數(shù)控機(jī)床加工精度的影響因素及改善措施

王桂龍

摘 要：現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)零件的制造速度要求越來越高，在滿足勞動(dòng)生產(chǎn)效率的同時(shí)如何提高數(shù)控機(jī)床的加工精度成為了機(jī)械加工行業(yè)研究的新方向，通過介紹現(xiàn)代化數(shù)控機(jī)床制造精度的主要影響因素，說明了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度和降低零件加工誤差的部分措施。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；加工精度；影響因素；改善措施

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.09.005

隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)工業(yè)制品的需求量不斷增大，工業(yè)上批量生產(chǎn)的零件和生活用品在加工效率和生產(chǎn)質(zhì)量方面都有嚴(yán)格的要求，這使得數(shù)控自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備受到了越來越多生產(chǎn)廠家的青睞。數(shù)控機(jī)床具有效率高、自動(dòng)化程度好、適應(yīng)性強(qiáng)等很多優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于復(fù)雜零件的加工優(yōu)勢(shì)明顯，這是因?yàn)闊o論多么復(fù)雜的零件，只要制定了完備的工藝路線并進(jìn)行了合理的程序編制，就能夠通過計(jì)算機(jī)控制機(jī)床完成自動(dòng)化加工，且對(duì)于復(fù)雜零件也能保證加工效率和生產(chǎn)質(zhì)量的一致性。而在數(shù)控加工的過程中，常因?yàn)楦鞣N各樣的因素影響數(shù)控加工的實(shí)際精度，在一定程度上降低了企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和機(jī)械的制造能力，因此，提升數(shù)控加工的精度是現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)必須要面對(duì)的問題。

1 影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素分析

數(shù)控加工是現(xiàn)代化的精密加工技術(shù)，通常情況下影響數(shù)控加工精度的因素主要包括工藝的編制情況、程序的合理性以及機(jī)床的實(shí)際狀態(tài)等。通過研究對(duì)機(jī)床精度造成不良影響的因素，能夠有效改善數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量。

1.1 工藝制定對(duì)精度的影響

在收到數(shù)控加工任務(wù)后，會(huì)通過分析零件的加工圖紙和相關(guān)技術(shù)要求制定詳細(xì)的數(shù)控加工工藝方案。工藝制定的優(yōu)劣會(huì)直接影響到數(shù)控編程中很多參數(shù)的選擇與確定，會(huì)間接地影響到最終的加工精度。例如，根據(jù)不同的工藝編制會(huì)產(chǎn)生不同的機(jī)械加工原點(diǎn)，由于程序編制的過程中原點(diǎn)的選擇應(yīng)根據(jù)零件的形狀、加工的順序、不同位置的精度要求進(jìn)行考慮和確定，若原點(diǎn)位置選擇的不合理，很容易導(dǎo)致在整個(gè)加工的過程中出現(xiàn)累計(jì)誤差，影響工件的整體加工精度。在實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中，因?yàn)楣に嚮鶞?zhǔn)不合理和原點(diǎn)設(shè)計(jì)不科學(xué)而導(dǎo)致的零件加工質(zhì)量問題是時(shí)有發(fā)生的。

1.2 程序合理性對(duì)精度的影響

數(shù)控機(jī)床的加工順序和每個(gè)加工動(dòng)作都是由最初的程序編制所決定的，數(shù)控機(jī)床對(duì)零件的加工是按照程序編制的相關(guān)細(xì)節(jié)完成的。如果在編程的過程中數(shù)據(jù)處理不夠精準(zhǔn)或是存在一定的數(shù)據(jù)偏差，就會(huì)導(dǎo)致零件的加工過程出現(xiàn)尺寸誤差，而影響到零件的實(shí)際加工精度。在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，通常是根據(jù)零件的形狀與尺寸決定數(shù)控機(jī)床的程序編譯基準(zhǔn)，從而確定加工基準(zhǔn)以滿足零件更好的加工精度。若在編程的過程中對(duì)零件的形狀和尺寸考慮不周，很容易因?yàn)榧庸ふ`差而導(dǎo)致零件的報(bào)廢或加工質(zhì)量低下。很多情況下的數(shù)控加工，為降低人工編程的繁瑣程度，都采用自動(dòng)編程的方式進(jìn)行，這對(duì)于簡(jiǎn)單零件的加工影響不大，且有利于提升數(shù)控加工的效率，但是，對(duì)于形狀和結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件加工，自動(dòng)化的編程往往存在較多的不合理性，若不采用人工方式進(jìn)行校核，很可能出現(xiàn)嚴(yán)重的精度偏差，直接影響零件的加工質(zhì)量。

1.3 加工路線對(duì)精度的影響

在使用數(shù)控機(jī)床對(duì)零件進(jìn)行加工的過程中，刀具的實(shí)際行走路線會(huì)對(duì)加工精度造成一定的影響，由于刀具在進(jìn)給、退刀、換刀的過程中都可能會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，導(dǎo)致更換后的刀具在加工表面上留下一定的刮痕或凸凹不平。同時(shí)，若刀具出現(xiàn)較大的磨損可能會(huì)在換刀或者對(duì)刀的過程中對(duì)刀具發(fā)生一定的損傷。若是零件基材在裝夾的過程中與刀具的相對(duì)位置存在偏差，也會(huì)導(dǎo)致數(shù)控加工的路線出現(xiàn)誤差，影響零件的加工精度。在對(duì)復(fù)雜零件的連續(xù)加工過程中，因刀具和零件之間的長(zhǎng)時(shí)間摩擦產(chǎn)生的熱量會(huì)使刀具和零件的相對(duì)位置發(fā)生細(xì)微的改變，這主要是由于刀具和零件的材料不同而熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的，這也就產(chǎn)生了一定的加工誤差。

1.4 機(jī)床狀態(tài)對(duì)精度的影響

在長(zhǎng)期的生產(chǎn)加工過程中，數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)很難一直保持出廠時(shí)的優(yōu)秀品質(zhì)，在對(duì)零件進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，機(jī)床的振動(dòng)、刀具的性能以及機(jī)床的周邊環(huán)境都可能會(huì)對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生一定的影響。影響機(jī)床加工狀態(tài)的因素包括：（1）機(jī)床的整潔程度和雜物含量對(duì)加工精度的不良影響，若沒有定期對(duì)機(jī)床進(jìn)行徹底的清潔，就難以避免機(jī)床中的粉塵和雜物及金屬細(xì)屑對(duì)加工過程的影響，這些雜物也會(huì)在加工過程中對(duì)刀具和零件產(chǎn)生一定的污染。（2）數(shù)控機(jī)床的電壓和電流的穩(wěn)定性會(huì)對(duì)數(shù)控加工的過程產(chǎn)生一定的影響，可能在一定程度上降低數(shù)控加工的精確度。（3）在數(shù)控加工的過程中，因電磁波的影響可能導(dǎo)致在機(jī)械加工時(shí)出現(xiàn)電火花或加工震蕩等問題，造成零件損壞，并影響實(shí)際的加工質(zhì)量。

2 數(shù)控機(jī)床加工精度的提升方法

我國(guó)長(zhǎng)期以來對(duì)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)研究多集中在自動(dòng)化和效率提升等方面，專門針對(duì)于數(shù)控機(jī)床精度提升的研究較少，但隨著數(shù)控機(jī)床相關(guān)技術(shù)的不斷完善與提升，機(jī)床的加工質(zhì)量與加工精度的優(yōu)化受到了越來越多的重視。由于影響數(shù)控機(jī)床精度的因素很多，可能涉及到了編程、工藝、加工、材料、控制、環(huán)境等很多方面，尤其對(duì)于較為精密的加工，很多細(xì)小的影響因素都可能會(huì)導(dǎo)致零件的加工精度不合格，因此，總結(jié)提升數(shù)控機(jī)床的加工精度的方法十分必要。

2.1 加工工藝的優(yōu)化與提升

由于加工工藝決定了數(shù)控加工的方式與順序，因此，應(yīng)根據(jù)零件的圖紙和相關(guān)要求綜合考慮零件的加工方式與方法。應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求制定合理的加工原點(diǎn)與加工順序，以便于降低加工過程中產(chǎn)生的累計(jì)誤差，通過提高定位精度提高零件的整體加工質(zhì)量，以避免刀具加工時(shí)切入點(diǎn)與退出點(diǎn)選取不良，或定位不準(zhǔn)而影響零件的加工質(zhì)量。通常來說，刀具的對(duì)刀位置應(yīng)為整個(gè)零件加工的基礎(chǔ)位置，不僅便于刀具找正，更能以此位置為基礎(chǔ)，便于編程過程中的位置確定與尺寸排列，減少在自動(dòng)化加工中因定位不準(zhǔn)出現(xiàn)的加工誤差，保證零件的加工質(zhì)量。

2.2 數(shù)控機(jī)床的合理選擇與使用

由于同一種類的數(shù)控機(jī)床在先進(jìn)程度和加工精度等方面也存在著較大的差異，因此在進(jìn)行數(shù)控加工的過程中，應(yīng)做到對(duì)機(jī)床的合理選擇與使用。通常來說，對(duì)于簡(jiǎn)單的零件或是加工精度要求較低的零件，可以考慮選用加工精度相對(duì)較低的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，這樣不僅能夠達(dá)到零件加工的目的，還能夠節(jié)省精度較高機(jī)床的使用量，降低優(yōu)質(zhì)機(jī)床磨損和加工精度降低的速度。對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和加工精度較高的零件，則應(yīng)當(dāng)使用綜合性能更優(yōu)良的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，由于先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床對(duì)振動(dòng)、環(huán)境等因素的影響相對(duì)較少，同時(shí)先進(jìn)的誤差補(bǔ)償功能也能很好的提高加工的精度，避免因磨損等問題對(duì)刀具調(diào)整過程的時(shí)間消耗，顯著的提升數(shù)控機(jī)床的加工效率。

2.3 數(shù)控機(jī)床的調(diào)整與精度提升

數(shù)控機(jī)床加工精度不足很多情況是由于機(jī)床的調(diào)整或保養(yǎng)不當(dāng)導(dǎo)致的，要想降低數(shù)控機(jī)床的加工誤差，就必須在加工前對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整和保養(yǎng)，通過檢查和調(diào)整使機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)及附屬零件都達(dá)到最佳的配合關(guān)系。同時(shí)還要保證在每次加工完成后對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行必要的清洗和維護(hù)，以保證數(shù)控機(jī)床各零件的優(yōu)秀使用狀態(tài)，同時(shí)，存放機(jī)床的車間必須要控制好溫度、濕度及粉塵情況，并保證機(jī)床安放平整可靠，避免加工中機(jī)床振動(dòng)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生的影響。

2.4 合理控制受力變形產(chǎn)生的誤差

數(shù)控機(jī)床在加工零件過程中可能因?yàn)槭艿角邢髁Α鲃?dòng)力以及慣性力等因素的影響而產(chǎn)生一定情況的變形，這影響了加工刀具與被加工件之間的相對(duì)位置關(guān)系，導(dǎo)致加工中出現(xiàn)尺寸或形狀的偏差。通常情況下，數(shù)控機(jī)床具有良好的剛度以減少變形帶來的加工誤差，在實(shí)際生產(chǎn)中，常常通過科學(xué)的裝夾方式來保證工件的固定情況，以保證加工的整體剛度。同時(shí)還應(yīng)注意對(duì)導(dǎo)軌、絲桿等關(guān)鍵部件的支撐及緊固零件是否安裝可靠，杜絕受力變形產(chǎn)生的零件加工精度下降現(xiàn)象。同時(shí)，在微觀層面上機(jī)械加工對(duì)于零件的表層會(huì)因壓力或切削熱量的影響而產(chǎn)生一定的塑性變形和熱塑性變形，這對(duì)零件的加工也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。要降低微觀層面的塑性變形就必須要合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行時(shí)效處理等方法。

2.5 合理控制受熱變形而產(chǎn)生的誤差

機(jī)械加工多采用切削或磨削的方式進(jìn)行，這種加工過程常會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，導(dǎo)致刀具和被加工件因受熱產(chǎn)生一定的變形。這種因摩擦而產(chǎn)生的熱量會(huì)在較大范圍內(nèi)影響零件的尺寸和形狀，導(dǎo)致出現(xiàn)加工誤差，使零件的加工精度受到影響，為避免受熱變形產(chǎn)生的誤差，必須要選擇優(yōu)質(zhì)的刀具，并在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)切削參數(shù)進(jìn)行合理的調(diào)整，以降低加工過程中工件的熱量提升速度，同時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查冷卻液的添加量和噴出量，以保證冷卻能力減少零件的受熱變形。

2.6 合理控制機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)誤差

現(xiàn)階段較為先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床多配有液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成所需要的動(dòng)作和裝夾功能，這種帶有液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床由于節(jié)省了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有較高的加工與傳動(dòng)精度。但是，對(duì)于一些較為經(jīng)濟(jì)的數(shù)控機(jī)床，由于成本的限制不會(huì)配備液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，加工過程中對(duì)于鎖緊、定位、裝夾都需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)消耗一定時(shí)間才能完成，降低了機(jī)械加工的效率。同時(shí)，由于機(jī)械的傳動(dòng)與裝夾方式存在較多的配合間隙，會(huì)在一定程度上影響零件的加工精度，要消除普通數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)誤差，應(yīng)盡量降低各傳動(dòng)零件之間的間隙，并通過數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償來減少零件間隙產(chǎn)生的影響。

3 結(jié)語

隨著社會(huì)對(duì)機(jī)械制造產(chǎn)品要求的不斷提高，在數(shù)控加工的過程中，不僅要努力提高加工的生產(chǎn)效率，更應(yīng)該通過提高零件的加工精度來保證所生產(chǎn)的零件質(zhì)量。在數(shù)控加工的過程中，工藝的編制、程序的編寫以及機(jī)床狀態(tài)等因素都會(huì)對(duì)零件的加工精度產(chǎn)生影響。要提高零件的生產(chǎn)加工精度，需要從設(shè)計(jì)著手，并通過合理編程及科學(xué)調(diào)整與使用來解決多種因素帶來的精度降低問題，以提高現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中精密或復(fù)雜零件的加工質(zhì)量。

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