淺談影響數控機床加工精度的因素及對策

摘 要：由于數控機床具有自動化程度高、柔性好、加工精度高等優點，因此在復雜零件加工中廣泛應用。筆者結合多年的數控機床維修經驗，淺析影響數控機床加工精度的因素，并提出控制措施。

關鍵詞：數控機床；加工精度；因素；對策

1 數控機床的分類

數控機床的品種很多，根據其加工、控制原理、功能和組成，可分為普通數控機床和加工中心，點位控制數控機床、直線控制數控機床和輪廓控制數控機車，開環控制系統、半閉環控制系統和閉環控制系統，兩軸聯動、三軸聯動和多軸聯動機床等。

2 數控機床的特點

數控機床具有適合于復雜異形零件的加工，加工精度高，質量穩定可靠，柔性好，生產效率高，但投資費用高，生產準備復雜，維修困難等特點。

3 數控機床的硬件構成

數控機床一般由輸入/輸出設備、數控裝置（CNC） 、伺服單元、驅動裝置、可編程控制器（ PLC）及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量裝置組成。

4 影響數控機床加工精度的主要因素

（1）測量系統誤差：主要因素有以下3個：測量基準的誤差和測量裝置安裝傾斜、變形引起的誤差；測量尺安裝的阿貝（Abbe）誤差；測量線路誤差。

（2）控制系統誤差：控制系統的誤差主要反映其穩態時的性能，其中有系統的不靈敏度、零點飄移和穩態誤差等。

（3）工藝編程誤差：工藝編程時要根據每個零件的形狀及裝配關系考慮好足夠的余量，確保零件加工完成后制造公差滿足圖紙規定的要求尺寸。如：一臺法國產雙龍門銑床VSTAR，五軸聯動，加工一個方形零件時，加工完左側面，需對右側面加工時，需抬刀讓過上頂面后，再擺角加工，工藝在編程時，未加抬刀指令，導致刀具扎進零件40mm深，主軸報警停轉，過大的切削阻力，使主軸精度發生變化，A軸原點位置偏移0.03度，主軸和C軸同心偏差增大至0.08mm，造成零件報廢。

（4）刀具系統誤差：由刀具磨損、刀具的熱伸長、換刀安裝的對中誤差和刀具的彈性變形等。

（5）機床結構系統誤差：它包括機床各部件工作表面的幾何形狀和相互位置誤差。

（6）工作臺運動精度誤差：主要是指要控制工作臺在繞空間三根坐標軸的旋轉，對應于導軌的三項基本精度誤差，即滾轉角、俯仰角、偏擺角誤差。

（7）部件移動相互間垂直度誤差。機床部件可能包含相互垂直的三個方向上的移動--垂直方向、縱向和橫向。部件移動方向之間的垂直度誤差，決定于導軌面之間的垂直度誤差。

（8）加工過程中造成的熱誤差。加工過程中產生的熱，使得機床各部件間存在溫度差，各部件之間溫度變化規律和速率不同，零件和機床的熱膨脹系統不同，以及同一部件上各點的溫度變化不均勻等原因，部件產生變形，最終造成刀具與工件的相對位置發生改變，導致各坐標軸出現附加位移，這類誤差可歸于幾何誤差類。據此，幾何誤差模型同樣適用于熱誤差的描述。

（9）生產現場的影響。生產現場中，各種干擾對數控機床精度的影響也不容忽視，這些干擾主要有：

1）電磁波干擾。在生產現場中，電火花、高頻震蕩等，容易造成機床故障。

2）電壓波動的干擾。每個數控機床都有對應的電壓輸入范圍，當電壓超過或低于電壓輸入范圍時，會引起系統電源中的電壓監控報警，從而停止工作電壓。

3）粉塵的影響。有些生產現場將鉗工、車工等工種混在一起，生產中難免會有粉塵飛揚，從而影響加工精度。

4）溫濕度的影響。現在的數控機床多數對溫濕度有明確要求，如有的機床要求溫度控制在±25之間，并且要求日溫差不得超過2度。因此，很多新建廠房多數都采用恒溫的中央空調來控制溫濕度，一些老廠房就很難控制溫濕度，如冬天采取用取暖器升溫，夏天用電風扇降溫的方式來控制溫濕度。

5 解決加工精度的對策

綜合以上影響加工精度的因素，要想提高加工精度，除設備本身的因素外，重點要從以下幾方面入手：

（1）從技術上解決加工精度。主要解決從設計、工藝開始，對零件加工的要求進行明確，并嚴格控制好每個零件的加工尺寸，從技術上進行精度保障。

（2）從刀具上解決加工精度。選用刀具要根據加工的機床、加工的材料、加工的深度、平滑度等因素綜合考慮，選用合適的刀具。

（3）從操作者上解決加工精度。首先要規范操作者的操作行為，讓操作者養成遵守工藝紀律的好習慣，加大工藝紀律檢查力度，發現違紀行為要及時制止。嚴禁私自更改切削深度、轉速、進給等。

（4）從設備上解決加工精度。定期對設備進行維護保養，尤其是影響加工精度的控制系統、測量系統、工作臺等要定期進行檢查，對機床液壓及側滑單元定期檢查，杜絕跑冒滴漏及控制故障，保證機床機械部件之間潤滑良好，減少磨損。

（5）定期對設備進行維護保養，也就是“三保”，主要是檢查幾何精度，如果不符合機床定檢的要求，應該進行機械上的調整，可通過地腳螺栓的調整，斜鐵的松緊來調節，電氣柜的清掃、清潔、控制系統的靈活運轉、液壓及潤滑系統的正常工作，也是必不可少的。定位精度的調整，可通過激光干涉儀，高精度編碼器等測量儀器測出各個指定點位的誤差值，對機床的位置進行補償。對于五軸聯動機床，還需對五軸精度進行檢測及補償，其中包括A、C軸中心偏差，A軸與主軸中心偏差，主軸與C軸中心偏差，主軸端面與回轉中心的位置偏差，這些在不同系統的機床中有不同的參數進行補償。通過對機床的幾何精度、定位精度、五軸精度的檢查及調整后，機床可達到良好的加工精度，滿足生產要求。

6 結束語

總之，每臺數控機床都有一定的加工精度范圍，要使加工的零件達到可控的精度范圍內，就必須從人、機、法、策上想辦法，通過有效的控制措施，才能夠達到機床設計時的精度標準，從而推動一些高精度加工項目的發展，促進制造業的發展。

作者簡介：楊從玉（1975-），女，機電一體化專業，本科，主要從事：設備維修技術工作，現為陜飛公司技術員。