數(shù)控機床加工誤差原因分析及改進措施

李　航

數(shù)控機床加工誤差原因分析及改進措施

李航

(中國船舶集團有限公司第七二六研究所，上海 閔行 201108)

近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機床的應用范圍逐漸擴大，對數(shù)控機床的加工精準度要求也越來越高。數(shù)控機床得到快速推廣和普遍應用，在一定程度上增加了機床加工出現(xiàn)誤差的幾率。通過研究數(shù)控機床的加工工藝，分析了導致數(shù)控機床加工誤差的原因并提出了改進措施，以有效降低加工誤差，提高數(shù)控機床加工的精度。

數(shù)控機床；加工誤差；誤差原因分析；改進措施

近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國已步入信息技術(shù)時代，自動化機械設(shè)備數(shù)量日益增多，對工業(yè)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懗潭炔粩嗵嵘?。?shù)控機床是數(shù)字控制下機床的簡稱，是一種帶有程序控制系統(tǒng)的自動化機床，能夠有效地解決和處理復雜、精密、多樣化、小批量零部件的加工，代表著現(xiàn)代機床控制技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向，屬于典型的機電一體化產(chǎn)品。在實際加工過程中，數(shù)控機床受諸多因素的影響，會出現(xiàn)加工誤差，影響其工作質(zhì)量，導致其加工的產(chǎn)品出現(xiàn)誤差，影響生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和未來的發(fā)展。

1　數(shù)控機床加工誤差出現(xiàn)的原因

1.1　機床設(shè)備自身的誤差

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分，把接受到的指令信息處理后轉(zhuǎn)換成機床執(zhí)行部件的運動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床運行的最后環(huán)節(jié)，其性能直接影響著加工的精度和速度，運轉(zhuǎn)時也蘊藏著一定的誤差風險。一方面，影響其產(chǎn)生誤差的原因是由于數(shù)控機床自身加工不精準。數(shù)控機床的組成零件豐富，一般零件的組裝均是由人工操作完成，操作期間如果工作人員不規(guī)范或者存在無意識的操作都會造成加工誤差，此外，不同機床設(shè)備對精度得要求各不相同，如果出現(xiàn)零件錯裝的情況，加工誤差必然會出現(xiàn)，例如，鋼珠生產(chǎn)的精度要求高于鋼筆生產(chǎn)的精度，若將鋼珠機床零件與鋼筆機床零件混裝，勢必會出現(xiàn)加工誤差。另一方面，在機床加工過程中，車床的運轉(zhuǎn)需要伺服系統(tǒng)的推動，伺服系統(tǒng)是車床加工的動力源泉，伺服電機的功能是精準控制機械零件的加工位置，方便車床技術(shù)人員進行零件加工與技術(shù)操作，如果機床設(shè)備自身存在誤差也會影響伺服系統(tǒng)。

1.2　設(shè)備運行產(chǎn)生的誤差

①傳統(tǒng)軸反轉(zhuǎn)誤差。數(shù)控機床在運轉(zhuǎn)的過程中，坐標軸移動或靜止都會使機床驅(qū)動軸經(jīng)過加速或者是減速的流程，在此過程中受設(shè)備運行的慣性作用以及驅(qū)動加、減速度的影響，容易產(chǎn)生加工誤差。同時，傳動軸的各零部件間存在一定間隙，容易出現(xiàn)驅(qū)動停止的問題，進而造成機床加工誤差[1]。②數(shù)控機床的運轉(zhuǎn)需要持續(xù)、穩(wěn)定的電流，在加工過程如果出現(xiàn)電流中斷或者不穩(wěn)定，會導致機床加工時的電流起伏變化，不利于機床加工的平穩(wěn)性和持續(xù)性，容易產(chǎn)生加工誤差。③數(shù)控機床的車刀刀尖如果出現(xiàn)偏角以及圓弧的現(xiàn)象，會導致機床的削切操作缺乏精準性，容易產(chǎn)生加工誤差。

1.3　設(shè)備磨損老化產(chǎn)生的誤差

①滾珠絲杠傳動誤差。機床在運轉(zhuǎn)的過程中，滾珠絲因長時間工作產(chǎn)生大量的熱，會致使?jié)L珠絲發(fā)生變形，隨著作業(yè)時間增加會導致滾珠絲的精準性降低，進而產(chǎn)生傳動誤差。②環(huán)境溫度誤差。受諸多如振動、粉塵等因素的干擾，設(shè)備的精準度會有所下降。設(shè)備工作時間過長時溫度會逐步升高，如若缺少降溫措施或者是降溫處理不及時，會對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)造成不良影響，致使誤差出現(xiàn)[2]。③刀具磨損誤差。數(shù)控機床加工的零件不同，所選擇的刀具也會不同。車刀是各刀具中損耗最明顯的工具，高溫作業(yè)下車刀會出現(xiàn)磨損與變形的現(xiàn)象，進而影響加工質(zhì)量。

1.4　系統(tǒng)編碼設(shè)置產(chǎn)生的誤差

①系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置誤差。數(shù)控參數(shù)的精準校對是減少參數(shù)誤差的有效方式，技術(shù)人需要測量零件的外輪廓尺寸，依據(jù)零件尺寸校對數(shù)控編程參數(shù)值，有利于提高相關(guān)參數(shù)值設(shè)置的精準度。如若校正期間有一組參數(shù)值不符合零件的尺寸標準，則加工過程中便會出現(xiàn)誤差。②脈沖編碼器數(shù)字化處理誤差。車床運轉(zhuǎn)時，脈沖編碼器會按要求發(fā)送脈號指令，以此精準控制傳動軸的加工流程。在數(shù)字化背景下，零件的精準尺寸會轉(zhuǎn)化為整數(shù)形式的脈沖當量，產(chǎn)生小數(shù)點誤差。③程序編輯處理誤差。程序編輯應先確定原點位置并完成坐標編譯，若原點位置的確定出現(xiàn)偏差，則勢必會產(chǎn)生加工誤差。

2　數(shù)控機床加工誤差的改進措施

2.1　提升設(shè)備性能與精度

數(shù)字化生產(chǎn)時代要求數(shù)控機床的加工技術(shù)必須及時進行優(yōu)化與升級，提高機床加工的精準性。隨著經(jīng)濟和機械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對機床精準度的要求也在不斷提升，數(shù)控機床的性能逐漸獲得完善。例如，近年開發(fā)出的高檔液壓全數(shù)字化數(shù)控機床就引用了先進的數(shù)字化技術(shù)，能夠有效減少驅(qū)動運轉(zhuǎn)中由于加速或者是減速而產(chǎn)生的誤差，除此之外，該機床設(shè)備的車床設(shè)計有所改善，其承載力增加，導軌精度更加精確，減小了車床的自重力，使得車床的振動扭曲效率提升，有利于為車床運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性提供保障，同時，車床的車刀設(shè)計更加標準化，可確保加工始終穩(wěn)定[3]。

2.2　矯正伺服系統(tǒng)誤差

伺服系統(tǒng)是驅(qū)動各坐標組運轉(zhuǎn)的動力源，不同的數(shù)控機床，伺服系統(tǒng)會設(shè)置不同的加工軌跡，以確保數(shù)控機床加工的靈活性，進而實現(xiàn)加工精度符合0.1微米的標準[4]。伺服系統(tǒng)對車刀加工速度以及范圍具有一定的控制作用，對傳動組扭矩具有靈活調(diào)整的功能，因此，矯正伺服系統(tǒng)誤差，有利于提升數(shù)控機床的加工精度。矯正伺服系統(tǒng)需要優(yōu)化與升伺服級系統(tǒng)的元器件，淘汰老化的元器件，重新配置高性能和高質(zhì)量的元器件。由于伺服系統(tǒng)同時還具有加工圓弧的功能，而圓弧的加工工藝比較復雜，需要加工人員依據(jù)實際加工狀況合理選擇伺服系統(tǒng)的控制類型，減少加工誤差。

2.3　誤差補償

在實際加工過程中要避免數(shù)控機床的加工誤差，除了盡可能的降低誤差出現(xiàn)的幾率外，還可以通過誤差補償?shù)姆绞綔p少加工誤差。誤差補償法即依據(jù)誤差值提前設(shè)置好相近的補償值，以此縮小誤差范圍，實現(xiàn)誤差的有效控制，數(shù)控機床加工中的車刀刀尖磨損誤差、脈沖轉(zhuǎn)換誤差等都可以使用補償值的方式。誤差補償法能夠最大限度減少誤差值，實現(xiàn)數(shù)控機床加工的精準校對[5]。數(shù)控機床的設(shè)備類型不同，其誤差補償值也應不同，依據(jù)設(shè)備實際的加工工藝預算誤差值，并設(shè)置相應的補償值，有利于減少實際加工過程中產(chǎn)生的不良影響因素。優(yōu)化機床加工環(huán)境及編程方案，也有利于誤差補償值的精準設(shè)置。

2.4　加強機床設(shè)備保養(yǎng)

數(shù)控機床作業(yè)時間長、使用頻率高，難免會出現(xiàn)設(shè)備老化與磨損的問題，規(guī)范使用機床設(shè)備并注重日常機床設(shè)備的保養(yǎng)工作，有利于降低設(shè)備的磨損程度，延長設(shè)備的使用年限，保證設(shè)備的加工精度。加強機床設(shè)備的檢修與養(yǎng)護，需要相關(guān)人員具有較高的職業(yè)素養(yǎng)和設(shè)備養(yǎng)護專業(yè)知識技能，能夠嚴格遵照機床的養(yǎng)護流程完成設(shè)備的日常護理工作，定期檢測設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況，做好實時監(jiān)督加工的管控工作[6]。尤其是加工操作的一線工作人員，必須持證上崗，具有一定的責任感與工作熱情，對機床設(shè)備操作嫻熟，有利于減少因人為操作產(chǎn)生的加工誤差。

3　結(jié)語

在數(shù)控機床的加工過程中，產(chǎn)生誤差的原因有很多，例如機床設(shè)備自身設(shè)置問題、機床設(shè)備運行問題、機床設(shè)備老化問題以及系統(tǒng)編碼設(shè)置有誤等，機床加工的每一環(huán)節(jié)都存在誤差風險，需要相關(guān)技術(shù)人員認真、負責任地對待數(shù)控機床的加工工作，熟知并熟練掌握加工工藝，依據(jù)具體問題具體分析的原則，采取提升設(shè)備性能、實施誤差補償以及注重機床設(shè)備保養(yǎng)等措施避免加工誤差的發(fā)生，保證數(shù)控機床的加工精度和質(zhì)量。

[1] 高帆.數(shù)控機床加工誤差原因分析及改進措施[J].內(nèi)燃機與配件,2020(16):89-90.

[2] 牛亞軍.數(shù)控機床加工過程綜合誤差分析[J].現(xiàn)代農(nóng)機,2020(5):58-59.

[3] 王曹宇.機械加工誤差分析與工藝改進[J].南方農(nóng)機, 2017,48(2):40.

[4] 黃洛.數(shù)控機床加工精度在線測量與誤差實時補償技術(shù)研究[D].重慶:重慶大學,2017.

[5] 王桂龍.數(shù)控機床加工精度的影響因素及改善措施[J].農(nóng)機使用與維修,2018(9):10-11.

[6] 馬麗,賈大明.收割機復雜零件多軸數(shù)控機床加工誤差控制優(yōu)化仿真[J].農(nóng)機化研究,2021,43(10):37-41.

Analysis on the causes of machining errors in CNC machine tools and improvement measures

LI Hang

(The 726th Research Institute of China State Shipbuilding Corporation, Minhang District, Shanghai 201108, China)

In recent years, the development of science and technology has gradually expanded the application range of CNC machine tools, and the processing accuracy requirements of CNC machine tools have become higher and higher. The rapid promotion and widespread application of CNC machine tools have increased the probability of errors in machine tool processing to a certain extent. The machining technology of CNC machine tools is further studied, the reasons for the machining errors of CNC machine tools are analyzed, and improvement measures are proposed to effectively reduce the machining errors and improve the machining accuracy of CNC machine tools.

CNC machine tool; machining error; error cause analysis; improvement measures

TG659

A

2096–8736(2021)06–0023–03

李航，男，江西吉安人，大學本科，高級技師，機械加工工藝師，主要研究方向為機械、數(shù)控加工。

責任編輯：陽湘暉

英文編輯：唐琦軍