數控機床加工精度提高技術的進展及存在的問題
2020-9-16 來源：焦作市技師學院 作者：張 娜
摘 要：在機械加工中，很多情況下都會選擇使用數控機床來進行零部件的加工， 所以對數控機床的精度要求在逐步地提升。以實際生產情況作為出發點，重點分析數控機床加工精度提升的技術手段，同時分析所存在的缺陷和不足。
關鍵詞：數控機床；加工精度；提高技術；問題
在目前的機械加工領域內， 人們對于加工精度的要求是非常高的。而對于一些超級工業強國來說，他們已經不能滿足于精密加工的要求， 而逐步將高精密加工作為研究和發展的方向。當前很多工業發達的國家，已經將加工的精度從微米級提升到亞納米級， 甚至有些國家已經提升到納米級。對于現代數控機床來說，為了能夠促進加工精度的提升， 除了應該進行數控機床的基礎結構性能的提升，保證熱穩定性滿足要求，同時還應該從系統軟件方面來進行研發和應用， 從而可以使得其加工精度更高，比傳統的機床有很大的提升。
1、提高數控機床控制精度的發展情況分析
（1）提高數控機床系統控制精度：采用高速插補技術，使用微小程序進行精確控制，在連續進給中使單位精細化，在位置檢測裝置上采用更高的分辨率設備，進而可以提高位置檢測精度（日本已開發裝有 106 脈沖 ／轉的內藏位置檢測器的交流伺服電機， 其位置檢測精度可達到 0.01 μm／ 脈沖）， 位置伺服系統采用前饋控制與非線性控制等方法。
（2）采用誤差補償技術：采用反向間隙補償、絲桿螺距誤差補償和刀具誤差補償等技術， 對設備的熱變形誤差和空間誤差進行綜合補償。研究表明，誤差補償技術在提高數控機床精度方面有明顯的作用，開發潛力很大。
（3）采用網格解碼器：檢查和提高加工中心的運動軌跡精度，并通過仿真預測機床的加工精度，以保證機床的定位精度和重復定位精度，使其性能長期穩定，能夠在不同運行條件下完成多種加工任務， 并保證零件的加工質量，提高總體的加工技術水平。
2、影響數控機床加工精度的因素分析
2.1 機床自身對加工精度的影響
（1）進給機構。滾珠絲杠是數控機床中非常重要的結構組成部分，其對于加工精度的影響是比較直接的。因為加工設備在生產、制造等環節中，自身就會存在一定的誤差，要想從根本上消除這些誤差，應該有效地控制絲杠導程對系統脈沖當量的影響。
進給機構的機械傳動機構主要是減速齒輪、 聯軸節、滾珠絲杠副、支承軸承等。 這些部件在安裝中會存在間隙， 相互作用之下在運動中對精度造成過大的影響，直接造成整個設備加工無法達到標準的要求。
(2) 編程誤差。 一是插補誤差的影響。 插補運算環節，設備在運行中會存在隨機誤差，如果累計超出規定限值，就會導致機床的位移、定位都存在較大誤差，加工精度也會受到影響。二是編程逼近誤差的影響。在進行零件輪廓編程的過程中， 可以選擇使用列表曲線逼近的方式，此時會導致逼近誤差值不能有效的控制，進而導致出現加工誤差。
2.2 氣溫和工藝系統熱變形對加工精度的影響
（1）氣溫對加工精度的影響。 根據自然規律分析，溫度變化極易導致金屬出現熱脹冷縮的情況， 進而使得其結構尺寸發生一些微小的變化， 從而在加工中產生誤差。
（2）工藝系統熱變形對加工精度的影響。在機床加工環節，因為零部件之間相互作用而摩擦生熱，造成內部的各個部件會熱傳導不平衡使工件變形， 已經調整好的位置也會發生變化，工件和刀具運行準確性比較差，進而導致加工精度難以滿足實際運行的要求。
3、數控機床加工精度提高技術所存在的主要問題
經過大量的研究和試驗分析， 考慮到實際加工中所存在的問題和不足， 通過使用誤差補償技術來提升數控機床的加工精度，是非常有必要的，也能夠產生比較好的效果， 對于現代數控機床的加工有著極為重要的意義和價值。 但是結合國際上生產企業的實際情況來進行分析，該技術還沒有應用到實踐中，這主要是因為還存在以下幾個方面的問題。
（1） 誤差補償技術還沒有研發出一種通用的數控機床空間建模分析方法， 所以很多數學模型都不能應用到相同型號的機床來進行分析， 使得總體應用效果比較差。
（2）誤差參數識別技術還缺乏完善性，在具體的誤差識別中有著很多的問題和不足。
（3）誤差補償的實現效果會受到硬件系統的影響，因此導致其無法正常應用，技術升級效果比較差，如果進行技術改造，則會投入較多的資金和成本，且非常復雜。
（4）企業自身的經濟實力比較差，投入資金量也比較少，不能有效地研發出高水平的補償技術，所以也就無法直接應用到數控機床控制領域， 極大地影響數控加工技術的發展和進步。
（5）有些加工誤差與加工對象存在直接的關系，比如零部件的材質不同、 材料自身存在質量缺陷或者零部件設計缺乏合理性， 都會導致其加工精度受到比較大的影響。
4、結語
數控機床加工技術已經比較成熟， 但是加工精度方面依然有著很多的問題無法徹底地解決。 從這個角度出發，我們需要積極地總結經驗教訓，及時發現技術方面存在的缺陷和問題，完善技術體系，將先進的加工精度提升技術應用到實踐中， 促進數控加工工藝的發展和進步。 很多廠家已經研發出高精度的數控加工機床， 如上海機床廠有限公司成功開發出具有自主知識產權的“納米數控磨床”，為我國數控領域的發展起到了非常大的促進作用。 在未來的發展中， 相信我國數控機床技術一定會得到很大的提升， 達到世界先進水平，推動我國機械制造領域的全面發展。
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