机械数控加工精度的影响因素分析及提升策略探讨

黄健强

数控机床在现代机械制造业中有极其广泛地应用，并且数控加工也朝着高效率、智能化、精确化的角度发展。对于数控加工而言，加工精度是最为关键的指标，也是衡量数控加工水平的重要因素，在实践生产中数控加工精度会直接影响到产品的加工质量，特别是在高精密制造领域中，对数控加工的精度要求更是极高，所以提高数控加工精度具有十分重要的意义。为了全面促进数控加工精度提升，就需要充分把握影响数控加工精度的因素，在此基础上制定科学的调整策略，优化数控加工技术，最大限度减少数控加工误差。

1 数控加工的概述

随着现代科技的快速发展，现代制造业较之过去有了翻天覆地的变化。在过去机械制造业主要是依靠人工生产，在此过程中面临的最大问题就是产品加工精度比较低。而现代机械制造大多是通过数控机床实现数控加工，其具有加工效率高、加工强度大、加工速度快等诸多特点，可以在很大程度上促进机械制造产量、质量的提升。数控机床是开展数控加工的主要载体，根据其控制系统原理，可以将数控机床分成普通数控机床、点位数控机床、其他类型数控机床等几种情况，随着现代机械制造需求的不断提升，数控机床加工技术也在不断的更新。与传统的机械加工机床相比较，数控机床最大的特征在于人工操作影响度相对比较低，整个加工工艺都是通过提前编程进行控制的，同时数控机床的加工效率快、加工稳定、精度也比较高，相对应的对加工人员本身的技术水平、职业能力也有较高的要求。

2 数控加工的基本原理及特点

2.1 数控加工的基本原理

数控加工主要是根据事先编制的工作程序，利用数控机床对被加工零件实现自动化加工的过程。在数控加工中，编制程序涉及到工艺参数、刀具运行轨迹、角度变化量、零件加工路线、位移数值、切削参数、其他辅助功能等。在编程过程中，会根据数控机床设定的指令代码、程序格式实现加工程序编制，同时加工程序中的内容会存储在相应的控制系统中，通过控制系统输入数控机床数控装置，实现对零件的自动化加工。为了满足圆弧、直线圆柱、蜗杆、各种螺纹等复杂零件的加工需求，在数控机床上还会配备动力刀塔、多工位刀塔。

数控加工的最大优势在于在整个加工过程中，不需要人为地对机械运行情况进行干涉，也不需要控制空间距离，数控机床能根据既定变成实现智能化、自动化加工。数控加工精度主要是通过数控机床对零件进行加工后，产品的实际尺寸参数与图纸参数要求之间的契合程度。加工精度涉及到了形状精度、尺寸精度、相互关系、位置精度等四个方面，在加工过程中，加工零件本身的几何参数和理想几何参数之间产生的偏离数值被称作是数控加工误差。

2.2 数控加工的特点

数控加工最大的特点在于以下几个方面：

（1）加工质量高、精度高。数控加工主要是利用数控机床，在预先编制的程序下，按照既定流程实现加工顺序、加工参数控制，整个过程都是机械化控制，人为干预比较少，能降低人工操作对加工质量、加工精度的影响，减少了人为因素引起的加工误差，促进了加工精度的提升，同时也保证了加工质量。同时在机械加工中，加工误差的表现具有明显的规律性，工作人员可以根据产品加工情况，及时找到加工误差原因，并采取有效的方式来调控，减少产品瑕疵出现，降低了加工过程中的原材料、能源损失。数控加工保证了零件的加工水平，减少了对生产过程对自然资源及能量的损害，有助于机械制造业的可持续发展。

（2）多坐标联动，实现复杂零件加工。在数控加工过程中，一般会采取多坐标联动加工方式，这对于复杂零件的加工是很有利的。开展零件加工时，通过数控加工技术，按照预定程序实现径向、垂直、纬向、倾斜、弧度等多角度加工，有助于复杂零件加工效率的提升，促进了机械加工技术的现代化发展。

（3）加工效率快，加工时间短。数控加工主要是通过数控机床实现机械化、自动化、智能化加工，改变了过去人工加工存在的时间长、操作主观性强的情况，缩短了产品加工实践，促进了产品加工产量的提升。在数控加工中，即便是面对不同的生产零件，只需要提前改好加工程序即可，能有效缩短生产准备时间，促进了生产工作效率的提高，降低了生产劳动成本。此外，数控加工具有很强的自动化水平，能降低工作人员的工作量，有助于工作人员保持良好工作状态。

（4）对工作人员综合素质要求比较高。数控加工本身具有很大的科技含量，对操作人员的综合素质有极高要求，工作人员必须具有良好的专业水平，能满足数控机床编程、操作等基本要求。同时在数控加工过程，如果数控机床出现了故障，工作人员还应该具备一定的维修专业知识，可以简单地处理一些数控机床故障。

3 影响数控加工精度的因素

数控加工精度会直接影响到产品生产加工质量，所以在实践中必须做好数控加工精度控制工作。在数控加工过程中，影响加工精度的因素有很多，这些因素既有人为上的主观因素，如数控机床编程设定错误，也有客观上的因素，如数控机床本身质量不合格、刀具磨损严重等。具体来说，影响数控加工精度的因素主要包括。

3.1 数据处理问题

开展数控加工时，需要严格的按照编定程序来设计数控机床，这就需要确保编程数据本身的准确性。如果在设定数控机床编程数据时出现误差，那么加工出来的产品必然会出现精度不良、产品质量比较差的情况。就目前而言，我国数控机床在设计、生产质量上与国外发达国家相比较，还相对比较落后，所以在实践中如何提高数控机床本身的质量是一个十分关键的话题。

随着现代制造业的快速发展，我国在数控机床应用上已经有了比较丰富的经验，关于数控机床的维护也获得了不错的成效，数控机床在应用中的相关规范也得到了良好推广，在一定程度上促进了数控机床质量提升。但是数控机床本身在长期时间生产、运作过程中，会出现一些故障，从而导致产品加工精度降低，影响到产品质量。

3.2 刀具参数问题

在数控加工过程中，车刀工件是很重要的设备之一，其本身的稳定性将会对整个数控加工质量带来影响。在实践中，开展车刀切削工作时，经常会由于刀尖应用不稳定、主偏角等因素，出现车削外圆加工误差的情况，如果工作人员没有及时留意到误差，随着加工的深入，刀尖偏角会不断下移，造成误差越来越大，甚至会出现刀尖半径不符合加工标准的情况。同时车刀刀尖及工件中心高度也会发生改变，进而影响到整个加工流程的稳定进行，削弱了产品加工质量。利用数控加工技术开展机械产品加工时，切削、铣磨等都需要借助刀具来完成，如果刀具存在问题，那么产品加工精度也会随之受到影响。所以在实际生产中，必须结合产品本身的特性，对刀具轴线出现的偏差开展细致分析，及时修正刀具偏差，确保数控机床的稳定运作。

3.3 加工误差问题

在数控机床中，机床加工系统主要有子部件、多个子系统组成而成，是零件加工的直接实施部位，各个部件的运行情况都会对整个加工系统带来影响。在进行数控加工时，系统各个部件由于安装、运转等因素会出现系统误差，这就会降低产品加工质量。一般情况下，数控机床的零件都对表面、弧度、形状等误差有一定要求，在加工中受各部件摩擦力、回转轴、传动件等因素影响，会出现零件生产外观、尺寸、相对关系等方面的精度误差，从而降低了加工精度。如在数控机床加工期间加工轴的摆动角度有所偏差，这就会引起零件的外形出现变形，精确度有所降低，甚至会造成加工零件批量报废的情况，不仅造成了原材料、能源的大量浪费，还会影响到企业的生产效益，严重地影响到企业健康发展。此外，数控机床在长时间使用过程中，还会在外力因素影响下，出现机床的加工系统变松、弹性改变、位移等情况，从而降低了数控机床的生产精度、生产效率。甚至在外力因素影响下，数控机床不仅会出现加工精度降低的现象，还有可能出现机床损坏的现象。

3.4 伺服系统驱动要素

伺服系统驱动也会对数控加工精确度带来影响。在数控加工中，伺服系统会通过驱动车床的各个装置，实现对原材料的加工，其操作过程是通过数控车床定位滚珠丝杠驱动、控制伺服电机，促使数控机床有效运作。当滚珠丝杠出现传动误差的情况后，就会引起加工精度不足的情况。同时数控车床传动设备还会在外力因素赢下，产生变形、弯曲的情况，进而对整个数控车床的加工精确度带来影响。

4 提升数控加工精度的策略

4.1 优化数据处理

利用数控机床开展产品加工时，必须结合产品加工要求，设计合理的数据处理程序，确保编程数据的准确性，以此保证产品加工规范性。在实践加工过程中，工作人员必须在正式进行加工之前，对数控机床的相关数据设定进行认真检查，分析编程内容、数据标准是否符合规范。在加工过程中，需要充分把握不同数据间的误差，制定相应的预设方案，定期对数控机床运作情况进行巡视，发现问题后及时输出正确补偿数据，减少误差积累，促进产品加工精确度的提升。

相较于传统机械加工，数控机床本身在零件加工误差、精确度控制上具有一定优势，但是数控加工用到的数控机床自身复杂程度、技术难度也相对比较高。所以在实践中为了减少数控加工误差，提升数控加工精确度还需要全面提高数控机床本身的精确度，保障数控机床的生产质量。在平常运作中，需要注重对数控机床关键部件、关键位置进行维护检修，减少其故障发生率。

数控机床在运作过程中，外界环境因素也有影响到其运作稳定性，进而对加工精度带来影响。为了有效提升数控加工精确度，降低加工误差，同时也减少外界环境对数控机床本身的影响，保证数控机床的高效运作，在实践中还应该在数控机床生产中构建良好的加工运行环境。例如工作人员需要定期对数控机床展开清洁、维护、润滑，降低产品加工中摩擦力对加工部件受力造成的影响，改善受力变形状况。为了防范数控机床构件出现物化情况，还应该将数控机床设置在无阳光直射、清洁干燥、通风、散热方便的环境下，同时还需要做好数控机床锈蚀防范工作。

此外，数控机床在运作期间，工作人员还可以利用环保氧化型导轨涂层修复数控机床导轨精确度，提升数控机床的耐磨性。在数控机床生产产品过程中，机床本身的导轨拓印是很关键的环节，其会直接影响到加工精确度，并且还起着优化加工步骤，提高加工效率的作用。工作人员可以通过铸铁式导轨方法，实现对高精度产品加工，在运作期间要保障数控机床润滑可靠性，减少产品生产摩擦引起的误差。

4.2 合理选择车刀

开展数控加工时，车刀是对零件进行切削的主要构件，在实践中工作人员必须交结合具体的生产要求，选择适宜的车刀，切实提高数控加工精确度。同时相关工作人员要特别注意，在车刀应用过程中，必须坚持规范化、标准化的原则，要确保选用的车刀与零件加工相匹配。在数控加工过程中可以借鉴国外的先进成功经验，采取自动换刀设置，代替传统的人工换刀方式，这样可以在很大程度保证数控加工车削的现代化发展。在此过程中要注意刀具库与换刀装置的良好结合，刀具库的刀具材质、性能需要保持多样化，在零件加工时，如果需要切换刀具，就可以利用自动化系统完成刀具改变。此外，还需要在实践中关注刀具强度、耐磨性，保障刀具质量，以此促进零件加工精确度提升。

对于数控机床加工，其加工方式与传统的加工方式是一样的，都是根据刀具与工件的相对运动实现产品生产。所以在实践中，做好刀具选择是很关键的一项工作。在数控加工安装刀具之前，工作人员必须对刀具的几何参数进行全面检查、核对，确保刀具质量、规格符合规范。在相对运动中为了促进加工的稳定性，要尽量选用转动光滑稳定、摩擦阻力比较小的轴承，要切实降低轴承转动对加工带来的影响，提高数控加工精确度。

4.3 规范加工误差控制

首先在开展数控机床加工时，要做好原始误差控制工作。相关工作人员应该对数控加工原始误差产生原因、表现方式进行全面分析，制定针对性的防范措施。如对于工艺系统热变形引起的几何误差现象，可以通过风冷、水冷等方式来达到误差控制的目的；对于刀具变形引起的加工误差，可以通过对刀具材料进行优化控制的方式实现误差管理；对夹具进行选择时，工作人员应该对零件的坯料进行全面分析，防范位置误差的出现。开展数控机床加工时，机床的各个部分都有可能出现误差，影响到零件的加工精确度，对此在工作人员还应该对误差源进行准确的划分，从源头上实现对误差的控制，从而减少误差出现，提高加工精确度。

其次要注意误差补偿法的应用。在数控加工过程中误差是影响产品精确度最明显的因素，为了促进零件加工质量的提升，就需要特别注重误差补偿法的使用。具体来说，工作人员可以在系统补偿功能的前提下，注重软件、硬件系统的良好结合，对存在的坐标轴进行补偿，促进零件加工精度提升。如果是半闭环伺服系统出现误差，则可以通过反向偏差补偿法将误差消除，促进定位精确度提高。与误差补偿法相比较，反向偏差补偿法主要是在数控机床工作过程中，将零件的误差、潜在误差进行缩减，从而达到对总误差控制的目的。需要注意的是反向偏差补偿方法的的成本相对比较高，所以在实践中还需要对其进行创新调整，将其转变成低成本、高精度的辅助加工方式。

4.4 伺服系统驱动因素误差控制

开展数控机床设计时应该严格的控制伺服系统，从根源上保证数控机床的加工精确度。具体来说，在改善伺服系统误差时，要从驱动装置动态性能改善上出发，全面更新整个设备的驱动装置，或者是更换性能更加优越的驱动设备，保证数控机床在实际运行过程中能有高效、稳定的控制。另外，在控制伺服系统误差时，还应该注重装置抗压水平、承载能力的提高，要保证伺服系统很好地承接机械零件，促进零件加工精度提升。在生产过程中，要针对数控机床安装好的伺服系统进行参数优化设置，保证伺服系统与将要生产的产品相契合，实现对加工误差的有效控制。

5 总结

数控加工精度是影响产品生产质量的关键因素，在实践中为了促进机械制造企业的良好发展，同时也为了促进我国机械制造业的稳定发展，就需要在实践中切实提高数控加工精度。在平常工作中，数控加工工作人员需要不断总结工作经验，深入剖析影响数控加工精度的因素，并结合现实状况来制定优化调整策略，切实提高数控加工精确度，保证数控加工质量，为推动我国机械制造产业的现代化发展提供保障。