数控机床加工精度的影响因素及优化策略

刘晓春

[摘    要]随着现代化进程的进一步加快，我国经济水平也得到了显著增强，近年来我国机械制造行业也处于蓬勃发展中。现如今数控机床在机械制造领域的应用非常广，其在机械制造中具备相当高的代表性，其显著优势在于精度高、效率高、稳定性强。就数控机床而言，其加工精度对于加工产品本身、应用范围都直接关联，所以必须对数控机床的工作流程、加工精度进行细致剖析，深究有影响的各类相关因素，研究数控机床的设计、程序编译、加工工艺等关键要素，以提升数控机床的生产精度，并有针对性地提出改进方案，进而最大限度地提升数控机床加工的精度，推进我国机械制造业的快速发展。简要论述了数控机床加工精度的影响因素，并有针对性地提出了相应的解决措施。

[关键词]数控机床;加工精度;改进措施

[中图分类号]TG659 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–03

[Abstract]With the further acceleration of the modernization process， the economic level of our country has also been significantly enhanced. Specifically， in recent years， the machinery manufacturing industry of our country is also in a vigorous development. Nowadays， CNC machine tools are widely used in the field of mechanical manufacturing， and their representativeness in mechanical manufacturing lies in their high precision， high efficiency and strong stability. As far as NC machine tool is concerned， its machining precision is directly related to the machining product itself and its application range， so it is necessary to analyze the working flow and machining precision of NC machine tool carefully， to study all kinds of related factors， to study the key elements of design， program compilation and machining technology of NC machine tool， so as to improve the production precision of NC machine tool， and to put forward the improvement scheme in order to maximize the precision of NC machine tool processing and promote the rapid development of China's machinery manufacturing industry. This paper briefly discusses the influencing factors of machining accuracy of NC machine tools， and puts forward the corresponding solutions.

[Keywords]NC machine tool; machining precision; improvement measure

就我国当前的发展趋势而言，我国机械制造业正迈向专业化、工业化，我国数控机床加工行业也正迈向高精度、高效率、高稳定性、高集成度，同时这些因素也正是数控机床加工整个过程中的关键水平指标。对于数控机床性能的高低评判，最关键的要素莫过于其具体的零件加工精度。在实际操作情况下，与数控机床加工精度直接相关的要素有许多，因此必须做到以实践为基础，具体问题具体分析，同时针对相应问题寻找针对性强、效率高的解决措施，以此提升数控机床的实际加工精度，进而整体提升加工产品的實际质量，这对于推进企业的可持续发展，推进我国机械制造业的快速发展具备现实意义。

1 数控机床的概况

就我国当下的机械制造领域而言，在数控机床方面的应用非常广泛，一般情况下数控机床加工都应用于一些异形、复杂零件的实际加工，对于大多机械而言，数控机床都能够满足相关零件的加工效率、加工精度，同时数控机床的工作稳定性较强，加工速度较快，但数控机床的缺陷在于其设备本身的成本相对较高，设备的复杂程度较大，必须经过培训后才能实际操作上岗。

1.1 数控机床的整体结构

数控机床由机床的基础构件、驱动系统、主传动系统、加工辅助装置、刀架（或自动换刀装置ATC）以及自动交换工作台（APC）、检测反馈装置、数控编程装置等构成。基础构件包括床身、立柱、底座、横梁以及工作台，其是数控机床的整体框架组成;驱动系统是数控机床的动力源，其作用为将传动的工作动力供给到数控机床;主传动系统是数控机床的加工机械结构，其作用为加工切削工件;加工辅助装置为数控机床加工提供一些辅助功能以协助切削加工，如液压、冷却、防护、排废料等;刀架（或自动换刀装置ATC）以及自动交换工作台（APC）也是提供精确加工的组件，检测反馈装置的作用体现在监控，确保刀具未破损，确保工件精度符合实际需求;数控编程装置是数控机床的人工智能控制装置，其作用为利用预先设计的数控编程，控制数控机床按照机械需求走刀，实现工件的自动加工和处理。

1.2 数控机床的种类

数控机床的种类繁多，按照具体操作的伺服控制系统原理，可将数控机床划分为点位控制、开环控制、半闭环控制、闭环控制、直线控制、轮廓控制;按工艺用途可将数控机床分为：数控车床、数控铣床、数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控冲床等。随着时下我国科学技术的进一步发展，机械加工技术也随之不断提升，现如今已经被设计、开发得到的数控机床已经能够在很大程度上满足我国工业应用的实际需求，但是对于性能要求较高的零件，相应的数控机床也需要具体设计，以便能够得到可以满足相应精度的零件，实现其针对性加工需求。

1.3 数控机床的具体特点

数控机床较传统机床的显著优势体现在其加工精度非常高、刚性大、稳定性强，能够满足大多数工厂加工的需求;同时期可根据所加工工件的具体需求进行XYZ三坐标的联动，进而实现对于异形、复杂工件的加工，满足多种工件需求;除此之外，数控机床加工的优势体现在其可靠、稳定，能够实现自动化生产，同时加工的质量也非常高。对相应的工件信息进行标准代码处理，能够极大地提升工业生产效率以及工业制造水平;时下，数控机床正进入高速加工时代，数控机床凭借其关键组件操作台的快速移动、定位以及ATC、APC的高速切削加工，大幅提高了工业零件加工生产效率;不仅如此，数控机床对加工工件的适应性非常强，能够适应大多数模具产品单件的实际应用生产，柔性非常大，能够广泛应用于加工零件更替频繁的情况，能够满足单一生产、小批量生产以及新研究产品的适量开发。但数控机床的缺陷体现在其设备本身的系统就已经足够复杂，售后维护的难度很难实现，因此在进行售后工作时，必须聘请专业技术职员上门维护，因此其投资成本较大，同时在进行上岗培训时，对相应操作职员的培训也是必不可少的，相应的技术成本很高。

1.4 数控机床的工作流程

在进行数控机床加工时，必须提前考虑好要加工怎样的工件，加工的走刀流程、加工的工件精度等，同时运用相应的数控编程提前设定工作台的走刀、换刀顺序，待一切准备就绪后则可进行工件加工的试运行。通过数控化编程，可大幅削弱人工动手操作的误差，同时也能够按照预定的自动化程序提升工作效率。一般来说，数控机床都必须先对加工零件的走刀流程进行整体编译，通过NC装置，输入编程程序，再通过伺服系统驱动各机床组件，实现数控机床的自动化加工。

2 数控机床加工精度的影响因素

2.1 数控机床自身精度

历经多年的发展及实际工厂应用实践，时下我国国内数控机床的制造水平已然达到了相当高的水平。就其实际客观运用而言，由于数控机床本身装置的复杂性，其具备一套专属的操作规范与执行标准。但由于不同数控机床的种类不同，相应的精度也大相径庭;哪怕是能够满足精度需求的数控机床，经历长期的工业生产实际应用，由于机床磨损、老化等原因，依旧会导致数控机床的精度受到一定程度的影响。所以在具体应用数控机床进行工业生产加工时，应依据其固有的操作流程，完全依据操作手册都工件进行批次生产，同时也必须对数控机床设备进行定期维护，以确保能够生产符合工业生产需求的工件。

2.2 控制系统无法完全精确

由于控制系统本身就是不同组件结合构成的，因此在计算数控机床整体的传递函数时，哪怕各组件本身能够满足误差限，依旧会产生组件之间的累积误差。同时由于数控机床的长期使用，其整体控制系统的灵敏度会逐渐变差，随之而来的零点飘移等现象也会导致整体精度的降低。因此在具体应用控制系统时，必须要将其稳定性与准确性进行兼备。

2.3 测量组件的测量偏移

数控机床在通过测量组件进行实际测量时，有时候会出现由于安装测量装置的倾斜、变形以及测量基准的不标准，具体包括工作台运动误差、走刀、换刀位置误差、结构组件误差、内部组件移动的垂直误差等，上述诸多误差大都隶属于阿贝尔误差，因此必须注意安装测量尺的位置，同时也必须注意一级测量线路，确保工件与刀具、基准线能够处在同一直线上。

2.4 数控编程的加工误差

在事先对于数控机床进行数控语言编程时，很容易由于留出工件余量过大或者不足导致设计图纸与加工零部尺寸精度无法完全匹配。这就是数控机床数控编程的加工精度误差。因此在进行实际生产加工时，必须完全按照所需工件的整体外形尺寸、形状设定相应的加工参数、走刀顺序，确保工件的整体精度能够满足所需要求。

2.5 实际加工的环境影响

数控机床在进行实际工件加工时，由于加工本身就是切削，难免会产生火花、局部高温等现象。如果所加工工件的局部温度出现升温过快的现象，在工件切削时就很容易导致工件局部变形，情况严重甚至会出现废料件，情况不严重也会导致加工精度受到波及。除此之外，在进行实际加工时，机床周遭如果存在长期的电压波动、电磁波干扰或者加工湿润和粉尘等环境，都会在一定程度上影响数控机床的加工精度，该类型的影響也不容忽视。

2.6 操作台的对刀具位置不准确

在通过数控机床进行工业化生产加工时，对数控机床进行数控语言编程并明确工件途径、加工方式后，就要通过精确计算得到刀具的具体XYZ坐标位置，其中须尤其关注诸多圆弧过渡点，相应的计算过程都不允许出现丝毫差池，以规避由于计算问题导致的工件精度不足问题，杜绝潜在安全隐患的发生。因此工厂在进行数控机床加工时，必须反复校对刀具的实际位置坐标点，以保证数控机床的实际加工精度。

3 数控机床加工精度的优化策略

3.1 提升加工精度刀具轴承的质量

现如今提升数控机床加工精度的实际措施大都是着手于数控机床的轴承转动以及刀具切削路线，对于数控机床而言，此二者的影响都非常大。所以在工厂自动化加工前，必须经反复筛选对比得到质量高、适用型强的加工刀具，同时充分考虑实际加工工件的材质，综合筛选刀具以及最佳走刀路线。在进行工件加工时，必须充分考虑工件加工的切削精度、深度以及粗糙度等实际需求，按照工件的实际需求，确保能够随时换刀。在进行切削加工时，所加工的工件必须要靠近转动稳定、摩擦阻力小的光滑轴承。具体而言，如数控机床采用的是传统皮带传动式主轴，可有针对性地通过静压电主轴进行更替，就能够在很大程度上提升数控机床的实际加工精度、加工质量。除此之外还需充分考虑轴承的适用性，通过走刀路线的合理规划，在确保工件精度足够的情况下最大限度地保证刀具能够多次使用，通过提升加工精度刀具轴承的质量来保证数控机床加工精度。

3.2 提升实际加工操作技艺

在通过数控机床对工件进行精度加工时，从源头提升实际加工操作技艺，就能够直观地影响工件的实际精度，以此提升工件品质。因此必须要重视工艺技术的提升，通过一线工作职员的长期工作积累工作经验，同时按照实际工件质量的缺陷，有针对性地提升加工工艺及改善加工策略，具体问题具体分析，按照不同材质、类型的工件，通过工艺升级和创新采用恰当的工艺技术及实际策略对不同种类的操作工件进行实际加工。在此过程中必须充分意识到加工工件的精度、尺寸匹配，相应的技术工艺也要做到适配。

3.3 确保操作规范流程

在通过数控机床进行工件加工时，必须规范实际操作的加工工艺，完全按照数控机床的使用手册，依据流程进行数控化加工。在职工上岗前必须进行上岗培训，培养职工素质，提升职工纪律性，以此彻底杜绝不良的工作习惯。此外，如果操作职员违规操作，必须在第一时间制止。同时不能为了提升效率，缩短工期，私自更改数控加工的切削转速、深度等，这都会在很大程度上埋下工件产品质量不过关的隐患。

3.4 定期维护保养机床

由于数控机床设备本身的复杂性，其工作强度很大，疲劳强度有限，长期工作势必会在一定程度上缩短机床的寿命。实际情况下，数控机床的部分专用零部件本身的应用频率很大，若数控机床长期工作，相应部位的摩损程度也会愈发严重，长年累月就会波及数控机床设备的实际加工精度。所以须定期对数控机床设备进行保养、检修、维护，要细致观察其定位精度是否符合阿贝尔原则，控制精度能否整体符合最大误差限，除此之外还有刀具的磨损程度、切削系统的灵敏度等，都须在维护过程中确保其使用状况能够符合实际工件需求，以确保实际数控机床能够符合工件加工精度标准。

定期保养不仅包括定期评测与数控机床的加工精度有直接关系的测量、控制系统、工作台等，还要定期评测机床液压、侧滑单元是否符合工作标准，必须严令禁止控制系统故障、跑冒、滴漏等现象的发生，以提升数控机床工件整体的润滑性能，减轻工件磨损程度。

3.5 数控机床保养措施

在对数控机床进行保养时，设备操作人员须着重提升对于精度的关注。在维护导轨精度时，应尽可能应用环保氧化型导轨涂层，以此提升数控机床的耐磨水平。因为在数控机床进行加工生产时，其所应用的导轨拓印是决定加工精度的关键，其能够确保加工的精度、稳定性、准确性，同时还能够通过完善，对相应工件的生产加工步骤实现实际优化，大幅缩短了工件的实际生产周期，提升了生产效率。

3.6 把控数控机床的初始误差

把控数控机床的初始误差就是对于数控机床产生误差的各个误差源头进行细致剖析，然后再根据各部件布局，深度剖析出现误差的根本原因，并有针对性地制定最佳应对策略。可以通过对于几何精度、运转速度、角度、位置的控制来尽可能缩减工件制造过程中的几何、走刀、粗糙度、位置误差，在保证工件质量的前提下尽可能提升系统的整体精度。就数控机床的具体运作而言，可适当应用水冷、风冷、自然冷却等方式来尽可能缩减加工过程的局部热变形，以规避由于温度过高而造成的加工精度偏差。不仅如此，还需充分考虑刀具的筛选，明确最佳的刀具材质，尽可能规避由于刀具变形、断裂等原因导致的加工精度、加工质量问题。在筛选应用具体夹具时，还要充分考虑工件的胚料形状、规模、膨胀系数等要素，以规避实际加工的位置误差。

3.7 应用实时反馈监控技术

随着我国数控机床加工技艺的进一步完善与发展，实时反馈监控技术也渐渐应用于数控机床的实际加工，时下我国的数控机床监控技术已经取得了较大的成果，效果显著，应用广泛。实时反馈监控技术就是对数控机床的加工流程实现全程、即时的监控，就可以在第一时间发现数控加工时发生的误差偏移数据，以便根据误差偏移量进行恰当的调整，优化实际走刀的工作流程，通过对该过程的熟悉还可以较为清楚地把控整个工件的生产需求、待完善组件结构，在计算机自动收集加工时发生误差数据的同时，其也能够对出现该类误差的具体原因进行整理剖析，而后便可以通过数据传输，将各类误差数据内容反馈至人工控制界面，操作人员便可以依据实际误差数据的状态，有针对性地采取误差补偿。在进行误差补偿时，须刻意回避一些由于环境的温度、湿度或电压波动等外界因素导致的加工精度误差波动。

4 结语

数控机床在机械工件的生产加工中发挥着至关重要的作用，对于数控机床的加工精度进行细致研究非常有必要。在进行数控机床加工时，由于数控机床自身精度、控制系统无法完全精确、测量组件的测量偏移、数控编程的加工误差、实际加工的环境影响、操作台的对刀具位置不准确等原因，都会在一定程度上影响数控机床的整体加工精度，严重情况下还会导致工件的质量问题，因此必须高度重视相关影响因素，并有针对性地采取解决措施，通过提升加工精度刀具轴承的质量，提升实际加工操作技艺，确保操作规范流程，定期维护保养机床，把控数控机床的初始误差、应用实时反馈监控技术，从而整体提升数控机床的加工精度，确保工件精度、质量，推进我国数控机床技艺的高质量发展。

参考文献

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