數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素及提高探討

譚袁媛

（白城市洮北區(qū)農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，吉林 白城 137000）

引言

數(shù)控加工就是機(jī)床按照事先設(shè)定好的程序進(jìn)行加工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對加工難度高、加工程序復(fù)雜的零部件進(jìn)行加工，比如軸類部件、盤類部件等。在現(xiàn)階段自動化技術(shù)的應(yīng)用下，數(shù)控加工的生產(chǎn)效率不斷提高，生產(chǎn)的質(zhì)量越來越好，在為企業(yè)帶來足夠利益的同時，也提供了很大的便利。但數(shù)控加工仍然存在很多質(zhì)量上的問題，影響加工的進(jìn)行。

1 數(shù)控加工質(zhì)量的影響因素

1.1 數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差

數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的加工誤差，主要可以分為三個部分：一是開環(huán)控制系統(tǒng)、二是閉環(huán)控制系統(tǒng)、三是半閉環(huán)控制系統(tǒng)。三者產(chǎn)生的誤差原因不盡相同。開環(huán)控制系統(tǒng)在數(shù)控加工中，收到系統(tǒng)給出指定的命令后，利用驅(qū)動電路將指令放大，使驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動，最后再利用齒輪的減速裝置將絲杠轉(zhuǎn)動起來，利用絲杠螺母的轉(zhuǎn)換性能，使平臺的部件發(fā)生偏移。開環(huán)控制系統(tǒng)由于沒有安裝相應(yīng)的校正控制和位置反應(yīng)裝置等，同時也沒有安裝工作臺的位置檢測裝置，因此，在命令傳遞和執(zhí)行的過程中，位移精準(zhǔn)度不高，而且還很容易受到支撐件的干擾，產(chǎn)生較大的機(jī)床誤差。閉環(huán)控制系統(tǒng)誤差是由于絲杠螺母傳動間距問題，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)動過程中精準(zhǔn)度受到巨大的影響。半閉環(huán)裝置因?yàn)楣ぷ髋_在位移的過程中受到反應(yīng)環(huán)的干擾產(chǎn)生誤差[1]。

1.2 機(jī)械產(chǎn)生的誤差

數(shù)控機(jī)床在工作的過程中，可以通過液壓驅(qū)動的方式減少機(jī)床在上升和下降過程中的工作時間，也可以通過鎖緊裝置減少工作的時間。因此，不管是哪一種檔次的機(jī)床在升降速的過程中，總會存在一定的時間差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動出現(xiàn)滯后的情況，一旦系統(tǒng)開始工作，磨具在工作中會因?yàn)闀r間差的問題導(dǎo)致超程的出現(xiàn)，進(jìn)而出現(xiàn)誤差。

1.3 加工產(chǎn)生的誤差

加工產(chǎn)生的誤差主要是因?yàn)樵诩庸ち慵倪^程中，使用的刀具并不能完全緊密貼合，加工的軌跡也不能夠確保準(zhǔn)確無誤，不管是刀具或者是加工的軌跡都會存在一定的誤差，但這僅僅是設(shè)計(jì)的問題，而不是操作和設(shè)備的問題。一般來說，這種情況產(chǎn)生的誤差，屬于不可避免的情況，因此，只要誤差控制在可接受的區(qū)間之內(nèi)，就會得到認(rèn)可。

1.4 位置誤差

在實(shí)際的數(shù)控加工中，位置誤差也是影響加工質(zhì)量的重大因素之一。雖然現(xiàn)階段很多的零件不管是質(zhì)量上還是形狀上都相當(dāng)精良，不會存在較大的誤差，但是由于零件在設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮表面形位公差等方面的因素，需要在實(shí)際的過程中，克服機(jī)械運(yùn)動的摩擦力，比如說傳動的間隙、彈性形變等問題。雖然這種誤差能夠在閉環(huán)系統(tǒng)中得到一部分的抑制作用，但效果并不明顯，而出現(xiàn)在開環(huán)系統(tǒng)，就會產(chǎn)生較大的誤差，進(jìn)而導(dǎo)致加工的質(zhì)量下降、加工的速度變慢[2]。

1.5 切割量

切割量對于數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量也有著很大的影響，由于切削量的不同，加工的精度也不盡相同。切割量的變化是隨著進(jìn)給量和速度以及深度等變化而變化。在數(shù)控加工中，每一個選擇的確定都會影響加工的精度，也會影響零件在加工后表面的粗糙程度。因此，在這個過程中，通過控制切割量的變化能夠有效提升加工精度。比如說，在加工操作的過程中，背吃刀量的選擇就會影響加工的質(zhì)量。

1.6 刀具制造的誤差

在數(shù)控加工中，刀具是必不可少的一環(huán)，也是加工質(zhì)量的影響因素之一。刀具的制造在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)的過程中都會出現(xiàn)一些誤差,或設(shè)計(jì)誤差，或制造誤差，誤差的存在就會導(dǎo)致刀具在數(shù)據(jù)加工中出現(xiàn)質(zhì)量方面的問題。另外，刀具在生產(chǎn)過程中的誤差雖然能夠得到有效控制，但隨著時間的流逝，誤差越來越大，影響零件的加工精度，降低產(chǎn)品的質(zhì)量。

2 提高數(shù)控加工質(zhì)量的技術(shù)

2.1 螺距補(bǔ)償

現(xiàn)階段，大部分的數(shù)控機(jī)床都有螺距補(bǔ)償?shù)哪芰?，能夠?qū)\(yùn)動方向的部位進(jìn)行誤差性補(bǔ)償。而高級的數(shù)控機(jī)床已經(jīng)擁有了直線度補(bǔ)償?shù)墓δ?。但是由于?shù)控機(jī)床誤差存在著非常強(qiáng)的空間性，因此，僅僅采取螺距補(bǔ)償是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

2.2 坐標(biāo)點(diǎn)的補(bǔ)償

坐標(biāo)點(diǎn)的補(bǔ)償就是通過機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)針對機(jī)床外部的坐標(biāo)點(diǎn)偏移的狀況，根據(jù)溫度、坐標(biāo)、切削力等多方面數(shù)值判斷而實(shí)施的誤差補(bǔ)償。這種補(bǔ)償方式，對于系統(tǒng)的加工作業(yè)不會造成任何的影響，而且由于誤差模型的修改比較方便，所以在進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)臅r候也非常靈活有效。一般來說，國內(nèi)大部分的數(shù)控機(jī)床都擁有了此種類型的補(bǔ)償器。此類補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟硎抢脺囟葌鞲衅鲗C(jī)床的溫度變化誤差情況進(jìn)行采集，同時采集機(jī)床工作的運(yùn)動坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)主要是在幾何方面存在的誤差。采集完這些數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)信號會被輸送給實(shí)時補(bǔ)償器，補(bǔ)償器內(nèi)部的模型會對信號進(jìn)行對比和計(jì)算，計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)恼`差值，然后將這個數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中，系統(tǒng)會根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)械工作參數(shù)的修正完成實(shí)時補(bǔ)償。除此之外，此類系統(tǒng)還可以和激光測量儀或位移傳感器對機(jī)床工作中的幾何誤差和熱誤差進(jìn)行測量，得到更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)[3]。

2.3 復(fù)合誤差補(bǔ)償

復(fù)合誤差補(bǔ)償主要是機(jī)床坐標(biāo)的幾何補(bǔ)償和熱誤差補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)合。由于機(jī)床在加工的過程中總是會受熱，而且會隨著溫度的變化誤差一直增大。在這種情況下，使用簡單的幾何補(bǔ)償措施效果并不明顯，因此需要結(jié)合幾何誤差和熱誤差，在不同的溫度下實(shí)行不同的補(bǔ)償措施。

2.4 五軸數(shù)控機(jī)床誤差解耦實(shí)時補(bǔ)償

五軸數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償是由于機(jī)床在運(yùn)動的過程中由于轉(zhuǎn)動引起了移動，因此在補(bǔ)償?shù)倪^程中需要進(jìn)行解耦。在五軸數(shù)控機(jī)床誤差的過程中，需要對各個部件的運(yùn)行順序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，僅為對機(jī)床空間上的綜合性補(bǔ)償。一般來說，補(bǔ)償?shù)目刂七^程有兩種：一是利用集裝的二轉(zhuǎn)動軸，通過其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方式，不斷修復(fù)刀具與被加工零件之間的空間誤差；二是根據(jù)機(jī)場的三轉(zhuǎn)軸，通過對被加工零件與刀具原始位置與工作位置的空間誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

3 提高數(shù)控加工質(zhì)量的措施

3.1 對優(yōu)化數(shù)控車床進(jìn)行整體設(shè)計(jì)

我國機(jī)床制造單位在生產(chǎn)的過程中，除了一些重要、精密的部件需要進(jìn)行采購?fù)猓渌牟课欢际亲晕以O(shè)計(jì)制造的，不僅減少了生產(chǎn)的成本，而且也保證了機(jī)床的質(zhì)量。機(jī)床的加工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個機(jī)床設(shè)計(jì)制造的重要組成部分，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，工作人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，把控機(jī)床零件，從而提升機(jī)床的整體生產(chǎn)質(zhì)量。除此之外，主軸系統(tǒng)也是數(shù)控機(jī)床重要的一環(huán)，在設(shè)計(jì)的過程中，可以結(jié)合“熱對稱面”理論，優(yōu)化主軸系統(tǒng)。另外，應(yīng)將可能影響到數(shù)控機(jī)床加工的精度相關(guān)零件應(yīng)放置到熱對稱面上，采用這種方式可以提高加工精度，避免存在誤差情況。

3.2 對可能存在的誤差情況進(jìn)行提前防范

在數(shù)控車床加工過程中，為了確保加工的精度，應(yīng)該提前對有可能產(chǎn)生誤差的情況進(jìn)行防范和處理，優(yōu)化設(shè)計(jì)車床的部件和生產(chǎn)程序、優(yōu)化數(shù)控車床裝置，避免在運(yùn)行的過程中存在誤差。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)數(shù)控車床整體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該充分考慮到數(shù)控車床加工設(shè)備周圍環(huán)境因素，合理優(yōu)化加工設(shè)備有效防止了在進(jìn)行數(shù)控車床加工時對生態(tài)環(huán)境造成的破壞、出現(xiàn)溫度失控等情況，通過設(shè)計(jì)人員整體數(shù)控車床設(shè)計(jì)，有效提升了數(shù)控車床加工精度。

3.3 對軟件進(jìn)行升級更新

在科技進(jìn)步的帶動下，模具數(shù)控加工領(lǐng)域技術(shù)水平不斷得到提升，軟件不斷得到升級與更新，例如UNIG、CIMI 以及CAM 等，這些軟件在模具加工領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。具體講，軟件的主要功能是在模具數(shù)控加工過程中實(shí)現(xiàn)編程操作。CIMI 軟件可以與螺旋加工工具配合使用，避免相鄰刀具之間的干擾，有效延長刀具的使用周期，起到對軟件與設(shè)備的保護(hù)作用。

4 結(jié)語

影響數(shù)控加工精準(zhǔn)度的因素相對較多，數(shù)控加工程序員在開展自動編程的過程中，必須要結(jié)合數(shù)控加工需求的實(shí)際情況，針對影響數(shù)控加工精準(zhǔn)度的因素進(jìn)行深入分析，嚴(yán)格設(shè)置各種參數(shù)，切實(shí)生成正確科學(xué)的刀具軌跡。