址储存系统，从而把反向间隙值储存在各轴中，这样当车床生产过程中产生指令异变的状况时，那么原先储存在各轴中的反向间隙值就会将其储存到系统中，系统自动读取这些数值，在中央计算机的指挥下自动修正，从而达到自动消除反向偏差的目的，这就是编程法的重要意义。

4.4 设备定期检修维护工作

数控车床归根结底还是一种专业生产的机械设备，即便它再精密，在实践运转后都无法避免地会出现各式各样的问题，而故障和问题的出现往往又会影响生产任务的进行，还会降低生产产品的质量和精准度。为了整个企业的经济效益，必须保证整个数控车床能保持长时间稳定运行的状态，这就需要专业的技术人员对其进行定期检修维护。一方面，技术人员应当结合数控车床的具体使用情况和维护规范编制合理的数控车床维护计划，具体到每年、每月、每日，并且每次完成任务都需要撰写检修报告责任人签字，以确保责任到人。另一方面，在使用设备过程中也需要操作人员按科学要求来操作机器，科学合理地保证机床不受损坏。

4.5 提高刀具轴承加工精度

要对刀具的角度和材料进行合适的选择。在工业化不断深入的情况下，零件之间也从统一化变为标准化的特点，而数控机床所运用的工具也必须具有这些特点，才能提高刀具的轴承加工精度。虽然刀具本身就有较完善的材质，但要想保证数控机床的加工精度，必须对刀具进行科学的选择；在加工的过程中也要考虑到刀具的硬度以及耐磨性，比如现在运用最为广泛的刀具材质是合金和高速钢。要提高刀具的轴承加工精度，需要尽量使用一些零件来控制滑动轴承；还要选用耐磨性较好的轴承，从而保证机床的精度。要尽量减少机床内的热源，并且使热源远离机床的主轴；同时机床还要设置散热功能，比如采用金属加工液进行润滑并带走加工过程中的热量，进而降低设备和零件的变形程度。其次，还要注意轴承的转速和调整问题。比如调整中、小滑板镶条，使中间的间隙小于0．04mm，并且保证其移动平稳、轻便；选用功率适宜的机床，增强机床安装的稳定性。在数控机床的加工过程中还要考虑到刀具的刀点，刀点就是坐标系上刀具运动开始的点，这需要对对刀过程进行重视，对刀出现问题不仅会影响到加工零件的精确度，还会威胁到员工的安全，所以要特别注意对刀的控制。

4.6 加强相关人员的维护意识

数控机床的精度与生产质量、生产效率直接挂钩，高精度的数控机床是我国数控加工走向国际化的前提。因此，数控机床的管理、维护也十分重要。

（1）数控机床是创造价值的先决条件，因此相关企业必须认识到维护设备、保养设备的重要性。机床管理的好坏直接影响到数控机床是否能正常运转，也影响到数控机床的精度和效用。

（2）相关人员要保证数控机床的合理运用。数控机床在现代制造业中扮演着重要的角色，它提高了机械设备的生产效率，但在使用过程中会受到环境、空气、热源的影响，因此必须在日常工作中合理使用数控机床，这样才能避免机床出现故障。在使用过程中，也要加强对数控机床的重视程度，保证正确使用，并选择合适的场地。数控机床容易受到外界的影响，由此，要有效避免其处在高温的条件和潮湿的环境中，而且相关人员要在熟悉相关操作规范之后再进行使用。

（3）相关人员要定期做好机床的水平度和机械精度的检查，并且做好校正工作。机械精度的校正方法有两种：第一种方法是对系统的参数进行补偿，如丝杆反向间隙补偿、各坐标定位精度的定点补偿、机床回参考点位置校正；第二种方法是对机床进行维修、进行导轨修制、滚珠丝杆螺母副预紧调整反向间隙。

5 结语

数控车床对机械制造业来说是必不可少的加工设备，随着一些高端领域的发展，对数控车床的加工精度要求越来越高，本文通过对影响数控车床加工精度的影响因素进行了分析，具体阐述了四点影响因素，之后根据影响数控机床加工精度的影响因素提出了四点相应对策，并在此基础上提出了其他两点能够提高数控机床加工精度的措施，对提高数控机床加工精度有一定的指导作用。