数控机床加工精度的影响因素及改善措施探讨

石家庄市栾城区职业技术教育中心 王乐华

引言

随着大数据技术的发展，尤其是5G 技术在装备制造领域的应用，我国现代制造业得到了快速发展。数控机床是工业制造的重要组成部分，具有效率高、自动化程度高的优点，能够实现流水化零部件加工工艺。然而在实践加工中受诸多因素影响，数控机床加工精度存在偏差，影响了零部件加工质量，因此正视数据机床加工精度问题并且采取有效的措施，提高数控机床加工精度成为装备制造业高质量发展的关键举措。

1 数控机床加工精度的概述

加工精度主要是用于表征生产产品的精细程度，数控机床加工精度就是零部件加工后的实际几何参数与理想几何参数相符合的程度。加工误差的大小反映了加工精度的高低，一般误差越大加工精度就越低，相应的，误差越小加工精度就越高。数控机床加工精度主要是通过机床本身的精度来保证，综合相关文献资料，数控机床加工精度主要包括以下内容：（1）几何精度。又称静态精度，是综合反映数控机床关键零部件经组装后的综合几何形状误差。（2）定位精度。定位精度主要是数控机床各运动部位在数控装置控制下所达到的精度，一般根据实际测量可以判断出机床自动加工过程中能够达到最好的工件加工精度，定位精度是保证零件加工精度的基础；（3）切削精度。数控车床切削精度检验，又称为动态精度检验，是在切削加工条件下，对车床几何精度和定位精度的一项综合考核。

实践证明提高数控机床加工精度管理具有重要意义。首先提高数控机床加工精度是满足我国机械制造强国战略、实现机械制造服务业发展的基础。制造强国战略强调机械加工的精密度发展，而数控机床是机械制造的重要组成部分，数控机床加工的精度直接决定了产品加工的质量。因此提高数控机床加工精度对推动我国机械制造强国战略起着至关重要的作用；其次提高数控机床加工精度是降低产品残次率、提升产品整体生产质量的基础保障。在数控机床加工中如果加工精度不高会导致加工的产品不符合生产要求，这样不仅会增加产品返修率，而且还会影响零部件的整体质量；最后提高数控机床加工精度是提高经济效益，降低安全事故的重要举措。提高数控机床加工精度可以有效降低因产品不合格而导致的返工问题，为数控机床加工企业节省大量的资金。尤为重要的是通过提高加工精度可以降低因产品不合格而导致的后期安全问题。

2 影响数控机床加工精度的因素

数控机床加工精度主要是由误差大小表示的，静态精度是机床在不工作不切削状态下检测出来的，动态精度则是机床在切削过程中检测的。结合多年实践调查，数控机床加工中发生误差的概率在41.2%，而影响数控机床加工精度的因素主要包括以下几个方面。

2.1 数控机床操作人员专业技能匮乏，安全规范意识不强

虽然在大数据技术的推动下,数控机床实现了自动化、程序化操作,但是在加工的过程中仍然需要人工参与。由于操作人员问题导致的数控机床加工误差发生率比较大:一方面数控机床生产技术越来越复杂, 尤其是现代数控机床的技术含量越来越高.而目前我国从事数控机床加工的人员大部分是直接接触过简单知识学习的人员，他们没有接受过系统的数控机床专业知识，难以熟练的操作设备，导致加工的零部件精度不高；另一方面数控机床加工操作人员的安全规范意识不强,缺乏对数控机床的定期维护保养。数控机床属于精密仪器，其不仅要求操作人员要严格按照规范要求进行操作，而且还要做好日常维修保养工作。但是在实践中由于数控机床操作人员的质量控制意识淡薄，忽视对数控机床的日常维护保养，导致数控机床加工的精度不强。

2.2 伺服系统驱动系统

数控机床伺服系统是数控机床加工的重要元素，伺服系统驱动对数控机床的准确度有直接的影响，如果伺服系统出现问题就会对数控机床加工精度产生直接影响。根据调查数控机床运动链根据检测装置安装的位置不同可以分为全闭环控制、半闭环控制以及开环控制。相对半闭环控制进给伺服系统而言，全封闭控制进给伺服系统容易出现加工精度问题，因此在数控机床中不常用。而半封闭控制进给伺服系统则是数控机床常见的形式，其加工精度主要取决于丝杠的正反向间隙。根据统计伺服系统导致的加工精度问题主要集中在滚珠丝杠在传动时出现了问题，导致数控车床的旋转发生弹性变形，从而直接降低数控机床加工的精确度。

2.3 数控机床状态

数控机床状态对加工精度的影响是巨大的，根据统计65.7%的数控机床在安装上不符合相关指标标准，导致数控机床加工存在误差：一是数控机床的刀具刀尖受损而导致工件尺寸准确，但是表面光洁度比较差。刀具是数控机床加工的重要元件，经过长时间使用后，数控机床刀具会出现磨损，这样在加工时就会出现几何精度问题。二是数控机床环境的影响。由于数控机床加工环境比较恶劣，受粉尘、空气温度等诸多因素的影响，数控机床存在大量的灰尘，如果没有及时进行清洁作业，则会影响到数控机床个轴承的转速，从而导致工件加工出现误差。三是数控机床放置水平没有调整好也会影响工件加工精度。例如数控机床加工的工件存在锥度大小头现象，其原因主要是机床放置的水平没调整好，一高一低，导致放置不平稳。另外数控机床加工过程中温度的变化也会影响工件加工精度。最常见的现象就是数控机床如果没有预热则加工的工件普遍存在精度差的问题，原因就在于数控机床开机后，其温度会不断上升导致温度分布不均匀，造成各零件或零件各部分之间的相互位置关系发生变化，从而造成零件的位移或扭曲。

数控机床加工实现了自动化控制，其主要是按照预定的程序要求进行加工操作。如果在数控机床加工过程中出现程序问题就会直接导致工件加工出现质量问题。例如在采取Frank 系统的立式加工中心，在连杆模具加工过程中，垂线X 轴进给异常，出现1mm 切削误差，经检查工件坐标系已经按照要求设置好。按照设置好的坐标系运行程序，记录运动后的机械坐标值，然后转为手动模式，输入数据运行程序，待运动结束记录坐标值，对比两个坐标值发现存在0.352mm 的距离误差, 通过深入分析当X 轴去除后，垂直方向上的主轴箱下落，产生了误差。基此基本可以确定为程序的控制逻辑有问题，导致加工精度异常。

3 提升数控机床加工精度的改善措施

基于影响数控机床加工精度的因素，我们需要从以下方面入手加以改善，以此提高数控机床加工精度。

3.1 加强机械专业人才培养力度，树立工匠精神

随着我国机械强国战略的实施，我们必须要加强高素质机械专业人才培养力度，为数控机床加工提供优质的人才：一方面职业院校要加强校企合作，结合数控机床行业发展趋势培养符合数控机床岗位的人才。中职院校要切实发挥服务区域经济的职能，主动与区域数控机床加工企业进行沟通，探究人才培养机制，形成系统的机械专业人才培养体系。例如中职院校要结合数控机床企业的岗位要求开展专业教学，定期组织机械专业学生深入到企业参加实践学习，以此实现理论知识与实践岗位的有效衔接；另一方面职业院校要发挥教育资源优势，为数控机床企业提供职工技能提升教学服务工作。中职院校在教学中除了要开展系统的专业知识教学培训之外，还需要融入职业素养教育，通过系统的教学体系增强机械专业人才的工匠精神。例如在机械专业教学中，教师可以构建课程思政，将机械专业课程与思想政治教学相结合，以此让学生树立工匠精神。

3.2 优化数控机床控制系统，提升伺服系统稳定性

伺服系统是数控机床工作的主要控制系统，伺服系统的稳定性问题导致数控机床加工容易出现误差，所以需要不断优化数控机床加工控制系统，增强伺服系统的稳定性。半伺服系统应用最为广泛，因此对于半封闭式控制系统而言要注意优化闭环系统的误差首先就要对反馈系统进行一定的优化和改善。例如我们可以选择灵敏度比较高的反馈系统，同时在安装反馈系统时要注意装配和位置的精度。还要不断优化数控机床的进给传动控制系统，提高传动元件的刚度。

3.3 完善数控机床控制程序，优化加工工艺

对于数控机床最为关键的就是要设计完善的控制程序系统，只有这样才能在最大程度上保证工件加工精度：一是先根据产品的精度要求，在编程时考虑先粗车，后精车，这样做可以很好地保证精度。同时先钻孔然后再端平，这样能够防止出现缩料。二是要构建在线监测系统，实现对数控机床加工过程的监控。基于数控机床加工的自动化控制要求，需要借助大数据技术构建在线监测系统，实现对数控机床加工过程误差环节的监控，及时对误差进行采集，反馈至控制终端，并通过误差数据采取相应的误差补偿机制，进行及时的误差补偿，有效提高零件的加工精度；三是要不断优化加工工艺。针对工件加工误差问题，需要优化加工工艺，具体就是要结合误差产生的原因制定相应的改进对策。例如基于在数控机床开机初期阶段工件误差概率大的问题，需要进行预热处理。

3.4 做好数控机床日常维护保养，合理选用机床

数控机床属于精密仪器，如果缺乏有效的保养机制就会导致工件加工出现各种误差问题。因此在数控机床加工中需要严格按照机械说明书做好日常维修保养工作：一是要加大对数控机床生产车间环境清洁工作。由于数控机床属于精密仪器，生产车间的灰尘等会对仪器轴承造成巨大的影响，例如当粉尘进入仪器轴承后会导致轴承转速下降，从而导致工件的精度下降。所以作业人员需要及时做好环境清洁作业，保证生产车间的温度与湿度符合数控机床加工要求；二是要做好日常维护保养工作。数控机床加工元件具有一定的损耗，尤其是电子元件的损坏存在隐性，因此设备管理人员要做好日常检修工作，及时发现故障，以此降低工件加工误差。例如数控机床刀具具有一定的使用寿命，需要设备管理人员定期对刀具等进行检查，及时更换出现磨损的刀具，以此避免不合格加工工件的发生。

总之，基于我国制造技术的不断发展，尤其是5G 技术的应用，机械制造行业对数控机床加工精度的要求越来越高。所以为了提高数控机床加工精度，降低不合格工件发生率，我们要不断优化数控机床加工工艺，改进加工控制程序、减小工艺系统热变形以及加快高素质人才培养等，以此提高数控机床加工精度，促进我国机械装备产业实现高质量发展。