數控加工質量控制技術

杜學飛

摘 要：

介紹了數控加工精度的概念及內容，分析在數控加工過程中造成誤差的主要原因即機床系統(tǒng)引起的誤差、刀具引起的誤差、定位引起的誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差、調整不良引起的誤差等。就以上因素提出提高機械加工精度的工藝措施，減少原始誤差；誤差抵消法；分解或均布原始誤差；轉移原始誤差。

關鍵詞：

數控加工精度；定位；刀具機床；工藝系統(tǒng)；措施

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2016）04021401

1 數控加工精度的概念及內容

數控加工是指在數控機床上進行零件加工成型的一種工藝方法。數控機床加工與傳統(tǒng)機床加工相比較，在工藝規(guī)程上從總體一致的，但也有顯著的變化。用數字信號控制零件和刀具相對位移的機械加工。它能夠適應品種繁多、形狀復雜、單件小批量、精度高的零件加工，也是實現(xiàn)高效率和自動化的有效途徑。

數控加工精度包含以下四個方面的內容：（1）尺寸精度是指零件實際尺寸的準確程度；（2）形狀精度是零件的被測要素相對于理想要素的準確程度；（3）位置精度是指零件的實際位置誤差與圖樣標注的位置誤差的準確程度；（4）表面粗糙度是零件表面的微觀幾何形狀誤差。

在數控加工過程中，由于多種因素的影響，相同的加工方法在不同的工作條件下所達到的精度是并不同的。不論哪一種加工方法，只要細心操作，精心調整，選用合理的切削參數進行加工，都會使數控加工的精度得到較大提高，然而這樣必然會降低生產效率，增加生產成本（誤差δ與成本C成反比關系）一種加工方法的加工經濟精度不應理解為某一個確定值，而應理解為一個范圍，在這個范圍內都可以說是經濟的。

2 數控加工造成誤差的主要原因

2.1 機床系統(tǒng)誤差

機床的制造、安裝及調試誤差和使用過程中的磨損均會直接影響數控加工精度。其中主要有主軸回轉誤差、導軌的直線誤差與傳動系統(tǒng)誤差。（1）主軸的回轉誤差，機床的主軸是安裝刀具或裝夾零件的基準，其誤差的大小將直接影響零件的加工精度。主軸的回轉誤差可以分解為徑向圓跳動、軸向圓跳動、傾角擺動三種基本形式。（2）導軌的誤差，機床導軌在加工過程中是運動形成的基礎，其誤差的大小將影響加工運動的基準。機床導軌誤差有：導軌的直線誤差和導軌的平行誤差。（3）傳動鏈誤差，由于傳動鏈中各元件的誤差、裝配誤差和磨損從而引起整個傳動鏈累積誤差。

2.2 刀具參數誤差

對于不同類型的刀具，刀具參數對加工誤差的影響程度不盡相同。定尺寸刀具和成形刀具會直接影響加工的尺寸精度和形狀精度，例如拉刀、鉸刀、鉆頭、形銑刀、齒輪模數銑刀、成形砂輪等。而采用展成刀具加工時，刀具切削刃的幾何形狀誤差和尺寸誤差將影響工件的形狀誤差和尺寸誤差，比如花鍵滾刀、齒輪滾刀、插齒刀等加工時，對于一般刀具（如銑刀、車刀等），其對加工誤差的影響很小。

2.3 工件定位誤差

工件定位誤差是被加工件在夾具上定位不準確而引起的加工誤差。對于同一批加工件，一經調整后，刀具與工件的相對位置不再發(fā)生改變了。因而前期工件定位誤差的大小將影響加工誤差的大小。

基準不重合引起的誤差，是由于工件加工時的定位基準與產品設計時零件圖上的設計基準及工序基準不重合引起的誤差。

定位副本身精度也會給加工帶來誤差。模具與夾具的制造不可避免的存在誤差，這個誤差的存在會產生基準不重合誤差；而且在加工載荷的作用下，模具與夾具會發(fā)生變形也會加劇工件定誤差。

2.4 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

（1）工件剛度的影響。在整個加工工藝系統(tǒng)中，加工件在切削力作用下，工件變形會對加工精度發(fā)生影響。若工件剛度遠低于機床、刀具、夾具，則其影響將很大。

（2）刀具剛度的影響。在加工過程中，不同的刀具其表現(xiàn)出的剛度不盡相同，對剛度很大的刀具其誤差影響很小，可忽略不計，例如外圓車刀車削直徑誤差、立式銑刀銑削深度誤差等；而對于剛度較小的刀具，誤差的影響將很嚴重，例如內孔車刀車削內徑誤差、立式銑刀銑削輪廓誤差、鉆孔孔徑誤差等。

（3）機床部件剛度的影響。機床的部件眾多，其剛度的計算繁雜，到目前為止只能用實驗的方法來測定。在加工載荷的作用下機床部件變形是非線性的具有卸載回滯現(xiàn)象。卸載回滯現(xiàn)象是當載荷消失后，卸載曲線并不與加載曲線重合，而是滯后于加載曲線，兩條線所包含的面積即為摩擦力與接觸變形產生的熱能。第一次卸載變形恢復不到加載起點，表明殘余變形的存在，但是通過多次加載卸載的反復后，加載曲線起點才與卸載曲線終點逐漸重合，殘余變形將減小為零。

2.5 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形引起對加工精度的影響非常嚴重，尤其在重載加工和精密加工過程中，熱變形所引起誤差約占總體誤差的60%。在加工過程中會產生大量的熱，機床、刀具和工件的溫度會逐漸升高，這將引起加工零件的誤差。

2.6 調整不當引起的誤差

在每個加工的工序中，都要對加工工藝系統(tǒng)進行調整工作。在對加工工藝系統(tǒng)進行調整中，不可能精確無誤，所以會產生誤差。這個誤差將會在加工過程中傳遞到刀具，造成加工誤差。加工工藝系統(tǒng)中，刀具系統(tǒng)、工件和夾具系統(tǒng)、機床各部件互相位置精度，將通過一系列的調整工作來保證的。當原始精度都能夠達到工藝要求時，調整精度對加工精度起到決定性的作用。

3 提高數控加工精度的措施

3.1 減少原始誤差

減小數控加工的原始誤差的措施主要分幾個方面：（1）提高機床主軸的回轉精度。（2）提高機床導軌的直線度和平行度精度。（3）提高夾具、量具、工具制造精度及整個工具系統(tǒng)的剛度。

當加工系統(tǒng)受力、受熱時，變形能夠較小，從而引起的加工誤差較小。我們需要對產生的誤差逐一分析，找出其成因，對不同原因產生的誤差采用不同的解決方法。那么對于加工精密零件，在盡可能提高機床系統(tǒng)的幾何精度、系統(tǒng)剛度的同時還要盡量減小加工產生的熱量或實施冷卻；而對于成形表面的加工，主要是減少刀具形狀誤差與刀具的安裝誤差。

3.2 誤差抵消法

在實際加工過程中，原始誤差的減小是有很大的局限性。這時可以采用抵消法來減小加工誤差。

抵消法是分析原始誤差產生的結果，人為地制造出一些本來系統(tǒng)不存在的反向誤差，用這些新產生的反向誤差來抵消原來工藝系統(tǒng)中固有的誤差，從而提高數控加工精度。

3.3 分解或均布原始誤差

在批量加工中，可以采用分解某些原始誤差的方法來提高一批零件的加工誤差。但是對要求精度很高的零件，需要采用不斷試切的加工方法均布原始誤差。

（1）原始誤差的分解是通過對誤差的規(guī)律分析，將加工件按精度等級分為若干組別，每個組別的誤差范圍將縮小了。然后各組的參數風別調整刀具的位置，致使各組誤差分散中心基本重合，這樣一個批次加工零件的誤差就縮小了。

（2）均布誤差是通過特定的方法使原有的誤差不斷縮小和均布。通過比較和檢驗加工件的誤差，找出各個誤差的差異，然后進行相互修正加工或者基準加工。

3.4 轉移原始誤差

原始誤差在誤差敏感方向上的影響很大，而在非敏感方向上的影響很小。那么在加工過程中如果設法將這些誤差轉移到非敏感方向，就會對原始誤差對加工的影響大大減弱，提高零件的加工精度。轉移原始誤差就是將原始誤差從誤差敏感方向轉移到不敏感方向上去。

4 結束語

在數控加工過程中，誤差的產生是不可避免的。逐一分析每一個誤差的產生原因，了解每一個誤差對加工精度的影響程度及特性，再根據其特性采用合理的措施加以抑制，從而提高數控加工精度，優(yōu)化產品的質量。

參考文獻

[1]王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.

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