數控機床加工精度的影響因素及優化策略

劉曉春

[摘 ? ?要]隨著現代化進程的進一步加快，我國經濟水平也得到了顯著增強，近年來我國機械制造行業也處于蓬勃發展中。現如今數控機床在機械制造領域的應用非常廣，其在機械制造中具備相當高的代表性，其顯著優勢在于精度高、效率高、穩定性強。就數控機床而言，其加工精度對于加工產品本身、應用范圍都直接關聯，所以必須對數控機床的工作流程、加工精度進行細致剖析，深究有影響的各類相關因素，研究數控機床的設計、程序編譯、加工工藝等關鍵要素，以提升數控機床的生產精度，并有針對性地提出改進方案，進而最大限度地提升數控機床加工的精度，推進我國機械制造業的快速發展。簡要論述了數控機床加工精度的影響因素，并有針對性地提出了相應的解決措施。

[關鍵詞]數控機床;加工精度;改進措施

[中圖分類號]TG659 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–03

[Abstract]With the further acceleration of the modernization process， the economic level of our country has also been significantly enhanced. Specifically， in recent years， the machinery manufacturing industry of our country is also in a vigorous development. Nowadays， CNC machine tools are widely used in the field of mechanical manufacturing， and their representativeness in mechanical manufacturing lies in their high precision， high efficiency and strong stability. As far as NC machine tool is concerned， its machining precision is directly related to the machining product itself and its application range， so it is necessary to analyze the working flow and machining precision of NC machine tool carefully， to study all kinds of related factors， to study the key elements of design， program compilation and machining technology of NC machine tool， so as to improve the production precision of NC machine tool， and to put forward the improvement scheme in order to maximize the precision of NC machine tool processing and promote the rapid development of China's machinery manufacturing industry. This paper briefly discusses the influencing factors of machining accuracy of NC machine tools， and puts forward the corresponding solutions.

[Keywords]NC machine tool; machining precision; improvement measure

就我國當前的發展趨勢而言，我國機械制造業正邁向專業化、工業化，我國數控機床加工行業也正邁向高精度、高效率、高穩定性、高集成度，同時這些因素也正是數控機床加工整個過程中的關鍵水平指標。對于數控機床性能的高低評判，最關鍵的要素莫過于其具體的零件加工精度。在實際操作情況下，與數控機床加工精度直接相關的要素有許多，因此必須做到以實踐為基礎，具體問題具體分析，同時針對相應問題尋找針對性強、效率高的解決措施，以此提升數控機床的實際加工精度，進而整體提升加工產品的實際質量，這對于推進企業的可持續發展，推進我國機械制造業的快速發展具備現實意義。

1 數控機床的概況

就我國當下的機械制造領域而言，在數控機床方面的應用非常廣泛，一般情況下數控機床加工都應用于一些異形、復雜零件的實際加工，對于大多機械而言，數控機床都能夠滿足相關零件的加工效率、加工精度，同時數控機床的工作穩定性較強，加工速度較快，但數控機床的缺陷在于其設備本身的成本相對較高，設備的復雜程度較大，必須經過培訓后才能實際操作上崗。

1.1 數控機床的整體結構

數控機床由機床的基礎構件、驅動系統、主傳動系統、加工輔助裝置、刀架（或自動換刀裝置ATC）以及自動交換工作臺（APC）、檢測反饋裝置、數控編程裝置等構成。基礎構件包括床身、立柱、底座、橫梁以及工作臺，其是數控機床的整體框架組成;驅動系統是數控機床的動力源，其作用為將傳動的工作動力供給到數控機床;主傳動系統是數控機床的加工機械結構，其作用為加工切削工件;加工輔助裝置為數控機床加工提供一些輔助功能以協助切削加工，如液壓、冷卻、防護、排廢料等;刀架（或自動換刀裝置ATC）以及自動交換工作臺（APC）也是提供精確加工的組件，檢測反饋裝置的作用體現在監控，確保刀具未破損，確保工件精度符合實際需求;數控編程裝置是數控機床的人工智能控制裝置，其作用為利用預先設計的數控編程，控制數控機床按照機械需求走刀，實現工件的自動加工和處理。

1.2 數控機床的種類

數控機床的種類繁多，按照具體操作的伺服控制系統原理，可將數控機床劃分為點位控制、開環控制、半閉環控制、閉環控制、直線控制、輪廓控制;按工藝用途可將數控機床分為：數控車床、數控銑床、數控電火花加工機床、數控線切割機床、數控沖床等。隨著時下我國科學技術的進一步發展，機械加工技術也隨之不斷提升，現如今已經被設計、開發得到的數控機床已經能夠在很大程度上滿足我國工業應用的實際需求，但是對于性能要求較高的零件，相應的數控機床也需要具體設計，以便能夠得到可以滿足相應精度的零件，實現其針對性加工需求。

1.3 數控機床的具體特點

數控機床較傳統機床的顯著優勢體現在其加工精度非常高、剛性大、穩定性強，能夠滿足大多數工廠加工的需求;同時期可根據所加工工件的具體需求進行XYZ三坐標的聯動，進而實現對于異形、復雜工件的加工，滿足多種工件需求;除此之外，數控機床加工的優勢體現在其可靠、穩定，能夠實現自動化生產，同時加工的質量也非常高。對相應的工件信息進行標準代碼處理，能夠極大地提升工業生產效率以及工業制造水平;時下，數控機床正進入高速加工時代，數控機床憑借其關鍵組件操作臺的快速移動、定位以及ATC、APC的高速切削加工，大幅提高了工業零件加工生產效率;不僅如此，數控機床對加工工件的適應性非常強，能夠適應大多數模具產品單件的實際應用生產，柔性非常大，能夠廣泛應用于加工零件更替頻繁的情況，能夠滿足單一生產、小批量生產以及新研究產品的適量開發。但數控機床的缺陷體現在其設備本身的系統就已經足夠復雜，售后維護的難度很難實現，因此在進行售后工作時，必須聘請專業技術職員上門維護，因此其投資成本較大，同時在進行上崗培訓時，對相應操作職員的培訓也是必不可少的，相應的技術成本很高。

1.4 數控機床的工作流程

在進行數控機床加工時，必須提前考慮好要加工怎樣的工件，加工的走刀流程、加工的工件精度等，同時運用相應的數控編程提前設定工作臺的走刀、換刀順序，待一切準備就緒后則可進行工件加工的試運行。通過數控化編程，可大幅削弱人工動手操作的誤差，同時也能夠按照預定的自動化程序提升工作效率。一般來說，數控機床都必須先對加工零件的走刀流程進行整體編譯，通過NC裝置，輸入編程程序，再通過伺服系統驅動各機床組件，實現數控機床的自動化加工。

2 數控機床加工精度的影響因素

2.1 數控機床自身精度

歷經多年的發展及實際工廠應用實踐，時下我國國內數控機床的制造水平已然達到了相當高的水平。就其實際客觀運用而言，由于數控機床本身裝置的復雜性，其具備一套專屬的操作規范與執行標準。但由于不同數控機床的種類不同，相應的精度也大相徑庭;哪怕是能夠滿足精度需求的數控機床，經歷長期的工業生產實際應用，由于機床磨損、老化等原因，依舊會導致數控機床的精度受到一定程度的影響。所以在具體應用數控機床進行工業生產加工時，應依據其固有的操作流程，完全依據操作手冊都工件進行批次生產，同時也必須對數控機床設備進行定期維護，以確保能夠生產符合工業生產需求的工件。

2.2 控制系統無法完全精確

由于控制系統本身就是不同組件結合構成的，因此在計算數控機床整體的傳遞函數時，哪怕各組件本身能夠滿足誤差限，依舊會產生組件之間的累積誤差。同時由于數控機床的長期使用，其整體控制系統的靈敏度會逐漸變差，隨之而來的零點飄移等現象也會導致整體精度的降低。因此在具體應用控制系統時，必須要將其穩定性與準確性進行兼備。

2.3 測量組件的測量偏移

數控機床在通過測量組件進行實際測量時，有時候會出現由于安裝測量裝置的傾斜、變形以及測量基準的不標準，具體包括工作臺運動誤差、走刀、換刀位置誤差、結構組件誤差、內部組件移動的垂直誤差等，上述諸多誤差大都隸屬于阿貝爾誤差，因此必須注意安裝測量尺的位置，同時也必須注意一級測量線路，確保工件與刀具、基準線能夠處在同一直線上。

2.4 數控編程的加工誤差

在事先對于數控機床進行數控語言編程時，很容易由于留出工件余量過大或者不足導致設計圖紙與加工零部尺寸精度無法完全匹配。這就是數控機床數控編程的加工精度誤差。因此在進行實際生產加工時，必須完全按照所需工件的整體外形尺寸、形狀設定相應的加工參數、走刀順序，確保工件的整體精度能夠滿足所需要求。

2.5 實際加工的環境影響

數控機床在進行實際工件加工時，由于加工本身就是切削，難免會產生火花、局部高溫等現象。如果所加工工件的局部溫度出現升溫過快的現象，在工件切削時就很容易導致工件局部變形，情況嚴重甚至會出現廢料件，情況不嚴重也會導致加工精度受到波及。除此之外，在進行實際加工時，機床周遭如果存在長期的電壓波動、電磁波干擾或者加工濕潤和粉塵等環境，都會在一定程度上影響數控機床的加工精度，該類型的影響也不容忽視。

2.6 操作臺的對刀具位置不準確

在通過數控機床進行工業化生產加工時，對數控機床進行數控語言編程并明確工件途徑、加工方式后，就要通過精確計算得到刀具的具體XYZ坐標位置，其中須尤其關注諸多圓弧過渡點，相應的計算過程都不允許出現絲毫差池，以規避由于計算問題導致的工件精度不足問題，杜絕潛在安全隱患的發生。因此工廠在進行數控機床加工時，必須反復校對刀具的實際位置坐標點，以保證數控機床的實際加工精度。

3 數控機床加工精度的優化策略

3.1 提升加工精度刀具軸承的質量

現如今提升數控機床加工精度的實際措施大都是著手于數控機床的軸承轉動以及刀具切削路線，對于數控機床而言，此二者的影響都非常大。所以在工廠自動化加工前，必須經反復篩選對比得到質量高、適用型強的加工刀具，同時充分考慮實際加工工件的材質，綜合篩選刀具以及最佳走刀路線。在進行工件加工時，必須充分考慮工件加工的切削精度、深度以及粗糙度等實際需求，按照工件的實際需求，確保能夠隨時換刀。在進行切削加工時，所加工的工件必須要靠近轉動穩定、摩擦阻力小的光滑軸承。具體而言，如數控機床采用的是傳統皮帶傳動式主軸，可有針對性地通過靜壓電主軸進行更替，就能夠在很大程度上提升數控機床的實際加工精度、加工質量。除此之外還需充分考慮軸承的適用性，通過走刀路線的合理規劃，在確保工件精度足夠的情況下最大限度地保證刀具能夠多次使用，通過提升加工精度刀具軸承的質量來保證數控機床加工精度。

3.2 提升實際加工操作技藝

在通過數控機床對工件進行精度加工時，從源頭提升實際加工操作技藝，就能夠直觀地影響工件的實際精度，以此提升工件品質。因此必須要重視工藝技術的提升，通過一線工作職員的長期工作積累工作經驗，同時按照實際工件質量的缺陷，有針對性地提升加工工藝及改善加工策略，具體問題具體分析，按照不同材質、類型的工件，通過工藝升級和創新采用恰當的工藝技術及實際策略對不同種類的操作工件進行實際加工。在此過程中必須充分意識到加工工件的精度、尺寸匹配，相應的技術工藝也要做到適配。

3.3 確保操作規范流程

在通過數控機床進行工件加工時，必須規范實際操作的加工工藝，完全按照數控機床的使用手冊，依據流程進行數控化加工。在職工上崗前必須進行上崗培訓，培養職工素質，提升職工紀律性，以此徹底杜絕不良的工作習慣。此外，如果操作職員違規操作，必須在第一時間制止。同時不能為了提升效率，縮短工期，私自更改數控加工的切削轉速、深度等，這都會在很大程度上埋下工件產品質量不過關的隱患。

3.4 定期維護保養機床

由于數控機床設備本身的復雜性，其工作強度很大，疲勞強度有限，長期工作勢必會在一定程度上縮短機床的壽命。實際情況下，數控機床的部分專用零部件本身的應用頻率很大，若數控機床長期工作，相應部位的摩損程度也會愈發嚴重，長年累月就會波及數控機床設備的實際加工精度。所以須定期對數控機床設備進行保養、檢修、維護，要細致觀察其定位精度是否符合阿貝爾原則，控制精度能否整體符合最大誤差限，除此之外還有刀具的磨損程度、切削系統的靈敏度等，都須在維護過程中確保其使用狀況能夠符合實際工件需求，以確保實際數控機床能夠符合工件加工精度標準。

定期保養不僅包括定期評測與數控機床的加工精度有直接關系的測量、控制系統、工作臺等，還要定期評測機床液壓、側滑單元是否符合工作標準，必須嚴令禁止控制系統故障、跑冒、滴漏等現象的發生，以提升數控機床工件整體的潤滑性能，減輕工件磨損程度。

3.5 數控機床保養措施

在對數控機床進行保養時，設備操作人員須著重提升對于精度的關注。在維護導軌精度時，應盡可能應用環保氧化型導軌涂層，以此提升數控機床的耐磨水平。因為在數控機床進行加工生產時，其所應用的導軌拓印是決定加工精度的關鍵，其能夠確保加工的精度、穩定性、準確性，同時還能夠通過完善，對相應工件的生產加工步驟實現實際優化，大幅縮短了工件的實際生產周期，提升了生產效率。

3.6 把控數控機床的初始誤差

把控數控機床的初始誤差就是對于數控機床產生誤差的各個誤差源頭進行細致剖析，然后再根據各部件布局，深度剖析出現誤差的根本原因，并有針對性地制定最佳應對策略。可以通過對于幾何精度、運轉速度、角度、位置的控制來盡可能縮減工件制造過程中的幾何、走刀、粗糙度、位置誤差，在保證工件質量的前提下盡可能提升系統的整體精度。就數控機床的具體運作而言，可適當應用水冷、風冷、自然冷卻等方式來盡可能縮減加工過程的局部熱變形，以規避由于溫度過高而造成的加工精度偏差。不僅如此，還需充分考慮刀具的篩選，明確最佳的刀具材質，盡可能規避由于刀具變形、斷裂等原因導致的加工精度、加工質量問題。在篩選應用具體夾具時，還要充分考慮工件的胚料形狀、規模、膨脹系數等要素，以規避實際加工的位置誤差。

3.7 應用實時反饋監控技術

隨著我國數控機床加工技藝的進一步完善與發展，實時反饋監控技術也漸漸應用于數控機床的實際加工，時下我國的數控機床監控技術已經取得了較大的成果，效果顯著，應用廣泛。實時反饋監控技術就是對數控機床的加工流程實現全程、即時的監控，就可以在第一時間發現數控加工時發生的誤差偏移數據，以便根據誤差偏移量進行恰當的調整，優化實際走刀的工作流程，通過對該過程的熟悉還可以較為清楚地把控整個工件的生產需求、待完善組件結構，在計算機自動收集加工時發生誤差數據的同時，其也能夠對出現該類誤差的具體原因進行整理剖析，而后便可以通過數據傳輸，將各類誤差數據內容反饋至人工控制界面，操作人員便可以依據實際誤差數據的狀態，有針對性地采取誤差補償。在進行誤差補償時，須刻意回避一些由于環境的溫度、濕度或電壓波動等外界因素導致的加工精度誤差波動。

4 結語

數控機床在機械工件的生產加工中發揮著至關重要的作用，對于數控機床的加工精度進行細致研究非常有必要。在進行數控機床加工時，由于數控機床自身精度、控制系統無法完全精確、測量組件的測量偏移、數控編程的加工誤差、實際加工的環境影響、操作臺的對刀具位置不準確等原因，都會在一定程度上影響數控機床的整體加工精度，嚴重情況下還會導致工件的質量問題，因此必須高度重視相關影響因素，并有針對性地采取解決措施，通過提升加工精度刀具軸承的質量，提升實際加工操作技藝，確保操作規范流程，定期維護保養機床，把控數控機床的初始誤差、應用實時反饋監控技術，從而整體提升數控機床的加工精度，確保工件精度、質量，推進我國數控機床技藝的高質量發展。

參考文獻

[1] 李建.影響數控機床加工精度因素及改進關鍵問題探討[J].中國設備工程，2018（20）：46-47.

[2] 張淑梅.影響經濟型數控機床加工精度的因素和對策[J].內燃機與配件，2015（3）：155-168.

[3] 張濤.淺談零件機械加工工藝對加工精度的影響因素[J].內燃機與配件，2018（20）：140-141.

[4] 鄧天凱.關于機械零件加工精度的影響因素及應對策略探討[J].科技風，2015（11）：88.