數(shù)控機(jī)床加工操作中的誤差解析

【摘 要】隨著新科技、新材料的廣泛投入，現(xiàn)代機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)也邁入了信息化、數(shù)字化時(shí)代，其中數(shù)控機(jī)床以迅猛的發(fā)展速度快速在機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域普及開(kāi)來(lái)，大幅度提升了生產(chǎn)效率、質(zhì)量和加工精度，促進(jìn)了精密零件加工發(fā)展。一定程度上說(shuō)，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)來(lái)源于數(shù)控機(jī)制以及其自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，但數(shù)控機(jī)床并非“萬(wàn)能工具”，其自身也存在功能局限性，加上外界因素、人為影響以及非機(jī)械因素，數(shù)控機(jī)床加工操作中出現(xiàn)誤差的現(xiàn)象也很常見(jiàn)。本文中筆者針對(duì)這些誤差現(xiàn)象展開(kāi)歸納分析，并提出形成原因，進(jìn)一步給出有效的改進(jìn)方法。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；數(shù)控操作；誤差原因；誤差解析

中國(guó)機(jī)械制造業(yè)從21世紀(jì)初至今，基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的全面覆蓋，其普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家。但對(duì)于其他方面尚未成熟的中國(guó)制造業(yè)而言，數(shù)控機(jī)床的引入以及其高精度、快速度等特征能否得到充分體現(xiàn)，依然是一個(gè)研究關(guān)鍵。同時(shí)，人們對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程容易產(chǎn)生認(rèn)知誤差，認(rèn)為數(shù)控機(jī)床的精度是可以完全保障的。事實(shí)上，數(shù)控機(jī)床所謂的“數(shù)字化精確度”是在理想環(huán)境下才能得到，但在現(xiàn)實(shí)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，存在大量人為的、非機(jī)械類的干擾要素，數(shù)控機(jī)床自身難免受到影響，出現(xiàn)誤差也是必然。

一、數(shù)控機(jī)床加工操作中的誤差產(chǎn)生原因

鑒于機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及涉及要素的復(fù)雜性，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床加工操作中產(chǎn)生誤差的原因很多，結(jié)合筆者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，主要的原因有以下幾種：

第一，數(shù)控機(jī)床編程導(dǎo)致的誤差。很顯然，數(shù)控機(jī)床可以有效地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)?；?yīng)，這源于它采用的數(shù)控技術(shù)，其中最關(guān)鍵的是編程軟件及代碼。由于數(shù)控軟件編程代碼中出現(xiàn)誤差（插補(bǔ)誤差），那么在生產(chǎn)過(guò)程中必然形成一系列的相同效應(yīng)。例如借助直角、圓角、直線等在零件輪廓逼近的過(guò)程中形成的誤差，雖然符合設(shè)計(jì)圖的要求，但卻嚴(yán)重的脫離了加工精確性。

第二，數(shù)控機(jī)床刀角圓弧的誤差。由于加工材料的剛度、韌性較高大，車床刀具在進(jìn)行切割的過(guò)程中不可能保持持續(xù)穩(wěn)定，微弱的變化可能導(dǎo)致刀尖圓弧產(chǎn)生影響，當(dāng)然，大幅度的尺寸、外觀影響并不會(huì)出現(xiàn)，主要集中在錐面、圓弧等加工過(guò)程中，如出現(xiàn)多切、少切、變形等問(wèn)題。

第三，操作過(guò)程出現(xiàn)的測(cè)量誤差。測(cè)量是展開(kāi)數(shù)控機(jī)床加工的前提，如果測(cè)量出現(xiàn)了誤差，那么生產(chǎn)中的精度必然會(huì)受到影響。其原因包括兩個(gè)方面，第一是測(cè)量人員自身缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性，測(cè)量不科學(xué)、不準(zhǔn)確，第二則是由測(cè)量工具導(dǎo)致的誤差。

第四，刀具磨損導(dǎo)致的操作誤差。前面已經(jīng)闡述過(guò)，數(shù)控機(jī)床的加工材料硬度、剛度、韌性都很大，那么在長(zhǎng)期的操作中必然對(duì)刀具產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損。特別是一些金屬材料的加工操作中，會(huì)產(chǎn)生極高的溫度和氧化作用，進(jìn)而導(dǎo)致磨損加劇，刀尖的磨損必然會(huì)影響預(yù)計(jì)精確度，最開(kāi)始工作的時(shí)候，刀尖磨損的速度會(huì)比較快，后來(lái)就會(huì)越變?cè)叫?；如下圖所示，屬于典型的刀具磨損導(dǎo)致的輪廓誤差。

第五，反向失動(dòng)量及對(duì)刀誤差。機(jī)械加工生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床會(huì)由于機(jī)械之間出現(xiàn)的縫隙以及機(jī)床傳動(dòng)部件的彈性形變而導(dǎo)致出現(xiàn)的誤差，這種誤差屬于是反向失動(dòng)量引起的，此外，對(duì)刀的過(guò)程中也容易出現(xiàn)誤差，這主要是由于操作系統(tǒng)的進(jìn)給修調(diào)比例值不對(duì)稱造成的。

第六，機(jī)床系統(tǒng)誤差。數(shù)控機(jī)床并非“鐵板一塊”，它也是由諸多部件構(gòu)成的，那么在本體上也會(huì)出現(xiàn)公差現(xiàn)象，雖然在一定情況下其穩(wěn)定性、整體性良好，但均勻度和傳動(dòng)路線都會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)。

二、數(shù)控機(jī)床加工操作中減小誤差的方法

科學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，只有在理想環(huán)境下才能完全消除誤差，現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中誤差是必然存在的，只要將其控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，就不會(huì)對(duì)產(chǎn)品功能需求造成影響。因此，基于數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生誤差的原因，可以從以下三個(gè)方面展開(kāi)減小誤差的方法探討。

首先，對(duì)數(shù)控機(jī)床的程序編寫提高要求。程序編寫直接影響著數(shù)控機(jī)床批量化生產(chǎn)的效果，在零件進(jìn)行數(shù)控加工之前，必須要把具有一定可行度的加工程序編寫出來(lái)，編寫程序通常來(lái)說(shuō)有兩種方法：其一，采取手工編程的方式，這在大量嵌入式設(shè)備中具有體現(xiàn)，其二則是利用計(jì)算機(jī)輔助軟件編程，筆者比較傾向于這一種，計(jì)算機(jī)輔助編程的方式可以規(guī)避很多人為失誤，在精確控制方面也更科學(xué)，甚至可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模擬。

其次，對(duì)數(shù)控機(jī)床的刀具應(yīng)用提高重視。刀具產(chǎn)生的誤差也來(lái)源于兩個(gè)方面，其一是刀具自身受到嚴(yán)重磨損的情況下，那么在加工的過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)精確度誤差。其二是對(duì)刀誤差，要減小誤差就要關(guān)注刀具的選擇，一方面要滿足高速度切削需要，另一方面則要具有相對(duì)的穩(wěn)定性。

再次，對(duì)數(shù)控機(jī)床的整體誤差進(jìn)行把控。數(shù)控機(jī)床本身就存在大量的測(cè)量校對(duì)要求，相比普通機(jī)床而言，其管理要求更嚴(yán)格、涉及內(nèi)容也更多，如果采用普通機(jī)床的管理方法來(lái)對(duì)待數(shù)控機(jī)床，很顯然是不合理的。在管理方面要集中展開(kāi)，按照生產(chǎn)需要合理布局，減少數(shù)控機(jī)床周邊的影響因素。在誤差檢測(cè)方面，可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行整體管理，實(shí)現(xiàn)信息共享，滿足參數(shù)對(duì)比的要求，從中發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自身存在的問(wèn)題。

三、結(jié)束語(yǔ)

值得說(shuō)明的是，“誤差”并不是錯(cuò)誤或失誤，在科學(xué)研究范疇內(nèi)討論“誤差”是合理的，任何一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯炕蚓艿脑O(shè)備中都可能存在誤差，理論上也認(rèn)為誤差是不可避免的。但是，落實(shí)到機(jī)械加工層面，應(yīng)該盡量的減小誤差，將其控制在近乎可以省略的程度，并形成科學(xué)連貫的審核模式。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是大批量、大規(guī)模的加工，還是個(gè)性化、小批量的加工，都應(yīng)該盡量控制誤差、提高精確度。

作者簡(jiǎn)介：王鋼（1979-），男，四川省自貢市人，自貢市職業(yè)培訓(xùn)學(xué)院，機(jī)械加工教研室教師，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，從事數(shù)控加工專業(yè)教學(xué)工作。

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