數(shù)控機床加工精度提高技術(shù)分析及其存在的問題探討

肖光臨，呂巖，焦丕顯，李林

（1.沈陽第一機床廠；2.沈陽機床（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110000）

數(shù)控機床加工精度的提高在產(chǎn)品生產(chǎn)中起著關(guān)鍵性的作用。在此背景下，工作人員應(yīng)不斷豐富自身專業(yè)技能，了解產(chǎn)品生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，根據(jù)數(shù)控機床加工的實際狀況制定設(shè)計方案，以此提高機床加工的精度。

1 影響數(shù)控機床加工精度的相關(guān)因素

1.1 氣溫

我們都知道“熱脹冷縮”的原理，溫度過高或過低都會使金屬形態(tài)發(fā)生改變，從而影響零件產(chǎn)出的尺寸和精度等。

1.2 工藝系統(tǒng)熱變形

在機床加工環(huán)節(jié)中，零部件會出現(xiàn)摩擦等不良現(xiàn)象，此時，會產(chǎn)生大量熱能，這會導致零件與零件之間接觸不均勻。過量熱能是零部件發(fā)生變形的征兆，在受熱過強的位置出現(xiàn)形變，使工件和刀具兩者之間誤差不斷拉大，這對數(shù)控機床的加工精度造成了極大影響。

1.3 安裝環(huán)境

數(shù)控機床對安裝的位置也有一定要求，安裝區(qū)域一定要與振動位置保持適當?shù)木嚯x，以免因潮濕、輻射等不良因素對數(shù)控機床的生產(chǎn)造成影響。此外，還要科學地尋找振源，將有效的防振措施引入機床安裝的環(huán)節(jié)中。

1.4 編程誤差

在編程這一環(huán)節(jié)中，插補誤差和逼近誤差在其中起著關(guān)鍵性作用。在進行插補計算時，由于數(shù)據(jù)集中到一定范圍后，會提高數(shù)控機床出現(xiàn)定位誤差等不良情況的概率，進而對數(shù)控機床的加工精度造成了極大影響。在出現(xiàn)誤差這一不良狀況前，利用加工零件的輪廓方程計算出的誤差值存在不穩(wěn)定性，這也極大地提高了數(shù)控機床在加工時出現(xiàn)誤差的可能性。在實施熱變形誤差防止措施時，考慮到熱力對誤差的作用，尤其是在熱變形條件下，零部件的精確度會變得更模糊。熱變形的產(chǎn)生，主要因為液壓系統(tǒng)等設(shè)備受到熱源過大導致的，在熱量達到一定數(shù)值后，零部件就會發(fā)生變形，使機床精確度不斷降低。

2 數(shù)控機床加工精度提高方法

2.1 從機械調(diào)整方面提高數(shù)控車床加工的精度

機床調(diào)整主要由主軸、床身等這幾方面組成，在對其實行相應(yīng)調(diào)整后，車床才能達到一定的出產(chǎn)標準，并保持在合理的數(shù)控車床加工精度范圍內(nèi)。在此過程中，相關(guān)人員需要時刻關(guān)注場內(nèi)監(jiān)控，對待車床加工不足的地方，采取積極有效的措施去調(diào)整產(chǎn)品的生產(chǎn)。這也是提高數(shù)控加工精確度最直接的方案，這一方法的實施對工作人員技能沒有任何要求，但需要他們定期對這些產(chǎn)品進行檢查。

2.2 從電氣調(diào)整方面提高數(shù)控車床加工的精確度

電氣調(diào)整主要從兩方面入手，一方面是對機床參數(shù)的控制，在此過程中，又有兩項內(nèi)容會影響機床加工的精度，分別為系統(tǒng)增益和定位死區(qū)。在系統(tǒng)增益上，相關(guān)人員需要時刻關(guān)注機械阻尼對車床轉(zhuǎn)動慣量的影響，其與車床加工精確度有著密切聯(lián)系。此外，相關(guān)人員還需要減少定位死區(qū)，通過這種方式提高機床運作的精確率。這兩項內(nèi)容要在機床加工過程中同時進行。另一方面，相關(guān)人員可以引入相應(yīng)系統(tǒng)實行電氣調(diào)整。隨著我國科技的不斷提高，數(shù)控機床在運行上已實現(xiàn)了遠程操作。此時，各工廠要持續(xù)改善自身設(shè)備，引進大量監(jiān)控設(shè)備，采用這種方法不但可以有效地監(jiān)管機床運行，而且還能減少人工干預(yù)帶來的資源浪費，落實成本節(jié)約的同時，使車床加工時的精確度也得到提升。

2.3 從車間環(huán)境控制方面提高數(shù)控車床加工的精度

從車間環(huán)境控制方面來看，熱源供應(yīng)需要減到最少，相關(guān)人員需要把工作重心放在主軸的轉(zhuǎn)速、間隙調(diào)整上。在推力軸承上，由于工作環(huán)境差、發(fā)熱快且大的因素，在一定條件下引入推力角接觸軸承，以此減少推力摩擦產(chǎn)生的熱量。隔熱：使熱源和主軸保持適當?shù)木嚯x，如采用油冷、變速隔離器等設(shè)備。散熱：增加潤滑冷卻、油冷等內(nèi)容的使用。減少熱變形的影響：不管采用哪種措施，都只能將熱變形的作用壓到最小，它不可能完全消失，所以，采取相應(yīng)措施能夠有效將熱變形的影響降到最低，確保車床加工能夠保持在合理的精度范圍內(nèi)。

2.4 采用誤差補償法提高數(shù)控機床加工的精度

對數(shù)控機床加工的定軸位置做詳細記錄，其在誤差補償中起著關(guān)鍵性作用，此時，將部分有效的記錄數(shù)據(jù)和實際測量數(shù)值拿來對比，查看其中的誤差值，并在實施過程中選出準確的基準點，記錄下計算出的誤差值，將其輸入控制系統(tǒng)中，通過這種方式，不僅可以有效把控數(shù)控機床加工過程中的軸運動，還能提高加工的精度。當測量點數(shù)量積累到一定數(shù)值后，螺距所出現(xiàn)的誤差就越大，這種誤差是借助數(shù)控機床坐標系運算出來的，所以，確保所選的參考點是零是至關(guān)重要的。

2.5 從對誤差的避免中提高數(shù)控機床加工精度

（1）調(diào)整原始誤差。在數(shù)控機床加工環(huán)節(jié)中，無法消除的就是生產(chǎn)過程中的誤差，最常出現(xiàn)的就是加工零件和數(shù)控機床之間誤差，其常常被人們稱為原始誤差。在出現(xiàn)這一誤差后，首先，相關(guān)人員需要對這一情況的出現(xiàn)進行分析，結(jié)合其所會出現(xiàn)的狀況實行相應(yīng)評估，以此制定出有效的改進措施。數(shù)控機床的自身位置精度和幾何精度這兩項內(nèi)容會影響零件的加工精度，所以，科學控制數(shù)控機床的位置精度和結(jié)合精度對零件的生產(chǎn)質(zhì)量起著積極作用。在加工時出現(xiàn)形變等不良現(xiàn)象，其主要由于加工中所產(chǎn)生熱能引起的，最終致使零件出現(xiàn)形變，這時，采用風能和水能這兩種方式能夠有效降低熱變形這一不良現(xiàn)象的發(fā)生率，為數(shù)控機床加工過程中精度的提高打下堅實基礎(chǔ)。

（2）合理的機床核心部件能夠有效地避免誤差產(chǎn)生，在對機床進行加工時，相關(guān)人員需要充分重視機床定位精度的調(diào)整，其中，核心部件的選擇在其中起著關(guān)鍵性作用。例如，在選擇機床的滾珠絲杠時，科學地選擇滾珠絲杠技術(shù)，保證技術(shù)實施與設(shè)備的安裝能夠完全契合，使系統(tǒng)傳動精度位置保持在規(guī)范的數(shù)值內(nèi)。因此，在精度選擇上，設(shè)計內(nèi)容要依據(jù)滾珠絲杠的承載能力為根本出發(fā)點，以此更好地避免誤差的產(chǎn)生。

（3）采用實時監(jiān)控技術(shù)。在我國科學技術(shù)不斷進步的背景下，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也不斷應(yīng)用到各行各業(yè)中，為了降低零件加工過程中出現(xiàn)誤差的概率，相關(guān)人員可以將監(jiān)控技術(shù)引入零件加工中。一旦發(fā)現(xiàn)有誤差存在，及時將其產(chǎn)生的緣由記錄下來，為今后管理者在問題分析上提供事實依據(jù)，隨后制定出相應(yīng)解決方案，以免同樣類型的錯誤再次發(fā)生。這種方法主要利用誤差補償技術(shù)來實施，通過這種方式，相關(guān)人員不但可以及時作出項目改善方案，而且還能準確地選出誤差補償技術(shù)，最終提高零件加工的精度。

2.6 從軌跡擬合方面提高數(shù)控機床加工的精度

在考慮到數(shù)控機床加工路線都是由小段圓弧和小段直線加工擬合的。此時，系統(tǒng)只能在非圓曲線的狀態(tài)下對機床進行加工操作，使圓弧不斷靠近直線，這會導致擬合曲線和真正意義上的非圓曲線產(chǎn)生較大差距。針對這一現(xiàn)象，多數(shù)人會引入等誤差等多種方法來對非圓曲線的軌跡進行擬合，等誤差能夠有效地提高機床加工質(zhì)量，保障擬合的精確度，這也是等誤差在軌跡擬合中得以應(yīng)用的主要因素之一。雖然非圓曲線通過自動化方式實行的，但是，在此過程中還是存有一定誤差，此時，相關(guān)人員需要嚴格地進行計算來控制擬合誤差。

2.7 從編程漏洞方面提高數(shù)控機床加工的精度

在編程這一環(huán)節(jié)中，由于零件的外部形狀是利用近似算法模仿出來的，這時，其在編程過程中很容易出現(xiàn)生產(chǎn)誤差。雖然這種情況不會影響直線生產(chǎn)，但其會逐漸地將非圓形曲線推注成直線輪廓，這會極大地提高誤差發(fā)生率。進而影響加工零件尺寸精度等。在編程過程中，即使數(shù)控機床能夠?qū)缀握`差進行一定補償，但其還是無法解決根本性問題，插補誤差等問題依然會持續(xù)出現(xiàn)。針對這一現(xiàn)象，相關(guān)人員需要根據(jù)機床的實際情況進行設(shè)計運算，在把機床插入?yún)⒖键c的同時，將橫縱坐標都進行清零操作，以此減少誤差的累計，避免問題堆積。此外，為了更好地消除數(shù)控系統(tǒng)運算造成的誤差，相關(guān)人員需要在技術(shù)實行的過程中引入?yún)⒖键c指令，保證加工精度水平。編程誤差對精度的影響能夠借助各種方式降到最小，其中，插補間隙或增加機床的分辨率就能對加工誤差進行有效補償，為加工精度的提高打下堅實的基礎(chǔ)。

2.8 從技術(shù)完善方面提高數(shù)控車床加工的精度

隨著我國科學技術(shù)的不斷進步，機床精度也隨之發(fā)生了巨大的變化，它能夠從之前微米級轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)階段的納米級。除此之外，軸承技術(shù)在運作上也發(fā)生了極大變化，其在機床加工時極易出現(xiàn)遲滯等不良現(xiàn)象，而遲滯對定位的精度起著積極作用，在科學進步的同時，靜壓軸承技術(shù)對機械的遲滯也有了明顯改善，遲滯問題也得到了解決，因此，技術(shù)的完善對數(shù)控車床加工有著極大影響。

3 加工精度提高方法中存在的問題

3.1 在編程中出現(xiàn)的誤差影響

精度異同是數(shù)控車床與普通車床之間的區(qū)別，經(jīng)研究表明，在程序編制過程中誤差是能夠縮小的，這就需要工作人員做到以下幾方面內(nèi)容來減小誤差，更好地提高數(shù)控機床加工的精度。

首先，依據(jù)插補誤差對車床精度的作用。相關(guān)人員需要利用巧妙的方法應(yīng)對編程中可能出現(xiàn)問題，引入絕對編程。此外，還可以將會參考點質(zhì)量插入編程程序中，將編程誤差降到最低。其次，評估誤差對最終精度的作用，在此過程中，部分人員為了避免煩瑣的檢查和運算會選擇近似數(shù)值來進行誤差評估，這也會成為誤差產(chǎn)生的一項重大因素。所以，相關(guān)人員需要熟練的應(yīng)用廓形方程進行編程，以此更好地避免誤差出現(xiàn)，提高數(shù)控車床加工概率。最后，在編程過程中，圓整誤差對車床加工精度起著積極作用。因此，相關(guān)人員在加工時，需要把選擇脈沖當量所決定的直線位移最小值拿來作為參考，嚴格按照編程圖紙來實行相應(yīng)工作。

3.2 誤差補償技術(shù)存在的問題

誤差補償技術(shù)的使用對機床精度的提高起著積極作用，首先，利用誤差補償技術(shù)能夠有效地達到“硬技術(shù)”，使機床保持在精度水平。其次，利用誤差補償技術(shù)能夠很好地解決機床在加工中出現(xiàn)的各類問題，以便更好地達到事半功倍效果。最后，在達到一定效果后，利用誤差補償技術(shù)能夠有效降低制造成本，保障企業(yè)經(jīng)濟效益的提升。但此種技術(shù)并沒有得以推廣，具體因素如下。

誤差補償技術(shù)缺乏系統(tǒng)化、通用化的數(shù)控機床建模方法，數(shù)學模型與機床類型不吻合?，F(xiàn)階段，誤差參數(shù)辨識技術(shù)還沒有發(fā)展成熟，誤差辨別困難較大，數(shù)控制系統(tǒng)硬件會作用于誤差補償技術(shù)，這一技術(shù)很難施展開。第二，加工誤差和機床的加工對象有著密切聯(lián)系，像不同類型的加工件，或因為質(zhì)量等內(nèi)容產(chǎn)生一系列問題。

4 對加工精度提高方法中存在的問題進行分析

我國數(shù)控技術(shù)在發(fā)展過程中出現(xiàn)過各種各樣的問題。針對這一現(xiàn)象，將誤差補償技術(shù)引入數(shù)控機床加工中，其不但能夠巧妙地改善機床加工精確度，使這種技術(shù)的應(yīng)用價值充分展現(xiàn)出來，而且還可以有效地降低花費成本，使工廠的每一份資源都能夠得到全面利用，最終實現(xiàn)精度水平，甚至還能規(guī)避往常不能避免的誤差。在一定條件下，利用誤差補償技術(shù)能夠很好地減少其他應(yīng)用設(shè)備使用，這對企業(yè)經(jīng)濟效益的提高有著積極影響。

誤差補償技術(shù)在數(shù)控機床加工中有著極大的應(yīng)用價值，但是不是所有的企業(yè)都能用上這一技術(shù)，其在運用上也是存在一定缺陷的。誤差補償技術(shù)的實施需要拿建模方式做鋪墊，結(jié)合對數(shù)控系統(tǒng)硬件的使用，更好地辨別出誤差。對于我國中小型企業(yè)來說，其需要有大量的資金支撐來使用這種技術(shù)，而小型企業(yè)本身就是小本經(jīng)營，在數(shù)控機床加工中，沒有更多的資金去實行誤差補償技術(shù)，這也是導致誤差補償技術(shù)無法得到廣泛應(yīng)用的主要因素之一。

5 對數(shù)控機床加工精度提高技術(shù)的進展分析

首先，提高CNC 系統(tǒng)控制精度：利用高速插補技術(shù)，采用微小程序來實施精確把控，在持續(xù)對進給中單位進行精細化后，在位置檢測設(shè)備中引入分辨率較高的設(shè)備，以此提高位置檢測的精準度水平。其次，采用誤差補償技術(shù)：使用反向間隙補償?shù)燃夹g(shù)對設(shè)備因熱變形而造成的誤差進行綜合性補償。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，誤差補償技術(shù)能夠有效提高數(shù)控機床精度。最后，利用網(wǎng)格解碼器全面檢查數(shù)控機床運行情況，提高其運行精準度水平，利用仿真技術(shù)來預(yù)測機床的精準度，保障其性能可以長期處于穩(wěn)定值狀態(tài)，提高其加工質(zhì)量。

6 結(jié)語

在社會不斷發(fā)展的背景下，以往的數(shù)控加工技術(shù)模式已不能滿足現(xiàn)階段零件生產(chǎn)要求。針對這一現(xiàn)象，相關(guān)部門需要不斷完善法律法規(guī)，定期對工廠加工技術(shù)進行排查，提高其生產(chǎn)水平。而工作人員需要摒棄以往的產(chǎn)品生產(chǎn)理念，緊跟時代發(fā)展步伐，了解其在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題，根據(jù)數(shù)控機床加工的實際情況制定設(shè)計方案，提高數(shù)控機床加工的精度。