數控機床加工誤差原因分析及改進措施

高帆

摘要：隨著數控機床的不斷普及應用，數控機床加工精度要求也越來越高，本文嘗試從機床設備本身、機床運行過程、設備磨損老化和系統編碼設置等四個方面對數控機床的加工誤差原因進行分析，并根據產生誤差原因提出針對性的改進措施，以進一步的為數控機床加工精度的提升提供參考建議。

關鍵詞：數控機床;加工精度;加工誤差;改進措施

0? 引言

隨著現代科學技術的快速發展，大量的自動化機械設備開始逐步出現，并日益影響到人們的生產生活。機械設備生產要求的精確性也越來越高，因此，數控機床在實際的機械加工過程中得到廣泛的應用。它通過系統編程把機械加工過程進行計算機語言處理，通過計算機數控技術控制機床自動化加工，以此來提供機械加工的工作效率和操作精度。但在實際的應用過程中，有多種因素影響到數控機床的加工運行，導致產品出現誤差，如何最大限度的降低加工誤差，提高加工精度，對現代化的數控機床加工來說，具有重要意義。

1? 數控機床加工誤差原因分析

在實際的數控機床加工過程中，產生誤差的原因很多，嚴格來說，對于數控加工來說，我們只能盡可能的降低誤差出現概率，縮小誤差的大小，而無法完全避免誤差出現。具體來說，產生誤差的原因主要有以下幾個方面。

1.1 機床設備本身產生的誤差

1.1.1 機床本身加工精度不同

數控機床也是由各種機械零件組裝而成，在設備生產和組裝過程中，會出現各種人為或無意識的誤差，這必然會影響的加工過程中的精度。同時，不同的機床設備本身對精度要求也不一樣，例如生產鋼珠的設備精度必然高于生產鋼筆的，如果用精度低的車床生產出的零配件應用于精度需求高的設備上，必然會導致機械出現不匹配或效率故障。

1.1.2 伺服系統誤差

在數控機床的實際加工操作過程中，伺服系統是推進車床運轉，并在車床加工提供充足的動力保證。伺服電機主要是為車床操作人員進行加工零配件的位置固定進行精準控制，一旦伺服系統出現誤差，則會導致加工零配件的定位精度出現誤差。

1.2 設備生產運行產生的誤差

數控機床也是屬于機械的一種，在機床運行過程中，必然由于設備的運行會產生各種振動或運作誤差。

1.2.1 傳動軸反轉誤差

數控機床運行過程中，當坐標軸進行移動和停止運行時，機床的驅動軸都會有一個加速和減速的過程，這個過程需要占用一定的時間，并且傳動軸在運行過程中會由于系統慣性和加工槽的停頓導致出現誤差。此外，傳動軸的軸承、齒輪和傳動絲桿之間都有反轉間隙，當傳動軸反轉時，這種間隙會導致電機空轉、驅動停止等情況發生，從而導致機床生產產生誤差。

1.2.2 電路不穩誤差

在數控機床運行過程中要保持不間斷的穩定電流。當實際加工過程中出現電壓或電流不穩定時，則機床的數控加工狀態也會起伏變化，甚至由于線纜接觸不良導致電路斷斷續續，都會產生嚴重的加工誤差。

1.2.3 車床刀具設置誤差

數控機床的加工主要是通過機床車刀進行削切操作，由于在操作過程中車刀存在刀尖圓弧和車刀主偏角。在進行操作削切過程中，必然會收到刀尖圓弧和車刀主偏角影響出現細微偏差，出現精度不準確現象，當這種偏差逐漸累積后，甚至會出現少切或多切的現象。

1.3 設備磨損老化產生的誤差

1.3.1 滾珠絲杠傳動誤差

在數控機床的操作傳動過程中，傳動鏈條上的滾珠絲杠由于長時間的運轉使用會持續過熱變形，加上傳承受支架從長期負載變形，會加大滾珠絲杠中的間距，長期累積后滾珠絲杠的準確程度會顯著下降，從而出現傳動誤差。

1.3.2 環境溫度誤差

在數控機床加工過程中，環境的影響因素至關重要，首先，由于振動、電磁、粉塵等這些因素，都會干擾到設備加工的精確程度;其次，機床的零部件大多是電子產品，對工作環境溫度的要求比較嚴格，當設備持續性工作時間過長時，就會導致設備溫度升高，如果沒有相應的降溫措施，就會影響到機床設備的正常運行;另外，進行加工的零部件材料本身在進行加工處理過程中，由于機床車刀和加工材料之間的剛性摩擦作用產生熱變形，這個時候，被加工配件、車刀、機床等部件都會由于環境溫度的變化而產生加工誤差。

1.3.3 刀具磨損誤差

數控機床在進行設備加工生產過程中必然會對機床的各種工具如連桿傳動軸、齒輪、球頭等造成不同程度的磨損損耗，其中損耗最大的是車刀。在連續工作情況下，車刀會在高溫作用下出現變形、磨損，并且刀尖的磨損最嚴重，在這種情況下，會出現嚴重的加工誤差。另外，在對磨損刀具換刀時，若不小心劃到車床的加工面，也同樣會影響到零配件的加工精度，若同一個零配件是由不同的車刀加工而成，那么磨損程度差別較大的兩個車刀對同一個零配件的加工也會存在誤差。

1.4 系統編碼設置不當產生的誤差

1.4.1 系統參數設置不當誤差

數控系統參數設置不當是引起加工誤差的主要原因。數控機床在進行操作之前，必須對數控參數進行精準校對和設置。首先要對需加工零配件的外形尺寸進行精確測量，并與機床的數控編譯基準點進行校對，并詳細的設置具體的加工控制參數。如果其中的某些具體參數設置不當，就會產生系統控制加工誤差。例如，當對編碼器波特率的參數進行設置時，若設置不當，就會使零配件的螺紋在后續的加工過程中虛線嚴重的螺紋誤差;再例如當進行Goo指令設置控制的過程中，若設置的控制參數過高，會導致電機的運轉速度過大，那么在停止過程中電機所用時也會變大，并且停運過程中也會產生更大的誤差。

1.4.2 脈沖編碼器數字化處理誤差

在數控車床運行過程中，脈沖編碼器會根據加工圖紙尺寸規格要求對步進電機下發脈沖指令，以控制主動軸和傳動軸進行精確加工。而根據加工零配件確定的脈沖當量值對車床的加工精度起決定性作用。但車床對零配件進行數字化轉化時，當尺寸轉化為脈沖當量時，只能進行整數的脈沖當量值轉換，這必然會導致數控機床的脈沖轉換誤差。

1.4.3 程序編制處理誤差

數控機床的加工處理過程實際上就是對加工零配件進行數字化編程處理的過程，而在這個過程中，首先需要的就是對數控機床的編程原點進行確認。這是進行數控加床加工的參考起點，所有的零配件的加工都要根據編程原點進行坐標的編譯，若編程原點的確認出現誤差，將會導致整個零配件的加工出現誤差。此外，在對零配件進行坐標編譯后，要與編程原點進行校準，并根據圖紙尺寸設置合理的公差，若公差設置不合理，也會導致加工出來的產品出現誤差。

2? 誤差改進措施

2.1 提高設備精度和性能

數控機床隨著技術發展和精度需求提升，其加工的精度也有了很大的提升，但在機械精度要求不斷提高的情況下，機床的精度和性能也需要持續性優化和提升。例如開發出高檔液壓全數字化數控機床，會顯著降低機床驅動過程中加速和減速慣性誤差。通過提升車床的承載能力和導軌精度，有效提高車床的振動扭曲，在保證車床穩定性的同時，減少車床重量。另外，對于車床的車刀也要進行標準化，力求在設備加工過程中保持車刀穩定性。

2.2 伺服系統誤差校正

伺服系統作為驅動各坐標組運動的重要動力來源，它可以根據不同的加工要求靈活設定加工軌跡，并且能達到0.1微米的精確加工精度，加上它在控制車刀加工速度范圍和調整傳動組扭矩方面具有相當的靈活性，因此為確保伺服系統的精準性，首先要陪伺服系統配備高質量、高性能的元器件，此外，對于伺服系統在加工圓弧和直線過程中的誤差影響，要靈活的選取伺服進給系統的開環、閉環及半閉環控制類型，通過開環增效來校正伺服系統的誤差。

2.3 誤差補償

在數控機床的加工過程中，誤差是不可避免的，但我們可以針對性的在加工之前設定好誤差的補償值，例如刀尖磨損誤差、圖紙測量誤差、脈沖轉換誤差等都可以通過數控機床的控制系統進行補償來降低和減少，從而提高機床的加工精度。在機床的誤差補償過程中，需要根據不同的設備類型和生產工藝進行誤差補償設置，并通過硬件提升和軟件設置相結合的方式進行誤差彌補，消除在實際的加工過程中會產生誤差的因素。強化前期的預防處理，提高車床的工作環境，優化軟件的編程方案，從而提高機床加工的質量和效率，確保零配件加工的精度。

2.4 加強保養、降低磨損

數控機床在使用過程中的磨損是不可避免的，但良好的操作規范和加工工藝可以顯著降低磨損，這就要求在實際加工過程中必須提高操作人員的職業素養，嚴格按照明確的工藝流程要求進行加工操作，并進行實時監督。對于設備根據規范嚴格進行定期保養、定期更換零配件。切實提高一線操作人員的責任感和技術熟練程度，降低因設備問題導致的誤差，提高零配件的加工精度。同時，根據數控機床的加工環境要求，高標準嚴要求的打造一個防塵、降溫、減震的環境條件。

3? 結束語

綜上所述，在數控機床的加工過程中，有很多可能會導致加工出現誤差的情況出現，我們在具體的使用過程當中，要根據具體的問題進行具體分析，對每個可能產生加工誤差的環節進行分析探究，找出出現誤差的根本原因，如是設備工藝、環境影響、系統設置還是機械傳動等，然后再據此采取更進一步的改進措施，例如選取更經久耐用的元器件、優化編程設計等提升數控加工的精度和質量，生產出更精準的零配件。

通過本文的綜合歸納分析，希望能促進數控機床的實際生產使用過程中誤差發生概率的降低，更進一步的發揮出數控機床在我國機械制造加工中的重大作用，從而促進我們經濟社會的進一步快速發展。

參考文獻：

[1]徐鳳亮，李多祥.數控機床生產加工誤差的原因及其改善措施[J].中國設備工程，2017（8）：64-65.

[2]呂志強.數控機床加工誤差原因及對策分析[J].機械工程師，2016（9）：109-110.

[3]陸斌.數控機床誤差檢測及其誤差補償技術[J].現代制造技術與裝備，2016（9）：102.

[4]李玉平.機械加工誤差的分析[J].新余高專學報，2005（4）.

[5]李侯強.經濟型數控機床加工中誤差來源分析及其對策[J].中國新技術新產品，2015，35（18）：173.

[6]趙新杰.數控機床加工效率的影響因素及提升措施探討[J]. 科技展望，2015（19）：66.

[7]張蕓.影響數控機床產品加工質量的因素及對策[J].機電技術，2015，2（1）：35-36.