数控机床加工精度存在问题的分析及研究

邵勇

摘要：随着数控车床的逐渐普及和广泛应用，使其经济效益极大的凸显出来，特别是对精密零件的检测、诊断等方面的技术和手段革新，同时也给数控机床的维修调试工作带来了一定的挑战。数控车床在实际操作使用过程当中，因为受到外界诸多干扰因素的影响，会使得精密零件出现形变，导致形状位置尺寸和粗糙度值等超差，这也造成数控车床的精密度受到一定程度的影响。本文针对数控车床精密零件加工及检验方法加以研究和分析，以期能够为相关问题的研究提供一些有价值的参考和借鉴。

关键词：数控车床；加工精度；零件检验

随着我国数控车床的使用范围逐渐扩大，应用日益广泛，也创造了巨大的经济价值，同时其在我国机械制造业当中占有重要的地位，在推动我国工业化进程当中发挥着重要的作用。近些年来，我国现代化机电控制技术蓬勃发展，计算机集成制造系统（CIMS）使得数控车床技术逐渐朝着智能化、数字化以及网络化的方向发展。

一、数控车床的优点

第一，相对于传统车床而言，数控车床具有更好的刚性，具有更高的加工精度，具有更加稳定的加工质量。可以实现更加精确的人工补偿和自动补偿，因此数控车床可以加工那些对工艺要求更加精密的零件。数控车床可以使用指令代码，对刀具的使用、主轴的转速以及进给的速度等方面进行设定。数控车床的系统通过数字程序的指令对机床的主轴启动、停止、速度改变等进行控制。在整个对精密零件的加工过程当中，不需要任何人为操作，均由数控车床自动完成，最大程度的减少人为操作造成的误差。

第二，数控车床有良好的经济价值。如果利用数控车床加工小批量或者是单间的精密零件，既能够节省加工时间，还能够大幅度缩减精密零件调整和检测的时间成本，进而节约生产成本。此外，使用数控车床加工精密零件，还能够节约制造成本。由于数控车床技工的精密度非常高，其加工质量好、加工效率高，可以有效降低精密零件的报废率，有效减少生产成本。除此以外，数控车床还具有一机多用的功能，因此数控车床看似价格非常昂贵，但是却有着非常高的性价比，使用数控车床能够获得非常良好的经济收益。

二、数控车床加工精密零件的特点

（一）数控车床加工的精密零件表面粗糙度好

数控车床可以加工表面粗糙度较小的精密零件，其原因在于数控车床床身具有较大的刚性和强度，此外，数控车床可以实现恒线速度切削。也可以使零件多个加工面的精密度均能够有效保障。数控车床在加工精密零件的过程当中，零件围绕固定的轴线旋转，多个零件表面都有着同样的回转轴线，因此可以保证零件在加工过程中多个表面同轴度的标准。如果是在传统的车床上进行加工精密零件，会造成精密零件不同端面的粗糙度不相同。如果使用数控车床，能够采用最优的线速度对端面进行切削，这样就实现了精密零件不同表面的粗糙度一致并且较小。数控车床还能够实现对多个表面粗糙度标准不尽相同的精密零件切削。

（二）数控车床能够加工内外轮廓形状复杂的精密零件

数控车床可以进行圆弧和直线插补两种插补功能，有些数控车床还具有复杂曲线的插补功能，因此能够切削有任何曲线和直线构成的较为复杂的回转体类精密零件，以及尺寸比较难以控制的精密零件，如一个存在封闭腔的精密零件。如果数控车床有良好的计算能力，能够精准的算出刀具相对与主轴轴的位移量，那么数控车床就可以完成传统车床无法完成加工的复杂零件的任务。

三、数控机床加工精密度中的位置误差

数控机床加工精密度中的位置误差，也就是我们经常提到的“死区”误差，其出现的主要原因有多种多样，包括弹性变形、传动间隙以及对摩擦力的克服等等。在开环系统的运行过程中，数控机床加工的位置精密度会受到比较大的影响，但是在闭环的系统当中，数控机床加工的位置精密度的决定因素主要有两个，一个是闭环系统的速度放大系数，另一个是位置移动监测设施的精确度，但是这两者的影响都相对较小。在随动系统的运行过程中，出现的多个位置误差，主要取决于数控车床运动件的运动情况，包括速度突然变化出现的过渡、运动反向以及稳态瞬间的过程，所以这些都是动态的位置误差。

针对数控机床加工精密度中的位置誤差进行检测，其方法是使用具有特定的材料以及特定的形状的精密零件，一般将这些检测零件叫做动态精密度检测加工零件，通常这些检测零件的材料非常柔软，但是却具有较高的精密度，能够有效减少外部工具对其产生的影响，同时能够实现较大的进给速度，实施对其的加工和切削，在进行检测加工以后，这些检测零件非常方便用于测量。

四、数控机床精密度误差及检验方法

数控机床精密度误差及检验方法主要有三种检验方法，即间接检测法，样件检测法以及直接检测法，这三种方法也是数控车床进行零件精密度检测的常见方法。

（一）直接检测法。通过对加工零件精密度的测试，对数控车床的精密度实施评估。直接检测法具有综合属性，对于出现误差存在的环节不太容易区别出来，所以这种方法大部分适用于数控车床的产品出厂检测方面。

（二）样件检测方法，也被叫做样品跟踪法。实际上，样件检测法是设计并制作出一个标准的精密零件作为样品零件，并将其安装在需要检测的数控车床上，对需要被加工的零件进行替代。在数控车床刀具所装的主轴轨迹，从理论上来讲，被加工的样品零件与被替代的零件表面的轮廓相同。但是在实际的操作过程中，会出现轨迹上的差异，利用侧头传感器将信号传递给另一套检测设备，对数据进行处理和计算，利用绘图设备绘制出样品零件的形状，在将两者实施对比分析。样件检测法作为静态精密度一种综合属性，有利于检测的自动化实现。其实现的核心因素是设计出并制造出一个标准的样品零件，同时需要具备一整套检测仪器。

（三）间接测试方法。通过对数控车床自身的精密度，对数控车床的精密度进行评估的一种方法，这也是比较常见的一种检测精密零件的办法。但是由于仅仅从数控车床自身考虑，而没有考虑到数控车床在进行精密零件加工时候收到的影响，所以被叫做间接测试方法。间接测试方法主要应用于数控车床的几何精密度以及定位精密度的检测，直接检测方式主要适用于加工精密度以及随动精密度的检测。

五、数控机床的几何精度误差及检验方法

数控车床在实际操作过程当中，因为受到外部诸多因素的影响，会造成数控车床零件发生变形的情况，会对数控车床的几何精密度造成一定程度的影响。

对数控车床进行几何精密度的检测时，通常是在静态情况下，所以在对数控车床实施检测以前，应该将数控车床启动并运转起来，等到数控车床的温度升高、润滑状态良好的情况下，才能够实施检测工作。在动态情况下，对数控车床的几何精密度实施检测，唯一的检测方法就是对样品零件进行切削实施检测。

通常而言，对数控车床几何精密度造成影响的主要因素可以分成两个部分：

第一，内部原因。也就是数控车床自身的原因，包括工作台面的平整度、导轨直线度等等。

第二，外部原因。也就是除了数控车床自身原因以外的所有原因，包括热变形、刀具等工具的切削力等等。

六、数控机床定位精度的检验

对于数控车床而言，定位精度检测的分析具有非常重要。其原因在于从结构的视角来看，数控车床对精密零件的加工误差，大部分原因都是因为定位的精确度不够造成的，对定位精度造成主要影响的就是数控车床的进给系统。

数控机床进给系统的精度与数控机床结构设计中采用的随动装置的类型有关。数控车床的闭环系统、半闭环系统以及开环系统，它们的影响要素均不一致。譬如：在数控车床的闭环系统当中，因为存在位置移动的检测设备，可以有效避免滚珠丝杠螺母的精确度对定位精确度产生的影响，但是在数控车床的开环系统当中就存在非常大的影响。除此之外，能够对数控车床随动精密度产生影响的原因有许多，其出现的状况也比较繁杂。

结语：随着科技的不断进步以及经济水平的提高，数控车床在我国的普及程度逐渐提高，作为技巧性较强的工作，因为受到于外部诸多因素的影响，在实际的操作加工过程当中，非常容易造成精密零件加工的误差，尤其是加工环境比较恶劣或者是比较复杂的情况下，出现数控车床精密零件加工误差的情况更是难以避免。因此应该使用科学的控制手段和措施，正确主动地认识数控车床加工精密零件的误差，并给予科学的检测手段，既能够提升数控车床对精密零件加工的质量，还能够提高数控车床加工精密零件的速度。力图实现精密零件质量高、效率高，不断提升数控车床的经济效益和使用价值。