论数控机床精度的影响因素及优化措施

张静双　杨继华

摘 要：社会的迅猛发展给数控机床的运用提供了更多的便利条件，而且，目前我国机械加工技术水平日益提升，人们对数控机床的精度性能也提出了更加严格的要求。文章主要对数控机床精度的影响因素进行详细阐述，分析其影响情况以及原因，提出有效的优化措施，进而推动数控机床的高精度发展进程。

关键词：数控机床；机床精度；影响因素；优化措施

中图分类号：TG659 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0139-02

Abstract： The rapid development of society has provided more convenient conditions for the use of CNC machine tools. Moreover， at present， the level of machining technology in China is improving day by day， and people have put forward more stringent requirements for the accuracy and performance of CNC machine tools. In this paper， the factors that affect the accuracy of CNC machine tools are described in detail， the influence situation and reasons are analyzed， and effective optimization measures are put forward， to promote the development process of high precision CNC machine tools.

Keywords： numerical control machine tools； machine tool precision； influencing factors； optimization measures

1 我国数控机床以及精度评价方法的发展现状

1.1 我国数控机床的发展现状

现阶段高精尖的数控机床主要应用在我国航空、军工、汽车以及发电仪器等制造行业。我国数控机床技术拥有几十年的发展时间，并且已取得了显著的成果，目前已经掌握了数控系统、伺服动力、主机研发等关键技术，其中还有一些核心技术已经实现产业化进程。我国是当今社会数控机床消费量最大的大国，自己研发的数控机床的比例逐渐增加，相关数控技术领域的人才团队也在迅速扩大。不过，现阶段自主研发的数控机床一些技术依旧存在诸多的问题，举例而言：自主研发的数控机床在外观上和进口数控机床基本一致，作用也不分上下，可是在性能和精度上却相差较多，进而造成“形”像却“神”不像的状况。

1.2 我国数控机床精度评价方法的发展现状

现阶段我国数控机床评价方法主要包括以下几种：第一种，数控机床神经网络评价方法：该精度评价方法的英文简称为ANN（全称是Artificial Neural Network）。该方法主要特点是利用一种非线性的神经网络系统，通过对样本进行收集、采样，并对多项指标的综合评估内容进行研究、分析，最终得出较为全面且客观的评价结论。该评价方法拥有十分强大的自组合、自适应以及自学习的能力。不过该评估方法存在的问题有：不能科学、有效的对初始样本进行提取，所以必须与其他类别的评估方法配合使用。第二种，数控机床粗糖精度评价方法：该精度评价方法的英文简称是RST（全称是Rough Set Theory）。这种精度评价方法可以有效的解决不稳定性以及模糊较为严重的数据信息，还可以把与权重有关的内容转化成粗糖属性的评价内容。第三种，数控机床模糊精度评价方法：该精度评价方法的英文简称是FS（全称是Fuzzy Sets）。该精度评价方法是在上世纪末期由 Lotfi以及A.Zadeh 等一些自动控制专家、学者提出的。该精度评价方法一般是用于展现部分事物的不稳定性以及模糊性。模糊数学是Fuzzy Sets评价理论的本质内容，该评价原理可以把非定量评价的内容，通过模糊数学的隶属度模式给转换成定量评价的内容。换言之，该精度评价方法能够把受到各类因素、因子影响的对象以及物件，通过模糊数学原理获取到较为科学、有效的评价整体。总而言之，数控机床模糊精度评价方法可以有效的处理难以量化以及模糊等内容，而且还擅于解决诸多不稳定性的评价问题。

2 数控机床精度评价方法的应用

我国应用数控机床精度评价方法的时间相对较短，不过随着我国机械制造业领域相关技术的迅猛发展，与其有关的精度要求准则正在不断提升，人们对数控机床技术加工的要求也变得更加严格。下面笔者将从数控机床工作精度的稳态误差、瞬态误差以及匀速度波动误差这三方面的工作精度综合评估指标进行研究与分析。首先，稳态误差是数控机床精度评价方法当中最为关注的因素之一，数控机床工作精度的稳态误差主要代表着一种跟随性精度误差。这是由于实际的数控机床工作位移和位移命令之间存在滞后的现象，因此产生此类稳态误差。在数控机床单轴稳态情况下，随着工作时长的不断增加，标准库当中的命令型系数所产生的滞后现象主要包含两方面内容，一方面是伺服管控内容，另一方面是减速环节程序。标准库当中的命令型系数没有由于有关命令的下达而在第一时间做出相应的改变，所以由于时间的滞后造成稳态误差的产生，这种因滞后产生的稳态误差，其自身的位置信号和命令速度的变化保持一致。其次，瞬态误差也是数控机床精度评价工作最重要的因素之一，数控机床的实际工作精度瞬态误差主要代表的是：数控机床在单轴工作环节中突发性的出现启停以及突然换向等情况，由于命令的變化速度之快、命令间隙以及系统重新调试等环节，造成工作位移于传输的命令之间存在的差异大小。最后，匀速度波动误差同样是数控机床精度评价工作的核心内容，匀速度波动误差主要指的是数控机床在匀速工作的环节中命令下达的速度和实际工作的速度之间的误差数值，数控机床在稳定速度速命令下由于控制离散差异、摩擦和负载变化、伺服力矩改变等原因造成的偏差。数控机床加工速率的改变大小和频率会直接影响着加工零部件的表面质量好坏程度。

3 影响数控机床的主要因素

3.1 机床形状变化

数控机床自身的刚度以及热变形情况是决定机床形状变化的重要因素。主要体现在以下两方面内容：一方面，数字机床的刚度是指数控机床是在外力作用下，以机床形状不变化为基准，机床可以承担的最大应力。因为数控机床的工作环境十分复杂，机械设备、器件之间出现摩擦接触的情况十分频繁，倘若数控机床的刚度不能满足基本要求，数控机床自身的器件在受到外力干扰情况下就很容易出现错位以及脱落的情况，进而影响数控机床的正常运作。另一方面，数控机床的外部热源以及自身热源所产生的热变形对数控机床也会产生较为严重的影响。外部热源主要包括自然光线以及工作环境温度；自身热源主要包括轴承之间摩擦、器件工作构成的热量。与此同时，数控机床所使用的材料也会对热变形造成影响。根据有关数据分析统计，数控机床长时间运作所产生的热变形因素是影响其出现工作误差的最主要原因，特别是针对自动化精度较高的机床而言。

3.2 数控机床抖动

数控机床在工作环节中，总是会出现不同程度的抖动情况，因为抖动情况的存在，数控机床自身器件之间的啮合状况就会受到比较严重的影响，影响严重的时候会降低数控机床的刀具使用期限，从而数控机床的加工精度也会大打折扣，给机床的长期工作带来负面作用。

3.3 数控系统性能问题

数控系统性能问题主要指的是数控制系统在计算过程中出现的误差现象，在数控机床工作过程中，伺服机构的工作平稳性，检查机构的安装稳定性以及检查精度等性能问题都会对数控机床的精度造成影响。

4 针对数控机床精度问题应采取的优化措施

4.1 改变数控机床主轴的精度

除了数控机床床身之外，主轴也是数控机床是最重要的零部件之一。在数控机床上进行加工处理的零件精度时，基本都是由数控机床的主轴精度和主轴对导轨以及关键零部件的位置精度决定。改变数控机床主轴精度的过程中，一定要关注主轴和处理进给方向的平行情况；针对多轴箱而言，要关注不同距离，加工精度需求较高的主轴和模板套筒的同轴情况；在使用有关夹具、模型以及机床多轴设备时必须关注相对位置的情况，如果出现不合理情况必须及时进行改变和调整；对于孔深大小有明确要求的零件，在使用数控机床加工时必须关注轴向处理位置的实时变化情况。

4.2 对数控机床的导轨精度进行提升

在进行数控机床导轨维修过程中，由于不同仪器的特征不一样，修复机床导轨面时所需要使用的方法差别也较大，以下几种是应用最为广泛的方法：刮研法、精磨代刮法。针对已经进行过淬硬加工的导轨面而言，一般只能使用精磨代刮法，而不建议使用刮研法。针对一些磨损面较多的导轨而言，无论是使用刨削代刮法还是精磨代刮法，在进行修复过程中每一次代刮之后的残余数量都必须保证在最低数值范围以下，只有这样才能有效避免对导轨自身的刚度造成负面效应。针对急需进行大面积修维护但磨损数量较少的导轨而言，其表面出现较为明显的沟槽、痕迹或是拉毛等状况时，建议使用环氧树脂（石英粉）进行后期处理，在进行补焊的过程中可以应用如下工具：巴氏合金焊条、铸铁冷焊条以及、银焊条等等。

4.3 使用误差补偿技术

使用误差补偿技术可以有效的提升数控机床的精度，使用误差补偿技术需要考虑到以下几种情况：第一，目前采用反向偏差补偿技术的自主研发数控机床，其精度大多数都超过0.025mm，可是补偿作用不够明显。针对以上数控机床而言，在特定的场景下，可以通过编程的途径来提高定位精度，减少间隙大小，在保证机械构件不发生变化的状况下，只要确保单向定位处于插补源头，就可以进行正常的插补处理工作。针对其他类型的数控机床而言，一般在数控仪器内部设置多个位置信息，目的在于存储间隙数值大小。倘若数控机床的轴端被要求改变运动轨迹，数控机床就可以自行的获取相应轴端的间隙数值大小，并且对位置信息进行补偿和修订工作，让数控机床实现精准地控制，进而减少反向偏差对数控机床精度的负面作用。第二，如果检测到数控机床的定位偏差过大，超出定位偏差最大范畴，就需要对数控机床采用误差补偿技术。误差补偿技术主要指的是人工对机床CNC系统进行修订，进而降低定位误差。该过程的操作流程如下：第一，对数控机床的CNC控制系统进行备份，确保已有的补偿系数安全、可靠。第二，通过数字通讯技术对数控机床CNC程序进行编写和修订，并把最终信息传输给数控机床CNC系统。

5 结束语

数控机床由于长时间工作，其自身器件很容易出现不同程度的磨损情况，进而使得机床精度下降。因此，在对数控机床进行使用时需要加大对仪器的关注力度，必须应用科学、安全的方法对影响数控机床精度的因素进行处理，只有这样才能保证数控机床拥有最好的工作状态，零件的加工质量也会得到进一步提升。

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