数控机床精度分析

1数控机床精度分析。
根据GB/T16462-2007《数控车床和车削中心检验条件》，卧式数控车床精度检验主要有3大项：几何精度检验（GB/T16462.1-2007）；线性轴定位精度和重复定位精度检验（GB/T16462.4-2007）即位置精度检验；精加工试件精度检验（GB/T16462.6-2007）即工作精度检验。
数控车床几何精度主要包括主轴回转运动精度，线性轴直线运动精度。
主轴回转时，其回转轴线的空间位置应该固定不变，但实际上由于主轴部件中轴承，轴颈，轴承座孔等的制造误差和配合质量，润滑条件的影响，主轴实际回转轴线对其理想回转轴线呈现周期性飘移，即为主轴回转误差，表现为径向圆跳动和轴向窜动。主轴轴承精度等级，主轴支承轴颈的圆度误差，主轴前后支承的同轴度误差，主轴箱体与主轴轴承系统的刚性，主轴及随其回转的零件的不平衡，主轴箱装配质量及主轴回转过程中热变形等因素影响了主轴的几何精度。
机床床身底座刚性和动态特性-负荷切削下机床抗变形能力，导轨布置形式，导轨自身的几何精度，导轨润滑条件等因素影响了线性轴直线运动精度。GB/T16462.4-2007之线性轴定位精度是指在该轴行程内任意1个点定位时的误差范围，它综合反映了机床存在的几何误差，运动误差，热变形误差等，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，是数控车床最关键的技术指标。线性轴重复定位精度，反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。
影响数控车床位置精度主要有丝杠的导程误差，传动链的反向间隙误差，导轨的摩擦阻尼，滚珠丝杠轴系的装配精度，伺服电机的惯量匹配等因素。
数控车床的电机，液压泵，卡盘油缸等连续运转的部件在运动过程中摩擦产生的热量会引起机床结构件的温度产生波动。一方面，这些结构件会因温度变化产生线性尺寸的膨胀或收缩；另一方面，由于零件结构的不对称性，在内部热应力的作用下，必然出现结构的扭曲变形。结构件热变形也是影响数控车床位置精度的一个重要因素。
只有提高数控车床的几何精度和位置精度，其工作精度才有可能得到保证。数控车床工作精度不仅与机床自身静态精度有关，还与伺服系统跟踪误差，位置检测误差，刀具系统的位置误差，工件装夹误差有关。另外，加工工艺的合理性，操作者的编程水平也影响到零件加工的稳定性。因此，数控车床工作精度是一个综合影响的结果。
2提高数控车床精度保持性的技术措施。
数控车床已有数十年的发展历史，已积累形成了一系列

成熟的先进技术。生产1台性能稳定良好的机床，不是在于对每个零件提出很高要求，也不是在于选择使用高精度的配套件，而应在数控车床精度分析的基础上，掌握规律，从设计，制造开始就要进行全过程控制。
2.1做好数控车床的总体设计。
当前多数机床制造企业采取主机结构自行设计，功能部件外购的策略。机床整体设计遵循等刚度原则，把机床的变形均匀分配到力传递的每个部件上，避免刚度不均引起局部结构变形过大，出现刚度薄弱的部件。
机床机构重心对其动态特性性能影响很大，降低重心高度，可以有效提高摆动的模态频率。在满足结构静刚度条件下，尽可能减少上部结构的材料使用量，使其重心下移。
主轴系统热态特性优化设计对数控车床加工精度及精度保持性尤为重要，一旦机床批量生产后发现热误差缺陷，机床在结构布局上很难改进。主轴系统设计通常根据"热对称面"理论，即把最影响加工精度的零件配置在热对称面上，也就是说把通过数控车床主轴中心并垂直于床身底座的主轴箱安装面作为热对称面，主轴箱体两侧结构对称设计。这样就能消除主轴中心因箱体发热产生的零点飘移现象，大大改善热变形所引起的加工精度不良的状况。
2.2提高主轴箱系统及床身导轨的几何精度的措施。
对数控车床来说，其加工精度保持性在很大程度上取决于主轴箱系统的几何精度。设计人员要根据机床的加工精度要求和切削负荷类型，合理地确定主轴，轴承和主轴箱体的精度，选择合适的轴承类型，确定预加载荷形式。
因为轴承的内外圈均为薄壁件，主轴轴颈和箱体孔的形状和位置误差很容易引起轴承滚道变形，以至影响轴承的旋转精度。因此在加工过程中要严格按照主轴前后轴颈的同轴度要求，特别是要控制好主轴箱体前后轴承孔的圆柱度和同轴度。
精加工后的主轴箱最后要研磨轴承孔，如图1所示，主轴箱垂直放置，研磨棒通过芯棒和工艺套保证与后轴承孔同轴，径向尺寸可调的研磨棒通过调整尺寸，逐步改善轴承孔形状，最后按照主轴轴承要求选配间隙。
在主轴箱部件装配时应注意以下几点：保持轴承清洁度，按照轴承手册要求加适量锂基润滑脂，控制好润滑脂的量就可以达到有效抑制主轴温升的效果。
用扭矩扳手控制主轴轴承预加载荷（根据轴承手册提供的参数），以消除轴承的轴向游隙，提高轴承的刚度和主轴的旋转精度。
主轴组的动平衡质量直接影响主轴高速回转时的振动，从而影响加工精度。因此要按照主轴最高转速及精度要求，选择合适的动平衡

等级。
数控车床一直在向高速，高负荷，高精度方向发展，对机床床身底座，导轨结构设计以及其刚度，抗振性和摩擦特性都提出了更高的要求。
全功能数控车床一般采用斜床身形式，床身尽量设计成封闭筒形结构，使得木模及铸造工艺简单，减轻铸件质量。筒形结构相对增加了斜床身的抗弯和抗扭刚度，使机床在复杂的切削负荷条件下保持良好的精度。
在一定的伺服刚度条件下，运动副的摩擦特性直接影响数控车床的加工精度和工作稳定性。基于移动速度较快，机床导轨应首选负载能力较大的圆柱滚子直线导轨。
对于经常用于高负荷切削的数控车床来说，为保证机床有较高的刚性和良好的精度保持性，常采用镶钢滑动导轨副结构。经淬硬和磨削后的钢制滑动导轨用螺钉安装在经导轨磨床磨削的安装面上，钢导轨与底座上导轨键之间用注塑材料固化后消除间隙，最后再在导轨磨床上整体磨削，以确保导轨获得最佳的几何精度。
滑动导轨与移动元件（拖板，十字拖板）接触面积比较大，拖板要作快速微量进给，需要克服移动部件的惯量，极易产生爬行现象，滑动面之间应选择优良的摩擦材料。注塑材料因其静，动摩擦因数差值小，抗爬行性能好，在大，重型机床上应用比较多。但注塑工艺比较复杂，加工成本高，随着机床以聚四氟乙烯为基材的导轨贴塑软带性能的不断改良，贴塑导轨也得到了广泛应用。
在数控车床的使用过程中应保持良好的润滑条件，减小导轨的摩擦阻力，避免低速重载下发生爬行现象，减小导轨磨损，保证精度持久性。
2.3提高数控车床位置精度的措施。
在伺服系统设计过程中应注意惯量匹配及力矩匹配，增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间。
负载惯量JL由拖板及上面安装的刀架，滚珠丝杠，联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到伺服电机轴上的惯量组成，JL随切削负载改变而变化。JM为伺服电机转子惯量。要根据伺服电机的特性，控制JM与JL的比值。
在滚珠丝杠装配过程中应注意以下几点：丝杠两端轴承座固定后，确保丝杠上母线及侧母线分别与数控车床导轨主平面和次平面平行；确保丝杠螺母座轴线与丝杠轴线重合（修磨调整垫片）；确保丝杠螺母座安装端面与丝杠轴线垂直。丝杠是细长杆件，平行度偏差导致丝杠挠曲，直接影响定位精度。丝杠螺母与丝杠螺母座安装端面不垂直会导致螺母受力不均，丝杠摩擦发热严重，引起丝杠热变形，将影响重复定位精度。为保证丝杠有良好的刚性和动态特性，丝杠装配时必须做预拉伸

，以补偿因温升所产生的热变形。同时要控制丝杠两端的锁紧螺母的锁紧力矩和滚珠丝杠与伺服电机的联接刚度，否则会对机床的传动精度有影响。
应提高数控车床导轨的防护罩的性能和质量，钢制防护罩壳自身较重，其中间1层或几层护板是跟随拖板一起移动的，防护罩壳需要轻松，平稳的运行，不能有干涉现象，否则也会影响机床的定位精度。
2.4提高数控车床精度保持性的共性措施。
数控车床的床身底座，主轴箱，十字拖板等大结构件，在生产过程因铸造，热处理，机械加工产生的内应力残留在零件中，带有内应力的零件总是处于一种不稳定的状态。为消除内应力引起零件的结构变形和几何精度变化，应选用合适的时效方法来消除内应力，如自然时效，热处理时效或者振动时效；其次，合理安排加工工艺，包括粗，精加工的次序和加工余量的分配，时效的次数和时间，在精加工之前尽可能消除零件内部的残余应力。
在数控车床装配过程中，刀架与上拖板，主轴箱和底座的固定结合面，滚珠丝杠的螺母座和轴承座与其固定结合面一定要进行刮研并作着色检验，确保部件结合面的接触刚度，这也是提高机床精度保持性的措施之一。
数控车床切削过程发热量大，为控制并减小机床的热变形，要进行冷却处理，并且要能够自动及时地排屑；对于发热大的部位，应加大其散热面积，改善散热或采取隔热处理。
还应该做好来工厂验收机床的用户培训，使用户正确，合理使用机床，定期保养机床，这对提高数控车床精度保持性非常重要。
3结语。
目前用户对国内生产的高精度数控车床信赖度低，主要原因在于国产高精度数控车床的可靠性，精度保持性与境外先进产品还有差距。为了提高精度保持性，不仅要提高数控车床的设计水平，提高配套件技术含量，更应提高机床大件的制造工艺水平和装配综合调试水平，这需要大批优秀的专业工程师和技师。数控车床作为一个高技术集成产品，要想做好需要多年的技术和人才积累，不应急功近利。作为机床生产厂决不能只追求产品出厂时的良好精度指标，要对机床精度的持久性负责，要为用户持续创造价值提供可靠保证。