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作者: 张鹏
摘要：随着社会技术的进步，目前人们迫切的需求提高数控机床的加工精度，从而生产时更好的设备。本文针对实际的情况，探讨数控机床加工精度提高的技术手段，并指出现阶段存在哪些不足，希望可以推动我国数控机床的发展。
关键词：数控机床 加工精度 发展 不足
1、前言
当前，在机械加工高精度的要求下，世界各工业强国已经不能满足于精密加工了，而是把超精密加工作为数控机床的未来发展方向。其精度已经从微米级发展到亚微米级，甚至纳米级。现代数控机床上，为提高数控机床的加工精度，类似传统机床对数控机床基础大件结构特性和热稳定性要求逐步提高以外，从系统软件方面的提高更显示出数控机床的高精度提升前景远远优于传统机床。
2、提高数控机床的控制精度的进展
（1）提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，使用微小程序进行精确控制，在连续进给中使单位精细化，在位置检测装置上采用更高的分辨率设备，进而可以提高位置检测精度（日本已开发装有106脉冲/转的内藏位置检测器的交流伺服电机，其位置检测精度可达到0.01μm/脉冲），位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法；
（2）采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究表明，误差补偿技术在提高数控机床精度方面有明显的作用，开发潜力很大。
（3）采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。
3、影响数控机床的精度的因素
3.1 机床本身对加工精度的影响
3.1.1 进给机构
滚珠丝杠导程误差的影响。由于加工设备本身存在一定的误差，从而不可避免的产生导程误差，而丝杠导程直接影响系统的脉冲当量，进而影响加工精度。
进给机构间隙的影响。进给机构的机械传动由减速齿轮，联轴节，滚珠丝杠副及支撑轴承组成。这些零件之间存在一定的空隙，在相互工作时也会对工作台进给精度产生影响。特别是在运动换向时这些间隙对机床加工精度影响更大。
3.1.2 编程误差
插补误差的影响。插补运算过程中会产生随机误差，当它累计到一定的数值后就会使机床产生移动和定位误差，影响加工精度。
编程中逼近误差的影响。当加工零件的轮廓方程未知时，变成则采用列表曲线逼近的方式，此时产生的逼近误差值则难以确定，从而导致产生加工误差。
编程时的圆整误差影响。脉冲当量值决定了机床可能加工的精度界限，由于零件尺寸在数学处理时只能圆整到一个脉冲当量，从而造成编程时的圆整误差，该误差影响加工零件的尺寸精度。
3.2 气温及工艺系统热变形对加工精度的影响
（1）气温对加工精度的影响。众所周知，温度的变化会导致金属材料的热胀冷缩效应，从而对一些零件的尺寸会产生细微的变化，进而在加工中产生一定的误差。
（2）工艺系统热变形对加工精度的影响。在机床加工的过程中由于零件之间摩擦生热的原因，导致接触的零件之间热传导的不平衡性出现。严重时会导致工件变形，已经设置好的位置就会发生变化，造成工件和刀具之间相对运动的准确性出现误差，从而影响机床的加工精度。
4、在提高精度方面存在的不足
研究人员通过一系列试验和实际调查发现采用误差补偿技术来提高数控机床的精度在工程上是非常具有现实意义的。主要表现在两个方面：首先是采用误差补偿技术可以比较容易的达到需要的精度水平，而且对硬件设备的成本要求不是很高；然后是在满足一定的精度要求情况下若采用误差补偿技术，则可大大降低仪器和设备制造的成本，具有非常显著的经济效益。然而，误差补偿技术虽然能满足工厂的高精度、低成本的实际生产要求，但从国内各机床生产企业看，该项技术并未被企业所掌握和广泛应用，有如下的几个原因：
（1）误差补偿技术缺少一个通用的数控机床空间建模方法，这样导致建立的数学模型不能用于同一类型的不同型号的机床分析；
（2）对于误差参数的识别技术还不完善， 在对误差的快速识别方面还存在缺陷；
（3）误差补偿的实现方法受到数控系统硬件限制，在技术升级方面的潜力不足，改造起来比较复杂；
（4）企业本身对技术升级的资金投入不足，不能将补偿技术很好的揉入本企业数控机床的控制系统，在工业领域的大规模应用还存在困难；
（5）有些加工误差与机床的被加工对象相关， 如不同材质的加工件，或因质量问题导致的加工件原材料属性不均衡等。
5、结语
我们在提高数控机床的加工精度时要注意总结经验，找出技术的不足之处，这样才能推进数控工艺更好的发展。在不断发现问题，改正缺陷的过程中完善技术，我国的数控技术也在高精度方面奋起直追，如上海机床厂有限公司成功开发具有自主知识产权的“纳米数控磨床”，北京机床所精密机电公司能提供自行开发的超精车床和超精曲面加工机床。相信在不久的将来，我国的数控机床技术一定会赶超国际水平。
参考文献
[1]李小力.数控机床综合几何误差的建模及补偿研究[D].武汉：华中科技大学，2006.
[2]陈云卿.数控车床编程与技能训练[M].北京：化学工业出版社，2006，6．
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