數控機床加工誤差原因分析及改進措施

李　航

數控機床加工誤差原因分析及改進措施

李航

(中國船舶集團有限公司第七二六研究所，上海 閔行 201108)

近年來，隨著科學技術的發展，數控機床的應用范圍逐漸擴大，對數控機床的加工精準度要求也越來越高。數控機床得到快速推廣和普遍應用，在一定程度上增加了機床加工出現誤差的幾率。通過研究數控機床的加工工藝，分析了導致數控機床加工誤差的原因并提出了改進措施，以有效降低加工誤差，提高數控機床加工的精度。

數控機床；加工誤差；誤差原因分析；改進措施

近年來，隨著經濟的迅速發展，我國已步入信息技術時代，自動化機械設備數量日益增多，對工業發展和人們日常生活的影響程度不斷提升。數控機床是數字控制下機床的簡稱，是一種帶有程序控制系統的自動化機床，能夠有效地解決和處理復雜、精密、多樣化、小批量零部件的加工，代表著現代機床控制技術的發展趨勢和方向，屬于典型的機電一體化產品。在實際加工過程中，數控機床受諸多因素的影響，會出現加工誤差，影響其工作質量，導致其加工的產品出現誤差，影響生產企業的經濟效益和未來的發展。

1　數控機床加工誤差出現的原因

1.1　機床設備自身的誤差

伺服系統是數控機床的重要組成部分，把接受到的指令信息處理后轉換成機床執行部件的運動。由于伺服系統是數控機床運行的最后環節，其性能直接影響著加工的精度和速度，運轉時也蘊藏著一定的誤差風險。一方面，影響其產生誤差的原因是由于數控機床自身加工不精準。數控機床的組成零件豐富，一般零件的組裝均是由人工操作完成，操作期間如果工作人員不規范或者存在無意識的操作都會造成加工誤差，此外，不同機床設備對精度得要求各不相同，如果出現零件錯裝的情況，加工誤差必然會出現，例如，鋼珠生產的精度要求高于鋼筆生產的精度，若將鋼珠機床零件與鋼筆機床零件混裝，勢必會出現加工誤差。另一方面，在機床加工過程中，車床的運轉需要伺服系統的推動，伺服系統是車床加工的動力源泉，伺服電機的功能是精準控制機械零件的加工位置，方便車床技術人員進行零件加工與技術操作，如果機床設備自身存在誤差也會影響伺服系統。

1.2　設備運行產生的誤差

①傳統軸反轉誤差。數控機床在運轉的過程中，坐標軸移動或靜止都會使機床驅動軸經過加速或者是減速的流程，在此過程中受設備運行的慣性作用以及驅動加、減速度的影響，容易產生加工誤差。同時，傳動軸的各零部件間存在一定間隙，容易出現驅動停止的問題，進而造成機床加工誤差[1]。②數控機床的運轉需要持續、穩定的電流，在加工過程如果出現電流中斷或者不穩定，會導致機床加工時的電流起伏變化，不利于機床加工的平穩性和持續性，容易產生加工誤差。③數控機床的車刀刀尖如果出現偏角以及圓弧的現象，會導致機床的削切操作缺乏精準性，容易產生加工誤差。

1.3　設備磨損老化產生的誤差

①滾珠絲杠傳動誤差。機床在運轉的過程中，滾珠絲因長時間工作產生大量的熱，會致使滾珠絲發生變形，隨著作業時間增加會導致滾珠絲的精準性降低，進而產生傳動誤差。②環境溫度誤差。受諸多如振動、粉塵等因素的干擾，設備的精準度會有所下降。設備工作時間過長時溫度會逐步升高，如若缺少降溫措施或者是降溫處理不及時，會對設備的正常運轉造成不良影響，致使誤差出現[2]。③刀具磨損誤差。數控機床加工的零件不同，所選擇的刀具也會不同。車刀是各刀具中損耗最明顯的工具，高溫作業下車刀會出現磨損與變形的現象，進而影響加工質量。

1.4　系統編碼設置產生的誤差

①系統參數設置誤差。數控參數的精準校對是減少參數誤差的有效方式，技術人需要測量零件的外輪廓尺寸，依據零件尺寸校對數控編程參數值，有利于提高相關參數值設置的精準度。如若校正期間有一組參數值不符合零件的尺寸標準，則加工過程中便會出現誤差。②脈沖編碼器數字化處理誤差。車床運轉時，脈沖編碼器會按要求發送脈號指令，以此精準控制傳動軸的加工流程。在數字化背景下，零件的精準尺寸會轉化為整數形式的脈沖當量，產生小數點誤差。③程序編輯處理誤差。程序編輯應先確定原點位置并完成坐標編譯，若原點位置的確定出現偏差，則勢必會產生加工誤差。

2　數控機床加工誤差的改進措施

2.1　提升設備性能與精度

數字化生產時代要求數控機床的加工技術必須及時進行優化與升級，提高機床加工的精準性。隨著經濟和機械制造產業的發展，對機床精準度的要求也在不斷提升，數控機床的性能逐漸獲得完善。例如，近年開發出的高檔液壓全數字化數控機床就引用了先進的數字化技術，能夠有效減少驅動運轉中由于加速或者是減速而產生的誤差，除此之外，該機床設備的車床設計有所改善，其承載力增加，導軌精度更加精確，減小了車床的自重力，使得車床的振動扭曲效率提升，有利于為車床運轉的穩定性提供保障，同時，車床的車刀設計更加標準化，可確保加工始終穩定[3]。

2.2　矯正伺服系統誤差

伺服系統是驅動各坐標組運轉的動力源，不同的數控機床，伺服系統會設置不同的加工軌跡，以確保數控機床加工的靈活性，進而實現加工精度符合0.1微米的標準[4]。伺服系統對車刀加工速度以及范圍具有一定的控制作用，對傳動組扭矩具有靈活調整的功能，因此，矯正伺服系統誤差，有利于提升數控機床的加工精度。矯正伺服系統需要優化與升伺服級系統的元器件，淘汰老化的元器件，重新配置高性能和高質量的元器件。由于伺服系統同時還具有加工圓弧的功能，而圓弧的加工工藝比較復雜，需要加工人員依據實際加工狀況合理選擇伺服系統的控制類型，減少加工誤差。

2.3　誤差補償

在實際加工過程中要避免數控機床的加工誤差，除了盡可能的降低誤差出現的幾率外，還可以通過誤差補償的方式減少加工誤差。誤差補償法即依據誤差值提前設置好相近的補償值，以此縮小誤差范圍，實現誤差的有效控制，數控機床加工中的車刀刀尖磨損誤差、脈沖轉換誤差等都可以使用補償值的方式。誤差補償法能夠最大限度減少誤差值，實現數控機床加工的精準校對[5]。數控機床的設備類型不同，其誤差補償值也應不同，依據設備實際的加工工藝預算誤差值，并設置相應的補償值，有利于減少實際加工過程中產生的不良影響因素。優化機床加工環境及編程方案，也有利于誤差補償值的精準設置。

2.4　加強機床設備保養

數控機床作業時間長、使用頻率高，難免會出現設備老化與磨損的問題，規范使用機床設備并注重日常機床設備的保養工作，有利于降低設備的磨損程度，延長設備的使用年限，保證設備的加工精度。加強機床設備的檢修與養護，需要相關人員具有較高的職業素養和設備養護專業知識技能，能夠嚴格遵照機床的養護流程完成設備的日常護理工作，定期檢測設備的運轉情況，做好實時監督加工的管控工作[6]。尤其是加工操作的一線工作人員，必須持證上崗，具有一定的責任感與工作熱情，對機床設備操作嫻熟，有利于減少因人為操作產生的加工誤差。

3　結語

在數控機床的加工過程中，產生誤差的原因有很多，例如機床設備自身設置問題、機床設備運行問題、機床設備老化問題以及系統編碼設置有誤等，機床加工的每一環節都存在誤差風險，需要相關技術人員認真、負責任地對待數控機床的加工工作，熟知并熟練掌握加工工藝，依據具體問題具體分析的原則，采取提升設備性能、實施誤差補償以及注重機床設備保養等措施避免加工誤差的發生，保證數控機床的加工精度和質量。

[1] 高帆.數控機床加工誤差原因分析及改進措施[J].內燃機與配件,2020(16):89-90.

[2] 牛亞軍.數控機床加工過程綜合誤差分析[J].現代農機,2020(5):58-59.

[3] 王曹宇.機械加工誤差分析與工藝改進[J].南方農機, 2017,48(2):40.

[4] 黃洛.數控機床加工精度在線測量與誤差實時補償技術研究[D].重慶:重慶大學,2017.

[5] 王桂龍.數控機床加工精度的影響因素及改善措施[J].農機使用與維修,2018(9):10-11.

[6] 馬麗,賈大明.收割機復雜零件多軸數控機床加工誤差控制優化仿真[J].農機化研究,2021,43(10):37-41.

Analysis on the causes of machining errors in CNC machine tools and improvement measures

LI Hang

(The 726th Research Institute of China State Shipbuilding Corporation, Minhang District, Shanghai 201108, China)

In recent years, the development of science and technology has gradually expanded the application range of CNC machine tools, and the processing accuracy requirements of CNC machine tools have become higher and higher. The rapid promotion and widespread application of CNC machine tools have increased the probability of errors in machine tool processing to a certain extent. The machining technology of CNC machine tools is further studied, the reasons for the machining errors of CNC machine tools are analyzed, and improvement measures are proposed to effectively reduce the machining errors and improve the machining accuracy of CNC machine tools.

CNC machine tool; machining error; error cause analysis; improvement measures

TG659

A

2096–8736(2021)06–0023–03

李航，男，江西吉安人，大學本科，高級技師，機械加工工藝師，主要研究方向為機械、數控加工。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍