数控机床的精度影响和维持

摘 要：随着“中国制造2025”纲要的实施，很多企业进行自动化，柔性化，智能化改造，作为智能制造单元，加工中心以自动化程度高、柔性好、加工精度高等優点，在制造业，特别在智能化升级中得到广泛应用，做为智能制造重要的单元之一，精度稳定，防止精度非预期变异，是加工中心生产企业和使用单位都十分关注的问题，本文针对加工中心精度变异进行了分析，并对预防精度变异和保证精度稳定的方法进行了分析。

关键词：数控机床；精度影响和维持

随着制造业的发展，企业对零部件的加工精度要求越来越高，为了保证和维持加工中心精度，本人对加工中心生产过程和使用单位反馈进行汇总分析，通过汇总分析不同精度误差的产生现况，查找误差产生原因，和通过试验设计，摸索经验，掌握了很多减少加工中心在生产和使用过程中的精度损失，保持加工中心在作业过程的精度稳定性的经验和方法，汇总人如下，以供参考：

一、加工中心制造过程中形成精度误差的预防

制造过程中形成的误差，主要是零组件的精度误差，床身结构件的应力变形，制造工艺上的缺失，人员工艺执行上的一些问题所致。

近几年国家在机床行业精密传动部件进行了大量的投入，产品质量有了比较大的提高，国产的线轨，螺杆的传动精度已经与台湾产品相当，但是与日本，欧洲知名品牌，还有差距，所以基础传动部件的选择，要匹配加工中心的精度要求。

结构件的应力变形方面，设计上要采用合理的结构布局，进行有限元分析，保证应力最小，兼顾结构的承重平衡，避免变形造成精度衰减。铸件件必须进行时效处理，可以采用回火退应力，粗加工之后，精加工之前，采用喷丸、振动等方法进行应力的消除，防止精加工后应力变形所造成的精度衰减。

制造工艺设计，如关键硬轨滑动面，固定面刮花的点数，轴承的预压力，螺杆的预拉力，都会对加工中心的定位精度和最小移动精度造成影响，通过试验设计，评估出最佳的工艺，是维持精度稳定性的关键，组装过程严格执行工艺，根据客户反馈，持续改善，才能不断提升精度的稳定性。

二、加工中心伺服系统误差的预防

伺服系统是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统，是加工中心的重要组成部分，是精度定位功能的直接执行系统，其计算速度，执行方式，以及命令的响应性，直接影响着定位精度和加工精度。虽然国内伺服系统研究有了突破性的进展，但在高精端的伺服系统的研究方面，特别高速多轴联动的伺服控制系统方面，与欧洲，日本产品还有很大的差距，所以控制系统的选择适应加工中心的精度要求。

三、热变形精度误差的防止

随着加工中心精度要求的提高，热变形精度误差在总误差中的比重不断增大，尤其在精密、超精密加工领域，热变形误差已经成了影响加工精度的最主要因素之一，成为提高加工精度的瓶颈。加工中心产生的热变形误差主要有两种，一种是机床马达，传动部件，主轴等运动，旋转产生的热量，传动部件升温产生的热变形误差，另外一种是环境温度变化，造成加工中心本体，传动部件，工件温度变化，产生的加工误差。

传动部件的热误差主要由马达、轴承、传动件等运转过程中生热，产生热变形，发热部件的热量通过接触面或辐射向周围传递，从而导致零部件变形而产生误差，具有多变量、长时滞、非线性和强耦合的特点。对于此类热变形误差，一般采用暖机的方式解决，对于精度要求比较高的工序，需要增加中空螺杆，主轴油冷等附加机构，通冷却剂对发热部位进行强制型冷却，减少热变形对加工精度的影响。

温度的变化，会导致机床本体温度发生变化，加工中心的底座，鞍座工作台等部件也会有相应的尺寸变化，在机床发生温度变化的同时，工件也会有相对的温度变化，在某些情况下这种温度变化造成的误差会有抵消，但是因不同材料的热膨胀系数差异和机床本身设计结构影响，这种误差不容易确定。在设计过程中，加工中心的主体结构必须要考虑热平衡性，温度变化后，保证结构的对称和稳定，避免非预期的热膨胀，加工高精度产品，生产车间需要恒温，工件加工前也需要进行等温处理，消除温度差异而形成的精度影响。

四、加工中心震动引起的误差防止

震动对机床精度的影响主要在精密、超精密加工领域，振动源主要来自加工中心内部运转震动和外部干扰震动。内部震动一般是传动部件运转的振动和切削时工件时刀具受力产生的震动，一般可以通过合理的工艺参数设计，有效减小和消除此类震动；主轴旋转，直线轴运行，也可能会与机床的某些部件引起共震，此类共震可以通过机床参数的调整进行消除；对机床地基进行二次灌浆，采用地脚螺栓进行固定，可以增加阻尼抑制震动，提升加工质量。外来的震动也会影响机床的加工精度，料件的搬运不可避免，叉车，货车的震动都会通过床身传递给刀具及工件，产生误差，所以高精度的加工必须做好地基，如有条件，建议在地基周边增加防震层，即使对精度要求不高，也要保证加工中心的地基是稳固的，并且定期调整水平，地基不稳，很容易造成机床结构件变形，造成精度衰减。

五、环境变化，外界干扰所引起的误差的防止

温度，湿度，粉尘浓度都会对机床的加工精度和正常转造成影响，所以环境对机床精度的影响也不可忽视，长期高温，潮湿，粉尘条件下使用的机床会出现精度早期衰退的情况。外界的电磁干扰也会造成加工中心执行过程异常情况，对加工精度形成影响，所以加工中心的放置应避开高频电炉，高压线等电磁辐射较强的设施和区域，避免与强电设备共用一条供电线路，做好机床地线的接驳，有条件的用户，最好每台加工中心配备稳压电源。

六、刀具、工件、夹具变形所引起的误差防止

刀具刚性，动平衡，与工件材料匹配都影响到刀具的寿命，从而影响加工精度，所以选择合适的刀具是保证加工精度的最基础保证。工件本身精度，夹具与工件精度要求的匹配程度，也会影响到最终零部件的精度，薄壁件如果夹紧力过大，容易变形；夹具刚性不够，切削过程中打滑，都会影响到精度。

以上分析主要是影响精度和如何预防精度误差的方法，为了获取加工中心更好的加工精度，也可以采用补偿的方法，刀具磨损造成的精度误差，可以采用刀具测量装置，每加工一件产品后，对刀具进行测量，对磨损量进行补偿，为了减少热变形，或者其他不确定的随机因素影响，可以分别对工作轴进行光栅反馈补偿，提升加工中心的加工精度。

作者简介：廖文杰（1974），男，汉族，黑龙江集贤县人，本科，工程师，研究方向：数控机床，停车设备等。