數控加工產生誤差的根源及解決方案

摘要：本文從數控機床加工過程中誤差產生的根源入手，分析了各類誤差產生的原因并找出了減少誤差的解決方案。

關鍵詞：數控加工； 加工誤差； 解決方案

1.前言

數控機床是機電一體化的高科技產品，用數控加工程序控制數控機床自動加工零件，不必使用復雜、特制的工裝夾具，就能夠較好地解決中、小批量，多品種復雜曲面零件的自動化加工問題。

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

零件在數控機床上加工過程中，誤差主要來源于四個方面：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造成的；三、是工裝使用不當造成的；四、是機床系統自身誤差產生的。

2.制造工藝不合理造成的加工誤差

在現實生產中，由于工藝設計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題就顯得比較重要，安排不當就有可能把坐標軸的反向間隙帶入，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，無疑x向的反向間隙會使定位誤差增加，而影響IV孔與III孔的位置精度。方案b是當加工完III孔后沒有直接在IV孔處定位，而是多運動了一段距離，然后折回來在IV孔處進行定位，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產生的誤差

銑削整圓時，要安排刀具從切向進入圓周進行銑削加工，當整圓加工完畢之后，不要在切點處取消刀補或退刀，要安排一段沿切線方向繼續運動的距離，這樣可以避免在取消刀補時，刀具與工件相撞而造成工件和刀具報廢。當銑切內圓時也應該遵循此種切入切出的方法，最好安排從圓弧過渡到圓弧的加工路線，切出時也應多安排一段過渡圓弧再退刀，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

普遍性的零件結構工藝性并不完全適用于數控加工中，但以下幾點的特別注意：

2.3.1.采用統一的定位基準，數控加工中若沒有統一的定位基準，會因零件的重新安裝而引起加工后兩個面上的輪廓位置及尺寸不協調，造成較大的誤差。

2.3.2.避免造成欠切削或過切削現象，在數控車床上加工圓弧與直線或圓弧與圓弧連接的內外輪廓時，應充分考慮其過渡圓弧半徑的大小，因為刀具刀尖半徑的大小可能會造成欠切削或過切削現象。

2.4.工藝處理不當造成的誤差

確定合理的工藝過程可以提高加工零件的精度。如加工平面時一次切削余量為1.5～2.0mm時，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，則誤差可以穩定在0.1mm左右。所以在加工中根據精度要求可以進行多次走刀完成加工。

3.程序編制不科學造成的誤差

3.1.編程原點選取不當帶來的誤差

編程原點通常作為編程坐標的起始點和終止點，它的正確選擇將直接影響到零件的加工精度和坐標尺寸的計算的難易程度。在選擇編程原點時應注意以下原則：

3.1.1.編程原點盡可能與圖樣上的尺寸基準（設計基準與工藝基準）相重合，如定位的零件應以孔的中心作為編程原點，對于一些形狀不規則的零件，可在其基準面（或線）上選擇編程原點，當加工路線呈封閉形式時，應在精度要求較高的表面選擇編程原點（或加工起始點）。

3.1.2.編程原點的選擇應有利于編程和數值計算。

3.1.3.編程原點所引起的加工誤差應最小。

3.1.4.編程原點應易找出，且測量位置較方便。

3.2.對零件圖中的尺寸公差處理不當而造成的誤差

這樣的問題主要表現在尺寸公差不對稱的時候。如加工尺寸為300+0.2，在編程時應將此數據處理成30.1+0.1，這樣才能夠保證加工出來的零件更好地符合圖紙要求。按照基本尺寸進行編程是編程者常犯的錯誤，應當遵循將尺寸轉換成均差再進行編程的原則。

4.工裝產生的誤差

工裝產生的誤差包括刀具、量量和夾具等產生的誤差：

4.1.在數控加工中要盡量采用數控刀具，因為刀具在使用一段時間以后需要刃磨，普通刀具刃磨后重新安裝時的刀尖位置會發生變化，需要重新對刀。而數控刀具的特點是刀具制造精度高，刀片轉位后重復定位精度在0.02mm左右，大大減少了對刀時間，同時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常檢測成型零件的真實尺寸，保證加工出符合圖紙要求的產品。

4.3.夾具可以實現快速安裝零件的作用，但同時要求夾具保證裝夾時的變形量滿足要求，否則過大的變形量將影響零件的加工精度。

5.數控機床自身的誤差

數控機床產生的誤差主要分為數控操作系統產生的誤差和機床部分產生的誤差兩部分。

5.1.數控系統誤差

數控系統按照伺服系統的控制方式，可以分為開環控制系統、閉環控制系統和半閉環控制系統。開環控制系統不帶檢測裝置，也沒有反饋電路。由于進給系統中沒有反饋檢測裝置，其前進路線中產生的誤差就無法通過反饋信息來進行補償，從而導致了輸出位置誤差。閉環控制系統能夠時時檢測到實際位置，并反饋給數控系統，與系統中的指令值進行比較，直到消除差值時才停止移動，因而可達到很高的控制精度。而半閉環控制系統中仍然存在不反饋的部分，因此沒有包含在反饋信息之內的誤差仍然會影響到移動部件的位置精度，進而影響到加工時的精度。

5.2.機械部分產生的誤差

任何機床的驅動坐標軸在移動和停止時，都要經過一個升、降速過程。在高檔數控機床中，由于有液壓驅動和鎖緊系統，其升、降速率可以在很短的時間內完成。而經濟型數控機床由于沒有液壓驅動和鎖緊系統，則升、降速率在一定的時間內才能完成。這種傳動系統的滯后（即慣性）和停頓在加工內槽和型面等輪廓過程中，刀具走過拐角時容易產生“超程”而導致加工誤差。編程時應在接近拐角前適當降低進給速度，過拐角后再逐漸增速。

數控機床傳動副中包含有齒輪、軸、傳動絲杠等存在反轉間隙的構件，當工作臺反向運動時，這種間隙會造成電機空走而工作臺不運動的現象，從而產生傳動誤差，傳動部件的受力變形和熱變形引起的變形誤差，工作臺導軌的誤差。針對以上的幾種誤差原因可以采用以下的方法：（1）對傳動反向間隙，在開環和半閉環系統中可將其間隙值測出，作為參數輸入控制系統，作為反向間隙實際補償值在反向運動時進行補償。（2）對于機械傳動鏈中部件受力變形和熱變形而引起的誤差，可以通過增大傳動鏈的剛性、減少摩擦、降溫等措施來解決。

6.結束語

使用數控機床加工零件時產生的誤差來源是十分復雜的，本文對常見誤差來源進行了分析，可以看出工藝分析是數控加工的前期準備工作，且直接影響到加工精度。而數控機床自身的結構和工作機理的變化對零件的加工產生了很大的新的操作習慣性誤差，因此數控機床操作人員要強化工藝知識和對數控機床結構和工作原理的學習，消化新知識，形成好習慣，在實踐中不斷探索，并找到針對性的解決辦法。

參考文獻：

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[2]張立仁.主編.數控機床及應用.北京：機械工業出版社，2005.9

[3]徐嘉元.主編.機械制造工藝學.北京： 機械工業出版社，2011.6

作者簡歷：

趙亞倩（1984.9--），女，漢族，山西陽泉人，于2007年畢業于中北大學，所學專業材料成型及其控制工程，助教，現在從事機械專業。