数控机床加工误差原因分析及改进措施

李　航

数控机床加工误差原因分析及改进措施

李航

(中国船舶集团有限公司第七二六研究所，上海 闵行 201108)

近年来，随着科学技术的发展，数控机床的应用范围逐渐扩大，对数控机床的加工精准度要求也越来越高。数控机床得到快速推广和普遍应用，在一定程度上增加了机床加工出现误差的几率。通过研究数控机床的加工工艺，分析了导致数控机床加工误差的原因并提出了改进措施，以有效降低加工误差，提高数控机床加工的精度。

数控机床；加工误差；误差原因分析；改进措施

近年来，随着经济的迅速发展，我国已步入信息技术时代，自动化机械设备数量日益增多，对工业发展和人们日常生活的影响程度不断提升。数控机床是数字控制下机床的简称，是一种带有程序控制系统的自动化机床，能够有效地解决和处理复杂、精密、多样化、小批量零部件的加工，代表着现代机床控制技术的发展趋势和方向，属于典型的机电一体化产品。在实际加工过程中，数控机床受诸多因素的影响，会出现加工误差，影响其工作质量，导致其加工的产品出现误差，影响生产企业的经济效益和未来的发展。

1　数控机床加工误差出现的原因

1.1　机床设备自身的误差

伺服系统是数控机床的重要组成部分，把接受到的指令信息处理后转换成机床执行部件的运动。由于伺服系统是数控机床运行的最后环节，其性能直接影响着加工的精度和速度，运转时也蕴藏着一定的误差风险。一方面，影响其产生误差的原因是由于数控机床自身加工不精准。数控机床的组成零件丰富，一般零件的组装均是由人工操作完成，操作期间如果工作人员不规范或者存在无意识的操作都会造成加工误差，此外，不同机床设备对精度得要求各不相同，如果出现零件错装的情况，加工误差必然会出现，例如，钢珠生产的精度要求高于钢笔生产的精度，若将钢珠机床零件与钢笔机床零件混装，势必会出现加工误差。另一方面，在机床加工过程中，车床的运转需要伺服系统的推动，伺服系统是车床加工的动力源泉，伺服电机的功能是精准控制机械零件的加工位置，方便车床技术人员进行零件加工与技术操作，如果机床设备自身存在误差也会影响伺服系统。

1.2　设备运行产生的误差

①传统轴反转误差。数控机床在运转的过程中，坐标轴移动或静止都会使机床驱动轴经过加速或者是减速的流程，在此过程中受设备运行的惯性作用以及驱动加、减速度的影响，容易产生加工误差。同时，传动轴的各零部件间存在一定间隙，容易出现驱动停止的问题，进而造成机床加工误差[1]。②数控机床的运转需要持续、稳定的电流，在加工过程如果出现电流中断或者不稳定，会导致机床加工时的电流起伏变化，不利于机床加工的平稳性和持续性，容易产生加工误差。③数控机床的车刀刀尖如果出现偏角以及圆弧的现象，会导致机床的削切操作缺乏精准性，容易产生加工误差。

1.3　设备磨损老化产生的误差

①滚珠丝杠传动误差。机床在运转的过程中，滚珠丝因长时间工作产生大量的热，会致使滚珠丝发生变形，随着作业时间增加会导致滚珠丝的精准性降低，进而产生传动误差。②环境温度误差。受诸多如振动、粉尘等因素的干扰，设备的精准度会有所下降。设备工作时间过长时温度会逐步升高，如若缺少降温措施或者是降温处理不及时，会对设备的正常运转造成不良影响，致使误差出现[2]。③刀具磨损误差。数控机床加工的零件不同，所选择的刀具也会不同。车刀是各刀具中损耗最明显的工具，高温作业下车刀会出现磨损与变形的现象，进而影响加工质量。

1.4　系统编码设置产生的误差

①系统参数设置误差。数控参数的精准校对是减少参数误差的有效方式，技术人需要测量零件的外轮廓尺寸，依据零件尺寸校对数控编程参数值，有利于提高相关参数值设置的精准度。如若校正期间有一组参数值不符合零件的尺寸标准，则加工过程中便会出现误差。②脉冲编码器数字化处理误差。车床运转时，脉冲编码器会按要求发送脉号指令，以此精准控制传动轴的加工流程。在数字化背景下，零件的精准尺寸会转化为整数形式的脉冲当量，产生小数点误差。③程序编辑处理误差。程序编辑应先确定原点位置并完成坐标编译，若原点位置的确定出现偏差，则势必会产生加工误差。

2　数控机床加工误差的改进措施

2.1　提升设备性能与精度

数字化生产时代要求数控机床的加工技术必须及时进行优化与升级，提高机床加工的精准性。随着经济和机械制造产业的发展，对机床精准度的要求也在不断提升，数控机床的性能逐渐获得完善。例如，近年开发出的高档液压全数字化数控机床就引用了先进的数字化技术，能够有效减少驱动运转中由于加速或者是减速而产生的误差，除此之外，该机床设备的车床设计有所改善，其承载力增加，导轨精度更加精确，减小了车床的自重力，使得车床的振动扭曲效率提升，有利于为车床运转的稳定性提供保障，同时，车床的车刀设计更加标准化，可确保加工始终稳定[3]。

2.2　矫正伺服系统误差

伺服系统是驱动各坐标组运转的动力源，不同的数控机床，伺服系统会设置不同的加工轨迹，以确保数控机床加工的灵活性，进而实现加工精度符合0.1微米的标准[4]。伺服系统对车刀加工速度以及范围具有一定的控制作用，对传动组扭矩具有灵活调整的功能，因此，矫正伺服系统误差，有利于提升数控机床的加工精度。矫正伺服系统需要优化与升伺服级系统的元器件，淘汰老化的元器件，重新配置高性能和高质量的元器件。由于伺服系统同时还具有加工圆弧的功能，而圆弧的加工工艺比较复杂，需要加工人员依据实际加工状况合理选择伺服系统的控制类型，减少加工误差。

2.3　误差补偿

在实际加工过程中要避免数控机床的加工误差，除了尽可能的降低误差出现的几率外，还可以通过误差补偿的方式减少加工误差。误差补偿法即依据误差值提前设置好相近的补偿值，以此缩小误差范围，实现误差的有效控制，数控机床加工中的车刀刀尖磨损误差、脉冲转换误差等都可以使用补偿值的方式。误差补偿法能够最大限度减少误差值，实现数控机床加工的精准校对[5]。数控机床的设备类型不同，其误差补偿值也应不同，依据设备实际的加工工艺预算误差值，并设置相应的补偿值，有利于减少实际加工过程中产生的不良影响因素。优化机床加工环境及编程方案，也有利于误差补偿值的精准设置。

2.4　加强机床设备保养

数控机床作业时间长、使用频率高，难免会出现设备老化与磨损的问题，规范使用机床设备并注重日常机床设备的保养工作，有利于降低设备的磨损程度，延长设备的使用年限，保证设备的加工精度。加强机床设备的检修与养护，需要相关人员具有较高的职业素养和设备养护专业知识技能，能够严格遵照机床的养护流程完成设备的日常护理工作，定期检测设备的运转情况，做好实时监督加工的管控工作[6]。尤其是加工操作的一线工作人员，必须持证上岗，具有一定的责任感与工作热情，对机床设备操作娴熟，有利于减少因人为操作产生的加工误差。

3　结语

在数控机床的加工过程中，产生误差的原因有很多，例如机床设备自身设置问题、机床设备运行问题、机床设备老化问题以及系统编码设置有误等，机床加工的每一环节都存在误差风险，需要相关技术人员认真、负责任地对待数控机床的加工工作，熟知并熟练掌握加工工艺，依据具体问题具体分析的原则，采取提升设备性能、实施误差补偿以及注重机床设备保养等措施避免加工误差的发生，保证数控机床的加工精度和质量。

[1] 高帆.数控机床加工误差原因分析及改进措施[J].内燃机与配件,2020(16):89-90.

[2] 牛亚军.数控机床加工过程综合误差分析[J].现代农机,2020(5):58-59.

[3] 王曹宇.机械加工误差分析与工艺改进[J].南方农机, 2017,48(2):40.

[4] 黄洛.数控机床加工精度在线测量与误差实时补偿技术研究[D].重庆:重庆大学,2017.

[5] 王桂龙.数控机床加工精度的影响因素及改善措施[J].农机使用与维修,2018(9):10-11.

[6] 马丽,贾大明.收割机复杂零件多轴数控机床加工误差控制优化仿真[J].农机化研究,2021,43(10):37-41.

Analysis on the causes of machining errors in CNC machine tools and improvement measures

LI Hang

(The 726th Research Institute of China State Shipbuilding Corporation, Minhang District, Shanghai 201108, China)

In recent years, the development of science and technology has gradually expanded the application range of CNC machine tools, and the processing accuracy requirements of CNC machine tools have become higher and higher. The rapid promotion and widespread application of CNC machine tools have increased the probability of errors in machine tool processing to a certain extent. The machining technology of CNC machine tools is further studied, the reasons for the machining errors of CNC machine tools are analyzed, and improvement measures are proposed to effectively reduce the machining errors and improve the machining accuracy of CNC machine tools.

CNC machine tool; machining error; error cause analysis; improvement measures

TG659

A

2096–8736(2021)06–0023–03

李航，男，江西吉安人，大学本科，高级技师，机械加工工艺师，主要研究方向为机械、数控加工。

责任编辑：阳湘晖

英文编辑：唐琦军