数控机床加工误差原因分析及改进措施

高帆

摘要：随着数控机床的不断普及应用，数控机床加工精度要求也越来越高，本文尝试从机床设备本身、机床运行过程、设备磨损老化和系统编码设置等四个方面对数控机床的加工误差原因进行分析，并根据产生误差原因提出针对性的改进措施，以进一步的为数控机床加工精度的提升提供参考建议。

关键词：数控机床;加工精度;加工误差;改进措施

0  引言

随着现代科学技术的快速发展，大量的自动化机械设备开始逐步出现，并日益影响到人们的生产生活。机械设备生产要求的精确性也越来越高，因此，数控机床在实际的机械加工过程中得到广泛的应用。它通过系统编程把机械加工过程进行计算机语言处理，通过计算机数控技术控制机床自动化加工，以此来提供机械加工的工作效率和操作精度。但在实际的应用过程中，有多种因素影响到数控机床的加工运行，导致产品出现误差，如何最大限度的降低加工误差，提高加工精度，对现代化的数控机床加工来说，具有重要意义。

1  数控机床加工误差原因分析

在实际的数控机床加工过程中，产生误差的原因很多，严格来说，对于数控加工来说，我们只能尽可能的降低误差出现概率，缩小误差的大小，而无法完全避免误差出现。具体来说，产生误差的原因主要有以下几个方面。

1.1 机床设备本身产生的误差

1.1.1 机床本身加工精度不同

数控机床也是由各种机械零件组装而成，在设备生产和组装过程中，会出现各种人为或无意识的误差，这必然会影响的加工过程中的精度。同时，不同的机床设备本身对精度要求也不一样，例如生产钢珠的设备精度必然高于生产钢笔的，如果用精度低的车床生产出的零配件应用于精度需求高的设备上，必然会导致机械出现不匹配或效率故障。

1.1.2 伺服系统误差

在数控机床的实际加工操作过程中，伺服系统是推进车床运转，并在车床加工提供充足的动力保证。伺服电机主要是为车床操作人员进行加工零配件的位置固定进行精准控制，一旦伺服系统出现误差，则会导致加工零配件的定位精度出现误差。

1.2 设备生产运行产生的误差

数控机床也是属于机械的一种，在机床运行过程中，必然由于设备的运行会产生各种振动或运作误差。

1.2.1 传动轴反转误差

数控机床运行过程中，当坐标轴进行移动和停止运行时，机床的驱动轴都会有一个加速和减速的过程，这个过程需要占用一定的时间，并且传动轴在运行过程中会由于系统惯性和加工槽的停顿导致出现误差。此外，传动轴的轴承、齿轮和传动丝杆之间都有反转间隙，当传动轴反转时，这种间隙会导致电机空转、驱动停止等情况发生，从而导致机床生产产生误差。

1.2.2 电路不稳误差

在数控机床运行过程中要保持不间断的稳定电流。当实际加工过程中出现电压或电流不稳定时，则机床的数控加工状态也会起伏变化，甚至由于线缆接触不良导致电路断断续续，都会产生严重的加工误差。

1.2.3 车床刀具设置误差

数控机床的加工主要是通过机床车刀进行削切操作，由于在操作过程中车刀存在刀尖圆弧和车刀主偏角。在进行操作削切过程中，必然会收到刀尖圆弧和车刀主偏角影响出现细微偏差，出现精度不准确现象，当这种偏差逐渐累积后，甚至会出现少切或多切的现象。

1.3 设备磨损老化产生的误差

1.3.1 滚珠丝杠传动误差

在数控机床的操作传动过程中，传动链条上的滚珠丝杠由于长时间的运转使用会持续过热变形，加上传承受支架从长期负载变形，会加大滚珠丝杠中的间距，长期累积后滚珠丝杠的准确程度会显著下降，从而出现传动误差。

1.3.2 环境温度误差

在数控机床加工过程中，环境的影响因素至关重要，首先，由于振动、电磁、粉尘等这些因素，都会干扰到设备加工的精确程度;其次，机床的零部件大多是电子产品，对工作环境温度的要求比较严格，当设备持续性工作时间过长时，就会导致设备温度升高，如果没有相应的降温措施，就会影响到机床设备的正常运行;另外，进行加工的零部件材料本身在进行加工处理过程中，由于机床车刀和加工材料之间的刚性摩擦作用产生热变形，这个时候，被加工配件、车刀、机床等部件都會由于环境温度的变化而产生加工误差。

1.3.3 刀具磨损误差

数控机床在进行设备加工生产过程中必然会对机床的各种工具如连杆传动轴、齿轮、球头等造成不同程度的磨损损耗，其中损耗最大的是车刀。在连续工作情况下，车刀会在高温作用下出现变形、磨损，并且刀尖的磨损最严重，在这种情况下，会出现严重的加工误差。另外，在对磨损刀具换刀时，若不小心划到车床的加工面，也同样会影响到零配件的加工精度，若同一个零配件是由不同的车刀加工而成，那么磨损程度差别较大的两个车刀对同一个零配件的加工也会存在误差。

1.4 系统编码设置不当产生的误差

1.4.1 系统参数设置不当误差

数控系统参数设置不当是引起加工误差的主要原因。数控机床在进行操作之前，必须对数控参数进行精准校对和设置。首先要对需加工零配件的外形尺寸进行精确测量，并与机床的数控编译基准点进行校对，并详细的设置具体的加工控制参数。如果其中的某些具体参数设置不当，就会产生系统控制加工误差。例如，当对编码器波特率的参数进行设置时，若设置不当，就会使零配件的螺纹在后续的加工过程中虚线严重的螺纹误差;再例如当进行Goo指令设置控制的过程中，若设置的控制参数过高，会导致电机的运转速度过大，那么在停止过程中电机所用时也会变大，并且停运过程中也会产生更大的误差。

1.4.2 脉冲编码器数字化处理误差

在数控车床运行过程中，脉冲编码器会根据加工图纸尺寸规格要求对步进电机下发脉冲指令，以控制主动轴和传动轴进行精确加工。而根据加工零配件确定的脉冲当量值对车床的加工精度起决定性作用。但车床对零配件进行数字化转化时，当尺寸转化为脉冲当量时，只能进行整数的脉冲当量值转换，这必然会导致数控机床的脉冲转换误差。

1.4.3 程序编制处理误差

数控机床的加工处理过程实际上就是对加工零配件进行数字化编程处理的过程，而在这个过程中，首先需要的就是对数控机床的编程原点进行确认。这是进行数控加床加工的参考起点，所有的零配件的加工都要根据编程原点进行坐标的编译，若编程原点的确认出现误差，将会导致整个零配件的加工出现误差。此外，在对零配件进行坐标编译后，要与编程原点进行校准，并根据图纸尺寸设置合理的公差，若公差设置不合理，也会导致加工出来的产品出现误差。

2  误差改进措施

2.1 提高设备精度和性能

数控机床随着技术发展和精度需求提升，其加工的精度也有了很大的提升，但在机械精度要求不断提高的情况下，机床的精度和性能也需要持续性优化和提升。例如开发出高档液压全数字化数控机床，会显著降低机床驱动过程中加速和减速惯性误差。通过提升车床的承载能力和导轨精度，有效提高车床的振动扭曲，在保证车床稳定性的同时，减少车床重量。另外，对于车床的车刀也要进行标准化，力求在设备加工过程中保持车刀稳定性。

2.2 伺服系统误差校正

伺服系统作为驱动各坐标组运动的重要动力来源，它可以根据不同的加工要求灵活设定加工轨迹，并且能达到0.1微米的精确加工精度，加上它在控制车刀加工速度范围和调整传动组扭矩方面具有相当的灵活性，因此为确保伺服系统的精准性，首先要陪伺服系统配备高质量、高性能的元器件，此外，对于伺服系统在加工圆弧和直线过程中的误差影响，要灵活的选取伺服进给系统的开环、闭环及半闭环控制类型，通过开环增效来校正伺服系统的误差。

2.3 误差补偿

在数控机床的加工过程中，误差是不可避免的，但我们可以针对性的在加工之前设定好误差的补偿值，例如刀尖磨损误差、图纸测量误差、脉冲转换误差等都可以通过数控机床的控制系统进行补偿来降低和减少，从而提高机床的加工精度。在机床的误差补偿过程中，需要根据不同的设备类型和生产工艺进行误差补偿设置，并通过硬件提升和软件设置相结合的方式进行误差弥补，消除在实际的加工过程中会产生误差的因素。强化前期的预防处理，提高车床的工作环境，优化软件的编程方案，从而提高机床加工的质量和效率，确保零配件加工的精度。

2.4 加强保养、降低磨损

数控机床在使用过程中的磨损是不可避免的，但良好的操作规范和加工工艺可以显著降低磨损，这就要求在实际加工过程中必须提高操作人员的职业素养，严格按照明确的工艺流程要求进行加工操作，并进行实时监督。对于设备根据规范严格进行定期保养、定期更换零配件。切实提高一线操作人员的责任感和技术熟练程度，降低因设备问题导致的误差，提高零配件的加工精度。同时，根据数控机床的加工环境要求，高标准严要求的打造一个防尘、降温、减震的环境条件。

3  结束语

综上所述，在数控机床的加工过程中，有很多可能会导致加工出现误差的情况出现，我们在具体的使用过程当中，要根据具体的问题进行具体分析，对每个可能产生加工误差的环节进行分析探究，找出出现误差的根本原因，如是设备工艺、环境影响、系统设置还是机械传动等，然后再據此采取更进一步的改进措施，例如选取更经久耐用的元器件、优化编程设计等提升数控加工的精度和质量，生产出更精准的零配件。

通过本文的综合归纳分析，希望能促进数控机床的实际生产使用过程中误差发生概率的降低，更进一步的发挥出数控机床在我国机械制造加工中的重大作用，从而促进我们经济社会的进一步快速发展。

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