數控機床加工精度存在問題的分析及研究

邵勇

摘要：隨著數控車床的逐漸普及和廣泛應用，使其經濟效益極大的凸顯出來，特別是對精密零件的檢測、診斷等方面的技術和手段革新，同時也給數控機床的維修調試工作帶來了一定的挑戰。數控車床在實際操作使用過程當中，因為受到外界諸多干擾因素的影響，會使得精密零件出現形變，導致形狀位置尺寸和粗糙度值等超差，這也造成數控車床的精密度受到一定程度的影響。本文針對數控車床精密零件加工及檢驗方法加以研究和分析，以期能夠為相關問題的研究提供一些有價值的參考和借鑒。

關鍵詞：數控車床；加工精度；零件檢驗

隨著我國數控車床的使用范圍逐漸擴大，應用日益廣泛，也創造了巨大的經濟價值，同時其在我國機械制造業當中占有重要的地位，在推動我國工業化進程當中發揮著重要的作用。近些年來，我國現代化機電控制技術蓬勃發展，計算機集成制造系統（CIMS）使得數控車床技術逐漸朝著智能化、數字化以及網絡化的方向發展。

一、數控車床的優點

第一，相對于傳統車床而言，數控車床具有更好的剛性，具有更高的加工精度，具有更加穩定的加工質量。可以實現更加精確的人工補償和自動補償，因此數控車床可以加工那些對工藝要求更加精密的零件。數控車床可以使用指令代碼，對刀具的使用、主軸的轉速以及進給的速度等方面進行設定。數控車床的系統通過數字程序的指令對機床的主軸啟動、停止、速度改變等進行控制。在整個對精密零件的加工過程當中，不需要任何人為操作，均由數控車床自動完成，最大程度的減少人為操作造成的誤差。

第二，數控車床有良好的經濟價值。如果利用數控車床加工小批量或者是單間的精密零件，既能夠節省加工時間，還能夠大幅度縮減精密零件調整和檢測的時間成本，進而節約生產成本。此外，使用數控車床加工精密零件，還能夠節約制造成本。由于數控車床技工的精密度非常高，其加工質量好、加工效率高，可以有效降低精密零件的報廢率，有效減少生產成本。除此以外，數控車床還具有一機多用的功能，因此數控車床看似價格非常昂貴，但是卻有著非常高的性價比，使用數控車床能夠獲得非常良好的經濟收益。

二、數控車床加工精密零件的特點

（一）數控車床加工的精密零件表面粗糙度好

數控車床可以加工表面粗糙度較小的精密零件，其原因在于數控車床床身具有較大的剛性和強度，此外，數控車床可以實現恒線速度切削。也可以使零件多個加工面的精密度均能夠有效保障。數控車床在加工精密零件的過程當中，零件圍繞固定的軸線旋轉，多個零件表面都有著同樣的回轉軸線，因此可以保證零件在加工過程中多個表面同軸度的標準。如果是在傳統的車床上進行加工精密零件，會造成精密零件不同端面的粗糙度不相同。如果使用數控車床，能夠采用最優的線速度對端面進行切削，這樣就實現了精密零件不同表面的粗糙度一致并且較小。數控車床還能夠實現對多個表面粗糙度標準不盡相同的精密零件切削。

（二）數控車床能夠加工內外輪廓形狀復雜的精密零件

數控車床可以進行圓弧和直線插補兩種插補功能，有些數控車床還具有復雜曲線的插補功能，因此能夠切削有任何曲線和直線構成的較為復雜的回轉體類精密零件，以及尺寸比較難以控制的精密零件，如一個存在封閉腔的精密零件。如果數控車床有良好的計算能力，能夠精準的算出刀具相對與主軸軸的位移量，那么數控車床就可以完成傳統車床無法完成加工的復雜零件的任務。

三、數控機床加工精密度中的位置誤差

數控機床加工精密度中的位置誤差，也就是我們經常提到的“死區”誤差，其出現的主要原因有多種多樣，包括彈性變形、傳動間隙以及對摩擦力的克服等等。在開環系統的運行過程中，數控機床加工的位置精密度會受到比較大的影響，但是在閉環的系統當中，數控機床加工的位置精密度的決定因素主要有兩個，一個是閉環系統的速度放大系數，另一個是位置移動監測設施的精確度，但是這兩者的影響都相對較小。在隨動系統的運行過程中，出現的多個位置誤差，主要取決于數控車床運動件的運動情況，包括速度突然變化出現的過渡、運動反向以及穩態瞬間的過程，所以這些都是動態的位置誤差。

針對數控機床加工精密度中的位置誤差進行檢測，其方法是使用具有特定的材料以及特定的形狀的精密零件，一般將這些檢測零件叫做動態精密度檢測加工零件，通常這些檢測零件的材料非常柔軟，但是卻具有較高的精密度，能夠有效減少外部工具對其產生的影響，同時能夠實現較大的進給速度，實施對其的加工和切削，在進行檢測加工以后，這些檢測零件非常方便用于測量。

四、數控機床精密度誤差及檢驗方法

數控機床精密度誤差及檢驗方法主要有三種檢驗方法，即間接檢測法，樣件檢測法以及直接檢測法，這三種方法也是數控車床進行零件精密度檢測的常見方法。

（一）直接檢測法。通過對加工零件精密度的測試，對數控車床的精密度實施評估。直接檢測法具有綜合屬性，對于出現誤差存在的環節不太容易區別出來，所以這種方法大部分適用于數控車床的產品出廠檢測方面。

（二）樣件檢測方法，也被叫做樣品跟蹤法。實際上，樣件檢測法是設計并制作出一個標準的精密零件作為樣品零件，并將其安裝在需要檢測的數控車床上，對需要被加工的零件進行替代。在數控車床刀具所裝的主軸軌跡，從理論上來講，被加工的樣品零件與被替代的零件表面的輪廓相同。但是在實際的操作過程中，會出現軌跡上的差異，利用側頭傳感器將信號傳遞給另一套檢測設備，對數據進行處理和計算，利用繪圖設備繪制出樣品零件的形狀，在將兩者實施對比分析。樣件檢測法作為靜態精密度一種綜合屬性，有利于檢測的自動化實現。其實現的核心因素是設計出并制造出一個標準的樣品零件，同時需要具備一整套檢測儀器。

（三）間接測試方法。通過對數控車床自身的精密度，對數控車床的精密度進行評估的一種方法，這也是比較常見的一種檢測精密零件的辦法。但是由于僅僅從數控車床自身考慮，而沒有考慮到數控車床在進行精密零件加工時候收到的影響，所以被叫做間接測試方法。間接測試方法主要應用于數控車床的幾何精密度以及定位精密度的檢測，直接檢測方式主要適用于加工精密度以及隨動精密度的檢測。

五、數控機床的幾何精度誤差及檢驗方法

數控車床在實際操作過程當中，因為受到外部諸多因素的影響，會造成數控車床零件發生變形的情況，會對數控車床的幾何精密度造成一定程度的影響。

對數控車床進行幾何精密度的檢測時，通常是在靜態情況下，所以在對數控車床實施檢測以前，應該將數控車床啟動并運轉起來，等到數控車床的溫度升高、潤滑狀態良好的情況下，才能夠實施檢測工作。在動態情況下，對數控車床的幾何精密度實施檢測，唯一的檢測方法就是對樣品零件進行切削實施檢測。

通常而言，對數控車床幾何精密度造成影響的主要因素可以分成兩個部分：

第一，內部原因。也就是數控車床自身的原因，包括工作臺面的平整度、導軌直線度等等。

第二，外部原因。也就是除了數控車床自身原因以外的所有原因，包括熱變形、刀具等工具的切削力等等。

六、數控機床定位精度的檢驗

對于數控車床而言，定位精度檢測的分析具有非常重要。其原因在于從結構的視角來看，數控車床對精密零件的加工誤差，大部分原因都是因為定位的精確度不夠造成的，對定位精度造成主要影響的就是數控車床的進給系統。

數控機床進給系統的精度與數控機床結構設計中采用的隨動裝置的類型有關。數控車床的閉環系統、半閉環系統以及開環系統，它們的影響要素均不一致。譬如：在數控車床的閉環系統當中，因為存在位置移動的檢測設備，可以有效避免滾珠絲杠螺母的精確度對定位精確度產生的影響，但是在數控車床的開環系統當中就存在非常大的影響。除此之外，能夠對數控車床隨動精密度產生影響的原因有許多，其出現的狀況也比較繁雜。

結語：隨著科技的不斷進步以及經濟水平的提高，數控車床在我國的普及程度逐漸提高，作為技巧性較強的工作，因為受到于外部諸多因素的影響，在實際的操作加工過程當中，非常容易造成精密零件加工的誤差，尤其是加工環境比較惡劣或者是比較復雜的情況下，出現數控車床精密零件加工誤差的情況更是難以避免。因此應該使用科學的控制手段和措施，正確主動地認識數控車床加工精密零件的誤差，并給予科學的檢測手段，既能夠提升數控車床對精密零件加工的質量，還能夠提高數控車床加工精密零件的速度。力圖實現精密零件質量高、效率高，不斷提升數控車床的經濟效益和使用價值。