数控机床加工精度提高方法的相关探究

胡大花

引言：随着科学技术的快速提高，数控技术与设备已广泛用于生产加工行业中，它是衡量一个国家装备制造业水平的重要标志。但在我国数控机床加工的过程中，由于加工位置误差、加工过程中受力、热等各种因素影响，导致数控机床在加工过程中精度不高，从而影响了数控机床的使用效率和产品生产的质量，一定程度上制约了机械装备制造业的发展。因此如何提高经济型数控机床加工精度是机床数控改造的关键问题之一。本文就何避免误差和提高加工精度进行了分析。

在实际加工过程中，数控机床对操作人员要求和其自身性能要求也相对较高，在科技不断进步的同时，数控机床作为机械装备制造业的重要设备，在机械装备制造业中的重要性也在不断地提升。数控机床的加工精确性为生产和加工企业解决了复杂精密的零部件生产工艺，提高了现代化企业的生产水平。当前普通的数控机床技术在全世界范围内发展相对比较成熟，但随着制造业的不断发展和社会生产的需要，普通的数控机床已经不能满足生产发展的需要，更快、更精密、更高效的数控机床已经成为了主要的发展趋势[1]。

一、影响数控机床加工精确度的主要因素

1、分工不明确

数控机床在中国的的应用已有很长的一段时间，其维修和保养技术已有了明显的改善，在数控机床的相关应用上也制定了相关的操作规则和标准。但所有这些都无法避免机床在使用过程中本身精度的磨损。在机床加工产品过程中，特别是对一些成批次生产的产品，要严格区分产品的精度等级，根据不同的精加工设备在实际中的使用，来满足产品的不同需求，即低精度和高精度的要求。

2、数控机床加工中的位置误差对加工精度的影响

位置误差是指加工后零件的实际表面、轴线或对称平面之间的相互位置相对于其理想位置的变动量或偏离程度，如垂直度、位置度、对称度等。数控机床加工中的位置误差通常指死区误差，产生位置误差的原因主要在机床零件加工时由于传动时产生的间隙和弹性变形导致加工误差，以及在加工中，机床的刀头需要克服摩擦力等因素导致产生位置误差。在开环系统中位置精度受到的影响是很大的，而在闭环随动系统中，则主要取决于位移检测装置的精度和系统的速度放大系数，一般影响较小[2]。

3、编程误差对数控机床加工精度的影响

3.1 编程中逼近误差的影响

逼近误差是由于采用近似算法逼近零件廓形而产生的误差。在加工非圆曲线的数学处理中，近似地将非圆曲线分割，以直线廓形代替曲线廓形，这样刀具形成的廓形不可能准确地与被加工廓形重复而产生加工误差。如果已知工件廓形方程，编程数学处理后程序规定的廓形与方程描述廓形之间的逼近误差值δk取决于曲线分割中分割弦的长度L。

或中rmin―理论廓形最小曲率半径。如果被加工零件的廓形方程未知，编程时用列表曲线逼近，此时产生的逼近误差值则难以确定。

3.2 插补误差的影响

在经济型数控机床上加工工件，倾斜直线是通过刀具沿平面上两个坐标轴方向走折线而形成，这样造成工件表面呈锯齿状而形成插补误差。插补误差的影响因素主要有机床分辨率、脉冲均匀程度、控制系统的动态特性及插补方法与算法等。

3.3、操刀位置缺乏科学性

在利用数控机床批量进行生产、尤其是在一些大批量的生产过程中，在确保加工质量的基础上，进一步提高整个数控加工的效率、保证整个加工过程中的稳定性，所有这些都是经济效益提升的基础。数控的铣削批量加工的过程中，一般都是选择一些相对简便的方式进行换刀，这样就能进一步减少整个换刀的辅助时间、减少了机床的磨损、降低了加工成本。在走刀路线安排、使用顺序、夹具选择、刀具排列位置等方面都必须要进行精细的分析、优化的设计，改进换刀点设置，减少实际运行的成本，从而进一步提高了加工的效率。

二、提高数控机床加工精度的对策

1、通过控制数控机床的原始误差提高加工精度

数控机床加工过程中，误差本身是不可避免的，被加工零件与数控机床之间存在必然的误差， 这种一定存在的误差称为原始误差。因此，要提高数控机床的加工精度，控制数控机床的原始误差是重要对策之一。针对产生原始误差的可能性要进行系统的分析，根据误差产生的原因和误差类型要制定相应的改进措施[2]。机械零件在加工过程中，数控机床的位置精度、几何精度对零部件的加工精度有重要影响，要通过位置控制和几何精度控制来减少位置误差和几何误差对零件的影响。对行走速度、进给量的控制，也是通过减小主轴震动的方式来减少对加工工件精度影响的一种常用方法。

2、合理编制加工程序减小进给机构间隙误差

根据以上分析，在运动换向时，进给机构间隙对机床加工精度影响较大。尤其是当被加工的零件尺寸精度接近数控机床的重复定位精度时影响更大。因此，在数控编程和加工中采取一些相应的措施可以提高加工精度。

如图1所示，精加工工件轮廓为a-b-c-d，如采用刀具移动路线就不妥，因为从①～②的运动方向与③～④相反，会产生反向间隙，如改刀具移动路线，精加工时刀具在径向的移动保持尺寸连续递增趋势，在轴向的移动保持尺寸连续向左趋势，这样便消除了机床的反向间隙的影响[2]。

3、修复机床导轨精度

使用环氧型耐磨导轨涂层修复导轨精度：工作台导轨的涂层，就是床身导轨的拓印，它的配合精度必然很高，它简化了工艺，缩短了制造周期。应用于机床改造更为便利，效果显著。铸铁导轨：铸铁导轨的精加工是用刮削的方法得到的，刮研显点为18点/cm2～25点/cm2；同时，必须保证润滑的可靠性。这样才能尽可能的减小摩擦，以及对位置控制精度的影响。机床工作时，由主轴夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动，对加工质量和生产率，有重要影响。所以，改造时必须修复主轴的精度。对于精度超差的主轴拆卸以后应对其进行全面检查，以便确定修理方案。但大多需要更换主轴轴承、重新调整轴承的间隙调整和预紧。调整后应进行温升实验，温升超过规定值，应减少预紧量。

结语

工业发达国家把数控机床视为具有高技术附加值和高利润的重要出口产品。数控机床已成为关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产品，提高其精准性是十分重要的举措。

参考文献

[1]陶然，杨光，朱亮.数控机床加工精度提高方法的分析[J].湖北工业大学学报，2005，03：123-125.

[2]周红.影响经济型数控机床加工精度的因素分析[J].邵阳学院学报（自然科学版），2005，02：58-60.

（作者单位：杭州铁牛机械有限公司）