降低數(shù)控機床加工誤差的對策分析

劉成

（武漢華夏理工學院，湖北 武漢 430070）

0 引言

數(shù)控加工機床被廣泛地應(yīng)用于航空航天、造船以及電子等各種加工領(lǐng)域，負責各種外形復雜，精度要求較高的零部件的加工。在數(shù)控加工過程中，有許多因素都會對加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。工藝過程中的各組成部分，包括機床、刀具的磨損和夾具的制造誤差等都會造成加工工件的誤差。除此之外，機械加工還受到工件材料，以及外部環(huán)境因素的影響，比如環(huán)境溫度發(fā)生改變導致數(shù)控機床或者加工材料發(fā)生尺寸變化。因此，為了降低加工產(chǎn)品誤差，有必要對造成誤差的因素進行分析，并提出一些針對性對策，這對于推動零件加工企業(yè)實現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[1]。

1 數(shù)控機床加工誤差的產(chǎn)生因素

1.1 溫度變化帶來的誤差

對于我國大部分中小企業(yè)所采用的數(shù)控機床加工精度本就有限，對于精度要求不高的工件加工過程中的溫度變化對工件質(zhì)量的影響沒有特別明顯?？梢坏┘庸すぜ募庸べ|(zhì)量的精度要求進一步提高逐漸接近機床所能達到的極限時，溫度的變化對精度的影響就逐漸凸顯出來。

數(shù)控機床在加工零件的過程中，持續(xù)工作。而且在一般環(huán)境下的廠房中一天的溫度是不一樣的，甚至有可能產(chǎn)生較大的溫差變化[2]。由此造成數(shù)控機床在冷熱變化的過程中，機床坐標系發(fā)生偏移，造成零件加工產(chǎn)生誤差。數(shù)控機床在持續(xù)加工過程中產(chǎn)生大量的熱量，機床各部件在這些熱量的影響下造成工藝尺寸熱變形，進而使得所加工的工件產(chǎn)生誤差。

1.2 數(shù)控機床的反向間隙帶來的誤差

就我國現(xiàn)有的制造業(yè)水平以及經(jīng)濟發(fā)展水平而言，經(jīng)濟類的數(shù)控機床在我國的使用范圍相對較廣，市場占有率較高。此類數(shù)控機床常采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由于安裝或者工作磨損使得機床絲杠和絲母之間產(chǎn)生微小的間隙。當絲桿正向運轉(zhuǎn)變換成反轉(zhuǎn)的時候，就會在一定角度內(nèi)出現(xiàn)只有絲杠轉(zhuǎn)動，而絲母卻不轉(zhuǎn)動。需要等到受力側(cè)的間隙完全消除才能轉(zhuǎn)動，進而出現(xiàn)執(zhí)行機構(gòu)的運動距離與編程所設(shè)定的距離產(chǎn)生偏差，造成加工工件出現(xiàn)誤差。

在切削過程中，反向偏差會造成機床插補運動產(chǎn)生偏差，在一定范圍內(nèi)可以忽略偏差對加工工件誤差的影響。如果偏差過大，則會造成加工工件的形狀出現(xiàn)各種意想不到的變化。由于執(zhí)行件的運動量與理論值存在偏差，在數(shù)控機床執(zhí)行快速點定位操作過程中，機床工作臺每運動一次，定位誤差就會增加一次。

1.3 加工刀具帶來的誤差

數(shù)控機床加工刀具是數(shù)控加工過程中不可或缺的組成部分，針對各種各樣的工件加工有相對應(yīng)的刀具。如果刀具存在誤差，對加工的工件的精度產(chǎn)生直接的影響。由于數(shù)控編程技術(shù)人員一般是按照刀具的理論尺寸進行工件的編程操作，一旦刀具出現(xiàn)誤差，那么相對應(yīng)的工件就會產(chǎn)生誤差。如鉆頭，鉸刀類刀具如果出現(xiàn)誤差，會直接導致加工工件的尺寸出現(xiàn)誤差。對于刀具的安裝，可能由于銹蝕或者沒有發(fā)現(xiàn)的鐵屑就會造成，刀具旋轉(zhuǎn)工程中離心力增大，增大擾動，造成尺寸產(chǎn)生誤差。刀具的磨損也需要仔細的測量，對于精度要求較高的的零件每過一段時間檢測刀具的磨損情況是必要的，不然零件的尺寸誤差會越來越大最后超出誤差允許范圍。

刀具在加工過程中切削工件表面會產(chǎn)生熱量，盡管一部分的熱量會隨著切削屑的飛出被帶走。但是仍然有相當一部分熱量會造成刀具以及工件表面溫度的溫度升高，進而導致工件出現(xiàn)熱變形，擴大加工誤差。

1.4 人為操作帶來的誤差

技術(shù)性數(shù)控機床操作者對于產(chǎn)品的質(zhì)量無疑是影響最大的因素。機床或者刀具的各種產(chǎn)生誤差的情況只要是根據(jù)嚴謹?shù)臋C床操作步驟進行，運用相應(yīng)的測量工具。適當調(diào)整機床參數(shù)，篩選符合精度要求的刀具，正確規(guī)范安裝，就能夠有效避免大多數(shù)的誤差。

但很多時候往往是操作者能力不足導致的誤差，這種誤差表面上看是操作者的一時疏忽大意是小概率事件。然而經(jīng)過細心追查不難發(fā)現(xiàn)這種誤差甚至是錯誤的產(chǎn)生是由于操作者生產(chǎn)經(jīng)驗不足，機械加工知識掌握不牢固所導致的。對于圓環(huán)類的零件，操作者使用平口鉗對其進行加工時力度的掌握至關(guān)重要。加緊力太小，容易產(chǎn)生造成零件震動。夾緊太大，又容易造成零件變形。稍微疏忽就會造成不可挽回的損失，操作者應(yīng)該慎重對待。

2 降低數(shù)控加工誤差的對策

2.1 數(shù)控機床環(huán)境及主體的溫度控制

對數(shù)控機床的構(gòu)件進行設(shè)計的時候，可采用有利于均衡數(shù)控機床整體溫度的對稱布局。控制機床局部發(fā)熱，采用結(jié)構(gòu)中空的滾珠絲杠，并通入冷卻液可以有效降低滾珠絲杠熱量。增加空氣流動，往主軸內(nèi)部輸送常溫空氣來帶走部分熱量。

也可以通過實時監(jiān)測機床主要零部件溫度，機床溫度變化較大時，加工誤差也會產(chǎn)生一定的變化。但這些誤差的變化隨著溫度的變化是有規(guī)律可循的，因此，可以通過安裝溫度傳感器，監(jiān)測主要部件的溫度變化再對照誤差的產(chǎn)生。通過計算機軟件對大量數(shù)據(jù)的分析得出數(shù)控機床各個坐標軸的補償修正量，減小溫度影響造成的誤差。

對于工件切削過程中產(chǎn)生的熱量，最常見的就是淋浴，根據(jù)不同的工件材料和精度要求配置不同濃度的冷卻液快速沖刷工件以及刀具，來帶走切削屑以及降低加工區(qū)域的切削溫度。隨著工作臺的不斷移動，加工工件形狀不斷發(fā)生改變，數(shù)控機床的切削液有時候不能準確的對準加工部位，造成工件局部溫度升高導致熱變形使誤差增大。

2.2 數(shù)控機床的反向偏差的補償

反向偏差會造成加工工件的誤差不斷增加，如果對此不加以控制就會造成運動構(gòu)件磨損越來越嚴重，加大工件誤差。但是在數(shù)控機床的工作過程中機構(gòu)之間出現(xiàn)磨損是無法完全避免的，因此為了控制數(shù)控加工過程中的誤差，需要加強對數(shù)控機床的日常維護保養(yǎng)，每天都要對機床進行清潔，確保零部件處于較好的潤滑狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)磨損狀況影響對機床加工影響較大的零部件及時進行維修更換[3]。并對數(shù)控機床進行定期檢測，對出現(xiàn)的間隙誤差采取誤差補償?？梢酝ㄟ^高精度的測量設(shè)備來檢測間隙，將千分表安裝在主軸上。按照正常的加工程序開機，機床回機械坐標系原點，選一個合適的位置建立工件坐標系原點。在工作臺上固定一個工件，使得千分表在水平方向壓在工件左側(cè)表面產(chǎn)生一個較容易觀察的數(shù)值，接下來通過編程使工作臺先緩慢向右移動一個距離，然后向左移動一個相同的理論距離。根據(jù)最后千分表的指針讀數(shù)就可以準確測量出機床間隙的誤差值。然后針對不同的數(shù)控機床系統(tǒng)，設(shè)置數(shù)控機床控制系統(tǒng)參數(shù)來進行反向誤差的自動補償。

機床在長期使用之后，有機械零件之間的磨損造成的間隙無法完全避免。但是加工企業(yè)可以通過制度規(guī)定，和大力宣傳鼓勵機床操作人員每天都要對數(shù)控機床進行維護。定時檢測機床的反向間隙并調(diào)整系統(tǒng)補償值，保障數(shù)控機床工作狀態(tài)穩(wěn)定，能有效降低反向偏差。

2.3 提高加工過程中的檢測

機械加工中，刀具的磨損以及與工件的相互作用等都是導致誤差的因素，而且這些都無法完全避免。所有的誤差最后或多或少都會反映到加工工件上，但可以通過加工過程中的測量來檢測工件是否滿足設(shè)計要求。

特別是中小型企業(yè)，為了節(jié)約成本，在誤差允許范圍內(nèi)，常常會采用有缺陷的刀具進行加工。然而數(shù)控編程設(shè)計人員卻很難實際考慮每把刀具的具體誤差，因此需要機床操作人員充分測量實際的刀具尺寸參數(shù)，并微調(diào)已經(jīng)編寫好的數(shù)控程序。合理設(shè)置切削參數(shù)，準確把握冷卻液的添加量以及噴出量，及時對刀具和工件冷卻[4]。

對于每一道加工工序完成之后，為了確保工件所需要達到的效果，操作者需要對工件進行檢測。一個工件加工完成后也需要檢測各項尺寸，一旦出現(xiàn)尺寸超出誤差范圍的情況需要立即檢測同批次所有工件。并采取補救措施，可以避免對下一道工序產(chǎn)生誤差。對于加工過程中刀具與工件之間相互作用產(chǎn)生的應(yīng)力問題，加強對刀具軸線的偏差分析，一旦刀具出現(xiàn)位移可以及時進行修正，有效降低數(shù)控機床的加工誤差。

2.4 機床操作人員全方位的素質(zhì)

既然機床操作人員對加工產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用，那么提高機床操作人員全方位的素質(zhì)就顯得十分的必要。對于操作者容易忽略細節(jié)，粗心大意的習慣，如果管理者應(yīng)該加以重視，不能當成是偶然事故，而應(yīng)該視之為缺乏責任心所必然導致的結(jié)果。

人才的培養(yǎng)從責任心和職業(yè)道德開始。沒有高度的責任心和良好的職業(yè)道德，即使專業(yè)水平再高也難有所成就[5]。對工作的正確態(tài)度建立起來之后，就需要加強專業(yè)知識的培養(yǎng)，比如說數(shù)控編程，機械制造工藝學，機床操作等課程的學習和實際應(yīng)用相結(jié)合在生產(chǎn)加工的過程中學習和總結(jié)積累專業(yè)知識。

3 結(jié)語

造成數(shù)控機床加工誤差的因素是各種各樣的，要想全面提高加工產(chǎn)品質(zhì)量，降低數(shù)控加工誤差影響，追求更低的成本創(chuàng)造更高的社會經(jīng)濟價值，就必須重視加工過程中的各種因素：（1）注重數(shù)控機床周圍環(huán)境溫度的均衡，防止出現(xiàn)不同時段溫度區(qū)別對精度要求較高的零部件產(chǎn)生誤差。（2）配備水冷設(shè)備來降低加工過程中零部件相互運動產(chǎn)生的熱量。安排專業(yè)人員對數(shù)控機床定時檢修，更換磨損零部件。（3）加強機床操作人員的技術(shù)培訓，加強切削過程的工件檢測，針對尺寸偏差及時做出調(diào)整。將加工誤差控制在更小的范圍內(nèi)，保障工件完成的質(zhì)量，促進經(jīng)濟發(fā)展。