機械數控加工精度的影響因素分析及提升策略探討

黃健強

數控機床在現代機械制造業中有極其廣泛地應用，并且數控加工也朝著高效率、智能化、精確化的角度發展。對于數控加工而言，加工精度是最為關鍵的指標，也是衡量數控加工水平的重要因素，在實踐生產中數控加工精度會直接影響到產品的加工質量，特別是在高精密制造領域中，對數控加工的精度要求更是極高，所以提高數控加工精度具有十分重要的意義。為了全面促進數控加工精度提升，就需要充分把握影響數控加工精度的因素，在此基礎上制定科學的調整策略，優化數控加工技術，最大限度減少數控加工誤差。

1 數控加工的概述

隨著現代科技的快速發展，現代制造業較之過去有了翻天覆地的變化。在過去機械制造業主要是依靠人工生產，在此過程中面臨的最大問題就是產品加工精度比較低。而現代機械制造大多是通過數控機床實現數控加工，其具有加工效率高、加工強度大、加工速度快等諸多特點，可以在很大程度上促進機械制造產量、質量的提升。數控機床是開展數控加工的主要載體，根據其控制系統原理，可以將數控機床分成普通數控機床、點位數控機床、其他類型數控機床等幾種情況，隨著現代機械制造需求的不斷提升，數控機床加工技術也在不斷的更新。與傳統的機械加工機床相比較，數控機床最大的特征在于人工操作影響度相對比較低，整個加工工藝都是通過提前編程進行控制的，同時數控機床的加工效率快、加工穩定、精度也比較高，相對應的對加工人員本身的技術水平、職業能力也有較高的要求。

2 數控加工的基本原理及特點

2.1 數控加工的基本原理

數控加工主要是根據事先編制的工作程序，利用數控機床對被加工零件實現自動化加工的過程。在數控加工中，編制程序涉及到工藝參數、刀具運行軌跡、角度變化量、零件加工路線、位移數值、切削參數、其他輔助功能等。在編程過程中，會根據數控機床設定的指令代碼、程序格式實現加工程序編制，同時加工程序中的內容會存儲在相應的控制系統中，通過控制系統輸入數控機床數控裝置，實現對零件的自動化加工。為了滿足圓弧、直線圓柱、蝸桿、各種螺紋等復雜零件的加工需求，在數控機床上還會配備動力刀塔、多工位刀塔。

數控加工的最大優勢在于在整個加工過程中，不需要人為地對機械運行情況進行干涉，也不需要控制空間距離，數控機床能根據既定變成實現智能化、自動化加工。數控加工精度主要是通過數控機床對零件進行加工后，產品的實際尺寸參數與圖紙參數要求之間的契合程度。加工精度涉及到了形狀精度、尺寸精度、相互關系、位置精度等四個方面，在加工過程中，加工零件本身的幾何參數和理想幾何參數之間產生的偏離數值被稱作是數控加工誤差。

2.2 數控加工的特點

數控加工最大的特點在于以下幾個方面：

（1）加工質量高、精度高。數控加工主要是利用數控機床，在預先編制的程序下，按照既定流程實現加工順序、加工參數控制，整個過程都是機械化控制，人為干預比較少，能降低人工操作對加工質量、加工精度的影響，減少了人為因素引起的加工誤差，促進了加工精度的提升，同時也保證了加工質量。同時在機械加工中，加工誤差的表現具有明顯的規律性，工作人員可以根據產品加工情況，及時找到加工誤差原因，并采取有效的方式來調控，減少產品瑕疵出現，降低了加工過程中的原材料、能源損失。數控加工保證了零件的加工水平，減少了對生產過程對自然資源及能量的損害，有助于機械制造業的可持續發展。

（2）多坐標聯動，實現復雜零件加工。在數控加工過程中，一般會采取多坐標聯動加工方式，這對于復雜零件的加工是很有利的。開展零件加工時，通過數控加工技術，按照預定程序實現徑向、垂直、緯向、傾斜、弧度等多角度加工，有助于復雜零件加工效率的提升，促進了機械加工技術的現代化發展。

（3）加工效率快，加工時間短。數控加工主要是通過數控機床實現機械化、自動化、智能化加工，改變了過去人工加工存在的時間長、操作主觀性強的情況，縮短了產品加工實踐，促進了產品加工產量的提升。在數控加工中，即便是面對不同的生產零件，只需要提前改好加工程序即可，能有效縮短生產準備時間，促進了生產工作效率的提高，降低了生產勞動成本。此外，數控加工具有很強的自動化水平，能降低工作人員的工作量，有助于工作人員保持良好工作狀態。

（4）對工作人員綜合素質要求比較高。數控加工本身具有很大的科技含量，對操作人員的綜合素質有極高要求，工作人員必須具有良好的專業水平，能滿足數控機床編程、操作等基本要求。同時在數控加工過程，如果數控機床出現了故障，工作人員還應該具備一定的維修專業知識，可以簡單地處理一些數控機床故障。

3 影響數控加工精度的因素

數控加工精度會直接影響到產品生產加工質量，所以在實踐中必須做好數控加工精度控制工作。在數控加工過程中，影響加工精度的因素有很多，這些因素既有人為上的主觀因素，如數控機床編程設定錯誤，也有客觀上的因素，如數控機床本身質量不合格、刀具磨損嚴重等。具體來說，影響數控加工精度的因素主要包括。

3.1 數據處理問題

開展數控加工時，需要嚴格的按照編定程序來設計數控機床，這就需要確保編程數據本身的準確性。如果在設定數控機床編程數據時出現誤差，那么加工出來的產品必然會出現精度不良、產品質量比較差的情況。就目前而言，我國數控機床在設計、生產質量上與國外發達國家相比較，還相對比較落后，所以在實踐中如何提高數控機床本身的質量是一個十分關鍵的話題。

隨著現代制造業的快速發展，我國在數控機床應用上已經有了比較豐富的經驗，關于數控機床的維護也獲得了不錯的成效，數控機床在應用中的相關規范也得到了良好推廣，在一定程度上促進了數控機床質量提升。但是數控機床本身在長期時間生產、運作過程中，會出現一些故障，從而導致產品加工精度降低，影響到產品質量。

3.2 刀具參數問題

在數控加工過程中，車刀工件是很重要的設備之一，其本身的穩定性將會對整個數控加工質量帶來影響。在實踐中，開展車刀切削工作時，經常會由于刀尖應用不穩定、主偏角等因素，出現車削外圓加工誤差的情況，如果工作人員沒有及時留意到誤差，隨著加工的深入，刀尖偏角會不斷下移，造成誤差越來越大，甚至會出現刀尖半徑不符合加工標準的情況。同時車刀刀尖及工件中心高度也會發生改變，進而影響到整個加工流程的穩定進行，削弱了產品加工質量。利用數控加工技術開展機械產品加工時，切削、銑磨等都需要借助刀具來完成，如果刀具存在問題，那么產品加工精度也會隨之受到影響。所以在實際生產中，必須結合產品本身的特性，對刀具軸線出現的偏差開展細致分析，及時修正刀具偏差，確保數控機床的穩定運作。

3.3 加工誤差問題

在數控機床中，機床加工系統主要有子部件、多個子系統組成而成，是零件加工的直接實施部位，各個部件的運行情況都會對整個加工系統帶來影響。在進行數控加工時，系統各個部件由于安裝、運轉等因素會出現系統誤差，這就會降低產品加工質量。一般情況下，數控機床的零件都對表面、弧度、形狀等誤差有一定要求，在加工中受各部件摩擦力、回轉軸、傳動件等因素影響，會出現零件生產外觀、尺寸、相對關系等方面的精度誤差，從而降低了加工精度。如在數控機床加工期間加工軸的擺動角度有所偏差，這就會引起零件的外形出現變形，精確度有所降低，甚至會造成加工零件批量報廢的情況，不僅造成了原材料、能源的大量浪費，還會影響到企業的生產效益，嚴重地影響到企業健康發展。此外，數控機床在長時間使用過程中，還會在外力因素影響下，出現機床的加工系統變松、彈性改變、位移等情況，從而降低了數控機床的生產精度、生產效率。甚至在外力因素影響下，數控機床不僅會出現加工精度降低的現象，還有可能出現機床損壞的現象。

3.4 伺服系統驅動要素

伺服系統驅動也會對數控加工精確度帶來影響。在數控加工中，伺服系統會通過驅動車床的各個裝置，實現對原材料的加工，其操作過程是通過數控車床定位滾珠絲杠驅動、控制伺服電機，促使數控機床有效運作。當滾珠絲杠出現傳動誤差的情況后，就會引起加工精度不足的情況。同時數控車床傳動設備還會在外力因素贏下，產生變形、彎曲的情況，進而對整個數控車床的加工精確度帶來影響。

4 提升數控加工精度的策略

4.1 優化數據處理

利用數控機床開展產品加工時，必須結合產品加工要求，設計合理的數據處理程序，確保編程數據的準確性，以此保證產品加工規范性。在實踐加工過程中，工作人員必須在正式進行加工之前，對數控機床的相關數據設定進行認真檢查，分析編程內容、數據標準是否符合規范。在加工過程中，需要充分把握不同數據間的誤差，制定相應的預設方案，定期對數控機床運作情況進行巡視，發現問題后及時輸出正確補償數據，減少誤差積累，促進產品加工精確度的提升。

相較于傳統機械加工，數控機床本身在零件加工誤差、精確度控制上具有一定優勢，但是數控加工用到的數控機床自身復雜程度、技術難度也相對比較高。所以在實踐中為了減少數控加工誤差，提升數控加工精確度還需要全面提高數控機床本身的精確度，保障數控機床的生產質量。在平常運作中，需要注重對數控機床關鍵部件、關鍵位置進行維護檢修，減少其故障發生率。

數控機床在運作過程中，外界環境因素也有影響到其運作穩定性，進而對加工精度帶來影響。為了有效提升數控加工精確度，降低加工誤差，同時也減少外界環境對數控機床本身的影響，保證數控機床的高效運作，在實踐中還應該在數控機床生產中構建良好的加工運行環境。例如工作人員需要定期對數控機床展開清潔、維護、潤滑，降低產品加工中摩擦力對加工部件受力造成的影響，改善受力變形狀況。為了防范數控機床構件出現物化情況，還應該將數控機床設置在無陽光直射、清潔干燥、通風、散熱方便的環境下，同時還需要做好數控機床銹蝕防范工作。

此外，數控機床在運作期間，工作人員還可以利用環保氧化型導軌涂層修復數控機床導軌精確度，提升數控機床的耐磨性。在數控機床生產產品過程中，機床本身的導軌拓印是很關鍵的環節，其會直接影響到加工精確度，并且還起著優化加工步驟，提高加工效率的作用。工作人員可以通過鑄鐵式導軌方法，實現對高精度產品加工，在運作期間要保障數控機床潤滑可靠性，減少產品生產摩擦引起的誤差。

4.2 合理選擇車刀

開展數控加工時，車刀是對零件進行切削的主要構件，在實踐中工作人員必須交結合具體的生產要求，選擇適宜的車刀，切實提高數控加工精確度。同時相關工作人員要特別注意，在車刀應用過程中，必須堅持規范化、標準化的原則，要確保選用的車刀與零件加工相匹配。在數控加工過程中可以借鑒國外的先進成功經驗，采取自動換刀設置，代替傳統的人工換刀方式，這樣可以在很大程度保證數控加工車削的現代化發展。在此過程中要注意刀具庫與換刀裝置的良好結合，刀具庫的刀具材質、性能需要保持多樣化，在零件加工時，如果需要切換刀具，就可以利用自動化系統完成刀具改變。此外，還需要在實踐中關注刀具強度、耐磨性，保障刀具質量，以此促進零件加工精確度提升。

對于數控機床加工，其加工方式與傳統的加工方式是一樣的，都是根據刀具與工件的相對運動實現產品生產。所以在實踐中，做好刀具選擇是很關鍵的一項工作。在數控加工安裝刀具之前，工作人員必須對刀具的幾何參數進行全面檢查、核對，確保刀具質量、規格符合規范。在相對運動中為了促進加工的穩定性，要盡量選用轉動光滑穩定、摩擦阻力比較小的軸承，要切實降低軸承轉動對加工帶來的影響，提高數控加工精確度。

4.3 規范加工誤差控制

首先在開展數控機床加工時，要做好原始誤差控制工作。相關工作人員應該對數控加工原始誤差產生原因、表現方式進行全面分析，制定針對性的防范措施。如對于工藝系統熱變形引起的幾何誤差現象，可以通過風冷、水冷等方式來達到誤差控制的目的；對于刀具變形引起的加工誤差，可以通過對刀具材料進行優化控制的方式實現誤差管理；對夾具進行選擇時，工作人員應該對零件的坯料進行全面分析，防范位置誤差的出現。開展數控機床加工時，機床的各個部分都有可能出現誤差，影響到零件的加工精確度，對此在工作人員還應該對誤差源進行準確的劃分，從源頭上實現對誤差的控制，從而減少誤差出現，提高加工精確度。

其次要注意誤差補償法的應用。在數控加工過程中誤差是影響產品精確度最明顯的因素，為了促進零件加工質量的提升，就需要特別注重誤差補償法的使用。具體來說，工作人員可以在系統補償功能的前提下，注重軟件、硬件系統的良好結合，對存在的坐標軸進行補償，促進零件加工精度提升。如果是半閉環伺服系統出現誤差，則可以通過反向偏差補償法將誤差消除，促進定位精確度提高。與誤差補償法相比較，反向偏差補償法主要是在數控機床工作過程中，將零件的誤差、潛在誤差進行縮減，從而達到對總誤差控制的目的。需要注意的是反向偏差補償方法的的成本相對比較高，所以在實踐中還需要對其進行創新調整，將其轉變成低成本、高精度的輔助加工方式。

4.4 伺服系統驅動因素誤差控制

開展數控機床設計時應該嚴格的控制伺服系統，從根源上保證數控機床的加工精確度。具體來說，在改善伺服系統誤差時，要從驅動裝置動態性能改善上出發，全面更新整個設備的驅動裝置，或者是更換性能更加優越的驅動設備，保證數控機床在實際運行過程中能有高效、穩定的控制。另外，在控制伺服系統誤差時，還應該注重裝置抗壓水平、承載能力的提高，要保證伺服系統很好地承接機械零件，促進零件加工精度提升。在生產過程中，要針對數控機床安裝好的伺服系統進行參數優化設置，保證伺服系統與將要生產的產品相契合，實現對加工誤差的有效控制。

5 總結

數控加工精度是影響產品生產質量的關鍵因素，在實踐中為了促進機械制造企業的良好發展，同時也為了促進我國機械制造業的穩定發展，就需要在實踐中切實提高數控加工精度。在平常工作中，數控加工工作人員需要不斷總結工作經驗，深入剖析影響數控加工精度的因素，并結合現實狀況來制定優化調整策略，切實提高數控加工精確度，保證數控加工質量，為推動我國機械制造產業的現代化發展提供保障。