數(shù)控加工產(chǎn)生誤差的根源及解決方案

摘要：本文從數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中誤差產(chǎn)生的根源入手，分析了各類(lèi)誤差產(chǎn)生的原因并找出了減少誤差的解決方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工； 加工誤差； 解決方案

1.前言

數(shù)控機(jī)床是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，用數(shù)控加工程序控制數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件，不必使用復(fù)雜、特制的工裝夾具，就能夠較好地解決中、小批量，多品種復(fù)雜曲面零件的自動(dòng)化加工問(wèn)題。

但在零件加工過(guò)程中，由于種種原因，會(huì)造成零件不合格，甚至于產(chǎn)生廢品。本文從加工中誤差產(chǎn)生的原因入手，分析并找出減少誤差的解決辦法。

零件在數(shù)控機(jī)床上加工過(guò)程中，誤差主要來(lái)源于四個(gè)方面：一、誤差是制造工藝不合理造成的；二、誤差是程序編制不科學(xué)造成的；三、是工裝使用不當(dāng)造成的；四、是機(jī)床系統(tǒng)自身誤差產(chǎn)生的。

2.制造工藝不合理造成的加工誤差

在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，由于工藝設(shè)計(jì)不合理而造成的誤差一般有以下幾種形式。

2.1.加工路線不合理而產(chǎn)生的誤差

圖1是精鏜4-?30H7孔的示意圖，由于孔的位置精度要求較高，因此安排鏜孔路線問(wèn)題就顯得比較重要，安排不當(dāng)就有可能把坐標(biāo)軸的反向間隙帶入，直接影響孔的位置精度。

圖1鏜孔加工示意圖

圖2鏜孔加工路線示意圖

圖2是圖1的加工路線示意圖。從圖中不難看出方案a由于IV孔與I、II、III孔的定位方向相反，無(wú)疑x向的反向間隙會(huì)使定位誤差增加，而影響IV孔與III孔的位置精度。方案b是當(dāng)加工完III孔后沒(méi)有直接在IV孔處定位，而是多運(yùn)動(dòng)了一段距離，然后折回來(lái)在IV孔處進(jìn)行定位，這樣I、II、III、和IV孔的定位方向是一致的，IV孔就可以避免反向間隙誤差的引入，從而提高了III孔與IV孔的孔距精度。

2.2.刀具切入切出安排不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

銑削整圓時(shí)，要安排刀具從切向進(jìn)入圓周進(jìn)行銑削加工，當(dāng)整圓加工完畢之后，不要在切點(diǎn)處取消刀補(bǔ)或退刀，要安排一段沿切線方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)的距離，這樣可以避免在取消刀補(bǔ)時(shí)，刀具與工件相撞而造成工件和刀具報(bào)廢。當(dāng)銑切內(nèi)圓時(shí)也應(yīng)該遵循此種切入切出的方法，最好安排從圓弧過(guò)渡到圓弧的加工路線，切出時(shí)也應(yīng)多安排一段過(guò)渡圓弧再退刀，這樣可以降低接刀處的接痕，從而可以降低孔加工的粗糙度和提高孔加工的精度.

2.3.工藝分析不足而造成的誤差

普遍性的零件結(jié)構(gòu)工藝性并不完全適用于數(shù)控加工中，但以下幾點(diǎn)的特別注意：

2.3.1.采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，數(shù)控加工中若沒(méi)有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，會(huì)因零件的重新安裝而引起加工后兩個(gè)面上的輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)，造成較大的誤差。

2.3.2.避免造成欠切削或過(guò)切削現(xiàn)象，在數(shù)控車(chē)床上加工圓弧與直線或圓弧與圓弧連接的內(nèi)外輪廓時(shí)，應(yīng)充分考慮其過(guò)渡圓弧半徑的大小，因?yàn)榈毒叩都獍霃降拇笮】赡軙?huì)造成欠切削或過(guò)切削現(xiàn)象。

2.4.工藝處理不當(dāng)造成的誤差

確定合理的工藝過(guò)程可以提高加工零件的精度。如加工平面時(shí)一次切削余量為1.5～2.0mm時(shí)，平面的加工誤差為0.3～0.5mm，若采用兩次走刀去除余量，最后一次走刀0.2～0.5mm，則誤差可以穩(wěn)定在0.1mm左右。所以在加工中根據(jù)精度要求可以進(jìn)行多次走刀完成加工。

3.程序編制不科學(xué)造成的誤差

3.1.編程原點(diǎn)選取不當(dāng)帶來(lái)的誤差

編程原點(diǎn)通常作為編程坐標(biāo)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，它的正確選擇將直接影響到零件的加工精度和坐標(biāo)尺寸的計(jì)算的難易程度。在選擇編程原點(diǎn)時(shí)應(yīng)注意以下原則：

3.1.1.編程原點(diǎn)盡可能與圖樣上的尺寸基準(zhǔn)（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)）相重合，如定位的零件應(yīng)以孔的中心作為編程原點(diǎn)，對(duì)于一些形狀不規(guī)則的零件，可在其基準(zhǔn)面（或線）上選擇編程原點(diǎn)，當(dāng)加工路線呈封閉形式時(shí)，應(yīng)在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)（或加工起始點(diǎn)）。

3.1.2.編程原點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于編程和數(shù)值計(jì)算。

3.1.3.編程原點(diǎn)所引起的加工誤差應(yīng)最小。

3.1.4.編程原點(diǎn)應(yīng)易找出，且測(cè)量位置較方便。

3.2.對(duì)零件圖中的尺寸公差處理不當(dāng)而造成的誤差

這樣的問(wèn)題主要表現(xiàn)在尺寸公差不對(duì)稱的時(shí)候。如加工尺寸為300+0.2，在編程時(shí)應(yīng)將此數(shù)據(jù)處理成30.1+0.1，這樣才能夠保證加工出來(lái)的零件更好地符合圖紙要求。按照基本尺寸進(jìn)行編程是編程者常犯的錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)遵循將尺寸轉(zhuǎn)換成均差再進(jìn)行編程的原則。

4.工裝產(chǎn)生的誤差

工裝產(chǎn)生的誤差包括刀具、量量和夾具等產(chǎn)生的誤差：

4.1.在數(shù)控加工中要盡量采用數(shù)控刀具，因?yàn)榈毒咴谑褂靡欢螘r(shí)間以后需要刃磨，普通刀具刃磨后重新安裝時(shí)的刀尖位置會(huì)發(fā)生變化，需要重新對(duì)刀。而數(shù)控刀具的特點(diǎn)是刀具制造精度高，刀片轉(zhuǎn)位后重復(fù)定位精度在0.02mm左右，大大減少了對(duì)刀時(shí)間，同時(shí)刀片表面上涂有耐磨層，可以很好地保證加工精度。

4.2.選取合適的量具可以時(shí)常檢測(cè)成型零件的真實(shí)尺寸，保證加工出符合圖紙要求的產(chǎn)品。

4.3.夾具可以實(shí)現(xiàn)快速安裝零件的作用，但同時(shí)要求夾具保證裝夾時(shí)的變形量滿足要求，否則過(guò)大的變形量將影響零件的加工精度。

5.數(shù)控機(jī)床自身的誤差

數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的誤差主要分為數(shù)控操作系統(tǒng)產(chǎn)生的誤差和機(jī)床部分產(chǎn)生的誤差兩部分。

5.1.數(shù)控系統(tǒng)誤差

數(shù)控系統(tǒng)按照伺服系統(tǒng)的控制方式，可以分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)不帶檢測(cè)裝置，也沒(méi)有反饋電路。由于進(jìn)給系統(tǒng)中沒(méi)有反饋檢測(cè)裝置，其前進(jìn)路線中產(chǎn)生的誤差就無(wú)法通過(guò)反饋信息來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，從而導(dǎo)致了輸出位置誤差。閉環(huán)控制系統(tǒng)能夠時(shí)時(shí)檢測(cè)到實(shí)際位置，并反饋給數(shù)控系統(tǒng)，與系統(tǒng)中的指令值進(jìn)行比較，直到消除差值時(shí)才停止移動(dòng)，因而可達(dá)到很高的控制精度。而半閉環(huán)控制系統(tǒng)中仍然存在不反饋的部分，因此沒(méi)有包含在反饋信息之內(nèi)的誤差仍然會(huì)影響到移動(dòng)部件的位置精度，進(jìn)而影響到加工時(shí)的精度。

5.2.機(jī)械部分產(chǎn)生的誤差

任何機(jī)床的驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸在移動(dòng)和停止時(shí)，都要經(jīng)過(guò)一個(gè)升、降速過(guò)程。在高檔數(shù)控機(jī)床中，由于有液壓驅(qū)動(dòng)和鎖緊系統(tǒng)，其升、降速率可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床由于沒(méi)有液壓驅(qū)動(dòng)和鎖緊系統(tǒng)，則升、降速率在一定的時(shí)間內(nèi)才能完成。這種傳動(dòng)系統(tǒng)的滯后（即慣性）和停頓在加工內(nèi)槽和型面等輪廓過(guò)程中，刀具走過(guò)拐角時(shí)容易產(chǎn)生“超程”而導(dǎo)致加工誤差。編程時(shí)應(yīng)在接近拐角前適當(dāng)降低進(jìn)給速度，過(guò)拐角后再逐漸增速。

數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)副中包含有齒輪、軸、傳動(dòng)絲杠等存在反轉(zhuǎn)間隙的構(gòu)件，當(dāng)工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種間隙會(huì)造成電機(jī)空走而工作臺(tái)不運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生傳動(dòng)誤差，傳動(dòng)部件的受力變形和熱變形引起的變形誤差，工作臺(tái)導(dǎo)軌的誤差。針對(duì)以上的幾種誤差原因可以采用以下的方法：（1）對(duì)傳動(dòng)反向間隙，在開(kāi)環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)中可將其間隙值測(cè)出，作為參數(shù)輸入控制系統(tǒng)，作為反向間隙實(shí)際補(bǔ)償值在反向運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償。（2）對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)鏈中部件受力變形和熱變形而引起的誤差，可以通過(guò)增大傳動(dòng)鏈的剛性、減少摩擦、降溫等措施來(lái)解決。

6.結(jié)束語(yǔ)

使用數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)產(chǎn)生的誤差來(lái)源是十分復(fù)雜的，本文對(duì)常見(jiàn)誤差來(lái)源進(jìn)行了分析，可以看出工藝分析是數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作，且直接影響到加工精度。而數(shù)控機(jī)床自身的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理的變化對(duì)零件的加工產(chǎn)生了很大的新的操作習(xí)慣性誤差，因此數(shù)控機(jī)床操作人員要強(qiáng)化工藝知識(shí)和對(duì)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)和工作原理的學(xué)習(xí)，消化新知識(shí)，形成好習(xí)慣，在實(shí)踐中不斷探索，并找到針對(duì)性的解決辦法。

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作者簡(jiǎn)歷：

趙亞倩（1984.9--），女，漢族，山西陽(yáng)泉人，于2007年畢業(yè)于中北大學(xué)，所學(xué)專(zhuān)業(yè)材料成型及其控制工程，助教，現(xiàn)在從事機(jī)械專(zhuān)業(yè)。