關(guān)于數(shù)控加工的誤差分析及應(yīng)對措施

許亞麗, 薛林濤（.新疆鋼鐵學(xué)校; .寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 8300）

關(guān)于數(shù)控加工的誤差分析及應(yīng)對措施

許亞麗1, 薛林濤2
（1.新疆鋼鐵學(xué)校; 2.寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 830022）

摘 要:數(shù)控加工精度高、速度快，是目前零件加工行業(yè)的主流方式。但數(shù)控加工同樣存在誤差，若不控制好，影響的將是一大片。文章首先從程序編制、加工工藝、操作層面、機床系統(tǒng)自身等多個角度分析了數(shù)控加工中可能形成的誤差來源，接著就如何應(yīng)對以上誤差進行逐一闡明，以期為提升數(shù)控加工水平而拋磚引玉。

關(guān)鍵詞:數(shù)控加工；誤差分析；應(yīng)對措施

0 引言

隨著生產(chǎn)加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工被廣泛應(yīng)用于精密零件的批量生產(chǎn)中。但數(shù)控加工牽涉環(huán)節(jié)多，潛在誤差源也相應(yīng)增加。不解決好誤差問題，將會影響到大批零件的可用性、精密性等。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗，從多個角度觀察誤差來源，并形成了系統(tǒng)的解決方案。

1 數(shù)控加工誤差來源分析

1.1 程序編制層面

數(shù)控加工執(zhí)行的依據(jù)是數(shù)控程序。在數(shù)控程序編制過程中會碰到一類問題：因數(shù)控裝置之間的插補功能互不相同，有些選擇直線方式逼近零件輪廓，有些則采用圓弧方式逼近零件輪廓；這樣，在臨近零件輪廓曲線的時候，逼近曲線和現(xiàn)實曲線會產(chǎn)生一個差值，也稱插補誤差。顯然，這種誤差取決于機床所運行的計算機軟件。

另外，編程原點的選擇也很重要，它關(guān)系到零件坐標尺寸計算的難易和加工精度。

1.2 具體工藝層面

從理論上講，加工零件可以有多種工藝選擇，但實際經(jīng)驗告訴我們，以下幾個方面是需要盡量避免的。（1）加工路線不合理。如對某些孔位置要求較高的零件，路線安排不當會將坐標軸反向間隙帶入，直接降低孔的位置精度。（2）刀具切入切出安排不當。主要指銑削整圓時(包括外圓和內(nèi)圓)，刀具沿何種方向切入以及退刀時機選擇。（3）工藝分析不足。主要指定位基準未統(tǒng)一，未充分考慮過渡圓弧半徑而出現(xiàn)欠切削或過切削現(xiàn)象；（4）平面加工時走刀次數(shù)過少。

1.3 機床部件層面

零件成型離不開刀具等關(guān)鍵部件的作用。刀具方面潛在的誤差主要包括：（1）刀尖圓弧與零件的錐面或圓弧不匹配，導(dǎo)致過切或少切現(xiàn)象；（2）機床各部件之間的縫隙以及運行過程中因彈性形變而出現(xiàn)的誤差(主要指齒輪、傳動絲杠、軸等有反轉(zhuǎn)間隙的構(gòu)件)；（3）零件加工中的高溫高剪切力環(huán)境使刀尖出現(xiàn)較大磨損而產(chǎn)生誤差。

驅(qū)動系統(tǒng)的誤差分析：加工過程中會有多次的坐標移動行為，對于未配置液壓驅(qū)動和鎖緊系統(tǒng)的數(shù)控機床，其刀具上升或下降過程會呈現(xiàn)一定滯后性，這樣在過拐角時極易產(chǎn)生“超程”誤差。

1.4 操作人員層面

主要包括以下幾個方面：（1）因責任心不強，出現(xiàn)對刀失誤，極大影響加工準確性；（2）不同測量者進行測量所得到的數(shù)據(jù)誤差；（3）裝夾不牢固，或未將工件放平、放穩(wěn)、放正，影響加工質(zhì)量；（4）程序輸入錯誤，如圓弧方向搞反，導(dǎo)致工件外形毀掉。

1.5 機床整體層面

眾所周知，誤差只能縮小，不能完全避免。數(shù)控機床雖然較普通機床精確，但其作為一個整體，仍然會呈現(xiàn)出系統(tǒng)誤差。這種誤差主要包括：（1）形位公差。即機床本體受重力等作用情況下產(chǎn)生的誤差，一般無法調(diào)整；（2）重復(fù)定位誤差。是驅(qū)動裝置受脈沖當量大小、均勻度、傳動路線等因素作用而形成的誤差，一般極小且穩(wěn)定。

2 應(yīng)對措施

2.1 提高人員素質(zhì)

無論機器多先進，人始終是最重要的生產(chǎn)要素。為了避免不必要的人為失誤，以及增強零件加工過程中的調(diào)整能力，均需加大操作人員的培訓(xùn)，使操作人員從整體上掌控數(shù)控機床的各項要素，從而全面提升職業(yè)技能、崗位責任心和安全意識。這樣，從主觀層面講，誤差的源頭得到最大程度的縮小。

2.2 合理、科學(xué)編程

對于復(fù)雜零件的加工，一般需要計算機輔助編程。由本文“1.1”可知，程序的薄弱處往往是軌跡和換刀點的設(shè)置，關(guān)于這方面的處理原則為：①適當增加節(jié)點數(shù)量，但同時兼顧程序執(zhí)行效率；②盡可能徹底開發(fā)機床內(nèi)部功能，優(yōu)化編程質(zhì)量；③不出現(xiàn)走空刀情況；④對整圓加工，注意不得從切點處退刀，應(yīng)安排一段沿切線方向的運動，對銑切內(nèi)圓，應(yīng)安排從圓弧過渡到圓??；⑤編程原點務(wù)必與圖樣尺寸基準相重合。

2.3 誤差補償措施

（1）反向間隙補償。前已述及，數(shù)控機床的齒輪、絲杠、螺母等存在反向間隙，會影響機床精度。為此，需定期對數(shù)控機床各坐標軸的反向間隙進行測定并進行軟件補償。反向間隙的補償分正方向補償和負方向補償兩種。說明：正方向補償是解決伺服電機空轉(zhuǎn)而工作臺無實際運動的問題，因此需在隙補償值中輸入一個正向值；負方向補償是解決伺服電機帶動機械部分運動而測量裝置沒反應(yīng)的問題，因此需在隙補償值中輸入一個負向值。

（2）螺距補償。數(shù)控機床存在多道曲線變直線的進給運動，不可避免產(chǎn)生螺距誤差，因此需對機床進行周期性檢定并補償誤差。方法：利用激光干涉儀，比較數(shù)控機床進給軸的定位位置與測量位置，計算整個行程上不同區(qū)間的誤差，將補償值手動輸入到數(shù)控系統(tǒng)當中。

（3）溫度補償。方法：對不同溫度下機床不同部位呈現(xiàn)出的定位誤差進行統(tǒng)計，繪制出誤差曲線，并計算位置偏差輸入PLC。

2.4 重點關(guān)注刀部分

（1）需將測量的“刀尖半徑值”輸進參數(shù)設(shè)定頁面。

（2）做好試切對刀工作。1）先后用“游標卡尺”和“螺紋千分尺”測量精準范圍以及實際精確值，有效規(guī)避目測誤差；2）刀具材質(zhì)合理、合適；3）確認工件、刀架等夾緊，工件伸出長度合適；4）定期檢測零點漂移狀況并及時做好調(diào)整工作。

（3）注意絲杠支承軸承等潤滑狀態(tài)。合理選擇皮帶長度，減少機床振動。盡量使皮帶拉力的主方向不與刀具運動的主方向重合。

3 結(jié)語

數(shù)控加工過程中，誤差無可避免，但可通過操作方法改進、細節(jié)方面關(guān)注、誤差補償做好等方面來盡量減少誤差幅度。鑒于數(shù)控機床的誤差來源是極其復(fù)雜的，今后在這方面還應(yīng)展開更深入的研究。另外，筆者認為，對于誤差的處理，我們不僅僅是采取措施來應(yīng)對，還應(yīng)有評定方法(如對影響誤差的不可確定因素進行不確定度評價)。相信在不久的將來，數(shù)控機床的誤差問題會得到更完美的解決。

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