数控机床定位精度的综合分析
随着我国现代化工业的发展和现代工业对高精度的要求，数控机床的应用已经十分广泛。高精度是数控机床最明显的优势之一，而定位精度，则是数控机床控制精度的一个重要指标。数控机床定位精度的定义为：“机床的可动部件在数字控制系统控制下，快速或匀速运动时所能达到的预设坐标精度，是数控机床区别于普通机床的一个显著标志”。还可以用误差来表示机床的定位精度，主要包括：“控制系统误差，导轨直线度误差，反向间隙误差，温度误差”等，机床定位精度会严重影响数控机床工作时的加工作业精度，所以，定位精度是决定数控机床性能品质高低的重要参数之一。
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1 影响数控机床定位精度的各主要因素
1.1 导轨直线度对于数控机床定位精度的重要影响
数控机床由于长期的生产加工，会导致数控机床的各系统部件产生应力变形，会改变数控机床的导轨几何精度，由于导轨发生了水平度和平行度的变形，会改变数控机床工作作业的相应导轨与滑体之间的接触力与摩擦力，必然会导致数控机床的滑体和导轨之间的各配合面中出现不均匀的间隙，增加数控机床导轨直线误差，降低数控机床的定位精度。经过大量实际测量，发现数控机床的导轨的中段发生弧面弯曲是导致产生导轨直线度误差最主要的原因之一，一般可以使用“双频激光干涉仪”对导轨直线度进行精确检测。
使用“双频激光干涉仪”检测的具体方法为：“首先在数控机床需要测量的坐标轴的方向上安装光学检测装置，调整激光头指向，使机床滑体移动轴线与测量轴线平行或共线，保持光路准直，待激光预热后输入测量参数，按规定的测量程序对机床导轨直线度进行测量，最后分析数据并给出测量结果”。通过理论推导以及经过对大量检测数据进行分析表明，在导轨不存在直线度误差的理想条件下时，“激光干涉仪”实际测量值与数控机床工作台滑体的理论行程相等。而在实际条件下的运行情况中，由于导轨并不会保持绝对的直线度，测量结果中可以明显看出，机床的工作台滑体实际工作行程与“激光干涉仪”测量值实际并不相等，即产生直线度误差误差。导致这种测量结果的原理是：滑体的理论行进方向与滑体在某个特定位置时由于导轨存在直线度误差而产生微小的角度偏差，称为偏差角β，从而影响到固定于工作台的“激光干涉仪”的检测反射棱镜组，“激光干涉仪”的检测反射棱镜组因为偏差角β的存在会随之产生一定偏摆，最终导致测量结果中的“激光干涉仪”的实际测量值与工作台滑体的位移行程不一致。
1.2 丝杠螺距误差对于数控机床定位精度的影响
数控机床所使用的丝杠也存在一定的误差的，因为在加工制造丝杠的过程中也会必然存在一定的加工误差，因此，丝杠的螺距其实并不是均匀的，当这种误
差达到一定程度时，就会导致实际加工生产中产生不均衡的传动进给量，再加上数控机床在长时间工作中各系统部件的摩损，这些情况都会导致“机床系统检测控制回路”为了达到最佳位置而不断的搜寻，导致因为跟踪误差过大而降低机床定位精度。
1.3 环境温度对于数控机床定位精度的影响
温度误差一直是机械加工时的最主要的误差之一，也最难消除。因为数控机床的机体暴露于环境中进行加工作业，由于环境温度的发生改变，导致机床导轨及工作台或传动系统等各系统部件产生热胀冷缩的变形，这时当数控机床进行精密加工时，就会发生控制系统指令坐标值和实际位移坐标值并不一致，因而产生误差，因此降低温度误差对于提高定位精度非常关键。
1.4 数控机床的震动对于定位精度的影响
数控机床在进行高速定位和加工作业过程中，由于受到各部件摩擦阻力、各部件应力，刀与加工工件的摩擦力以及工件自身应力影响，床身会产生程度的震动，这时控制系统指令坐标值和实际行程坐标值就会产生一定的偏差，降低数控机床的定位精度，由此可见震动误差对于定位精度的影响是非常大的。
1.5 反向间隙对于数控机床定位精度的影响
所谓反向间隙误差的定义是指由于丝杠和螺母之间在结合处必然会存在一定的间隙，所以机床工作中（特别是做换向动作时），在一定的角度内会出现工作台动作滞后的现象，这种现象产生的原理是：在数控机床工作时，由于在受力一侧螺母与丝杠存在的间隙，导致在间隙消除之前，尽管丝杠转动，但是工作台并不移动，产生空动现象。如果由于工作中的误操作或者螺母在实际生产加工中受力发生弹性变形，倒置存在当的间隙距离过大，就会倒置数控机床在做加工動作时的反向间隙过大，因此导致在丝杠和螺母发生相对位移时，机床实际位移行程会相应的加大或缩小，如果反向间隙误差严重则必然会降低数控的定位精度。所以此，现在数控机床的工艺对于进给系统的反向间隙误差的限制都是非常严格的。
2 数控机床提高定位精度的方法
2.1 选用高精度导轨并为导轨安装导轨防护罩
由于数控机床定位精度受导轨直线度的影响非常大，因此导轨的平行度、水平度、刚性以及承载力等就是数控机床的重要参数。可见保证和提高导轨精度对于提高机床的定位精度作用很大。为导轨添加“钢制伸缩式导轨防护罩”是保证和提高到导轨的直线度的常用办法，相应改变“钢制伸缩式导轨防护罩”节数，为了减少总节数而加长每个单节。一股情况下应该保持5：1和3：1之间的最小压缩比例和最大拉伸比例。
2.2 对传动系统的反向间隙作出补偿
对传动系统的反向间隙进行合理的补偿可以有效的提高数控机床定位精度。补偿方法因为受到具体条件、硬件设施和环境的不同而不同，比如：应用反向间隙对计算机数控（computer numerical control，CNC），可以在保持原数控机床机械系统结构的情况下对传动系统的反向间隙进行合理的补偿；或者通过更换传动系统的部件来进行调整和补偿。
2.3 减少温度对定位精度的影响
由于环境温度的变化，数控机床的机械部件也会产生相应的热胀冷缩的变形，因此直接影响数控机场的定位精度，对精密的数控机床加工设备和加工作业影响尤其明显，因为不同的数控机床对于温度和湿度等环境要求不同，所以要为数控机床建立相应稳定的工作环境，以减少环境因素对于精密机械产生的影响。
3 结论
本文主要通过以上对于影响数控机床定位精度的诸多因素的分析，说明数控机床在选择环境、安装、已经投入生产后的运行和维护的要求，以及补偿方法。由于现代工业的飞速发展，精度成为工艺要求中最重要的标准之一。因此提高数控机床的定位精度对于提高工业加工企业的产品质量和竞争力更加重要。
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