数控机床加工精度的影响因素及对策研究

摘要：数控机床是助力中国制造和推动智能制造的重要設备，其加工精度是影响加工产品质量的关键要素。本文对影响数控加工精度的因素进行了科学分析，在此基础上给出了提高加工精度的对策建议。

关键词：数控机床；加工精度；对策

在现代制造业中，高精度、高效率、高速度和智能化是数控加工的发展趋势，也是数控机床加工过程的关键性指标。评价数控机床性能优劣的指标较多，其中加工精度是最为重要的指标之一。在数控机床的加工过程中，产品的质量优劣直接受加工成型的零部件的精度所影响。航空航天领域装设备、武器装备和高精密设备等对零部件加工精度的要求非常高，必须想方设法提高所需零部件的加工精度。因此有必要对影响数控机床加工精度的影响因素进行分析，继而有针对性地提出切实可行的对策措施。

1 数控机床加工精度的影响因素分析

（1）加工原理误差。

加工原理误差是由于采用了近似的刀具轮廓或者近似的加工运动方式所产生的误差，因为误差是由加工原理导致，故习惯上称加工原理误差。只要加工原理误差即精度在允许范围内，这种加工方式仍是可行的。

（2）刀具制造误差和磨损。

刀具在制造和安装过程中皆会产生误差，在使用过程中还会由于切削和摩擦等原因而产生磨损。当磨损超过限定值时，表面粗糙度会随之增大，并伴有振动、噪音，使加工精度降低，生产成本增加。

（3）位置误差。

位置误差是指加工后零件的实际表面、轴线或对称平面之间的相互位置相对于其理想位置的变动量或偏离程度，也称死区误差。在加工机床零件时，由于传动时产生的间隙和弹性变形、机床的刀头需要克服摩擦力等因素的作用便会产生位置误差。在闭环随动系统中，位置精度主要依赖于系统的速度放大系数和位移检测装置的精度，对加工精度影响较小，但在开环系统中位置精度将会受到较大的影响。

（4）几何误差。

几何误差主要由外部因素和内部因素两种原因所导致。外部因素是指由于热变形和外部环境等因素影响而产生的几何误差，如由于受热膨胀或变形的影响，刀具或零部件在切削过程中将造成几何误差，继而会影响加工精度。内部因素主要是由机床自身因素造成的几何误差，如机床导轨的直线度和水平程度、工作台面的水平度、刀具和夹具的几何准确度等。

（5）机床定位。

从结构上看，定位精度是影响数控机床加工误差的主要因素，其中对定位精度影响最大的是进给系统。在闭环系统中，为防止进给系统中的主要部件产生位置偏差，通常可以采用定位检测装置如滚珠丝杠等部件来解决。但在开环系统中，由于情况复杂多变和有较多影响因素等原因，使得无法进行有效的定位监控，所以对加工精度产生的影响较大。

（6）反向偏差。

在数控机床上，各坐标轴在由正向转为反向运动时，由于各机械运动传动副的反向间隙误差和各坐标轴进给传动链驱动部件的反向死区误差等原因变会造成一定的反向偏差。对于存在反向偏差的半闭环伺服系统型的数控机床，偏差的存在会对定位和重复定位精度产生影响，继而对加工精度产生影响。

（7）加工现场环境。

在数控加工现场会受到电磁波的干扰，产生的高频震荡或电火花以及超范围的输入电压，都会使数控机床的加工精度受到影响。此外，加工现场必然会有粉尘的出现，而粉尘与车工及钳工等不同的工种混合，也会对加工精度产生影响。

2 提高数控机床加工精度的对策

（1）提高数控机床设计合理性。

我国在数控车床设计制造方面虽已取得了一定的成就，但在结构设计上还有一定的不足，降低了加工精度。在设计主机结构过程中，要在充分考虑加工需求基础上进行科学的设计。并且在总体设计过程中，要坚持等刚度原则，尽量避免刚度不均引起局部结构变形产生加工误差。

（2）改善刀具材料与形状。

改善现有刀具材料，开发新的合金类、涂层类刀具材料，可以有效提高加工精度和生产效益。在选用优质刀具的条件下，为科学提高数控机床的加工精度，应该有优化的道具形状作为支撑，二者有效结合，会大幅提高加工精度。

（3）科学制定切削用量。

切削用量对数控机床的加工精度有重要影响。由半精度加工向精度加工过渡的精密机床机械加工中，精密机床切削速度大，通过减少进给量的方式进行切削处理，最大限度上促使零件的精度得到充分保障。因此，要想提高数控机床的加工精度，必须制定合理的切削用量。

（4）控制原始误差。

首先深入分析产生原始误差的各种因素，然后根据误差产生的原因和类型有针对性的制定措施。要通过几何精度控制和位置控制降低几何误差和位置误差对精度的影响。用水冷、风冷等方法降低加工中的热变形，减少对加工精度的影响。此外，应合理选择刀具的材料，以防止刀具发生较大变形影响加工精度，在选择夹具时要充分考虑零件的胚料形状，避免产生位置误差。

（5）提高定位精度。

与普通机床相比，数控机床的定位精度是一项重要的参考精度，是指在数控系统控制下，所测量的机床运动部件运动所能达到的位置精度。定位精度与机床的几何精度都会对机床的切削精度产生较大的影响，特别在孔隙加工过程中会对孔距误差产生较大的影响。通常可以根据机床的定位精度判出一台数控机床加工精度的大小，所以数控机床的定位精度异常重要，定期对定位精度进行检测和补偿是保证加工精度的必要措施。

（6）采用实时监控技术。

随着数控机床监测技术水平的不断提高，对数控机床的加工过程进行全过程多维度实时监控，及时对加工过程中的误差环节进行调整完善，并实时采集加工过程中每一环节的误差信息，进一步将误差信息反馈至控制器，并根据误差信息实施科学的误差补偿机制，进行及时有效的误差补偿，可以大幅减少加工误差，提高零件的加工精度。此外，还要对机床所处的环境进行实时监控，避免因湿度、温度、电压波动、粉尘等不良环境因素造成加工误差。

参考文献：

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作者简介：肖树剑（1978），男，工程师，研究方向：机械及自动化。