數(shù)控機床加工誤差原因及對策分析

焦景龍

摘 要：數(shù)控車床為零件加工的主要方式，對于零件加工具有較高的自動化水平，但是就實際情況來看，零件加工經(jīng)常會因為設(shè)備自身或者操作不當(dāng)?shù)纫蛩叵拗疲斐晒ぜ冗_不到專業(yè)要求，存在一定誤差。零件加工精度最終由機床刀具與零件間相對位移誤差決定，因此需要確定加工誤差存在的原因，以降低誤差為面對，采取措施進行優(yōu)化。本文選擇經(jīng)濟性數(shù)控機床為對象，就其加工誤差與優(yōu)化對策進行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；加工誤差；補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.002

0 引言

數(shù)控機床零件加工經(jīng)常會因為各項因素的影響而出現(xiàn)誤差，即加工后零件實際幾何參數(shù)與設(shè)計幾何參數(shù)間存在一定偏差，導(dǎo)致零件精確度不能滿足設(shè)計要求，最終只能作為不合格或者廢品處理。以提高數(shù)控機床加工精確度為的目的，需要對各類加工誤差原因進行分析，有針對性的采取措施進行處理，對存在的誤差進行有效補償。

1 數(shù)控機床加工誤差分析

經(jīng)濟性數(shù)控車床對零件的加工，應(yīng)用為步進電機開環(huán)伺服系統(tǒng)或者半閉環(huán)伺服系統(tǒng)來驅(qū)動刀具，在這個過程中就會因為受各項因素的影響而存在加工誤差。一方面，數(shù)控機床自身因素。主要是因為數(shù)控機床所用構(gòu)件精確度較低，以及機床裝配過程中存在誤差，導(dǎo)致零件加工后精確度達不到設(shè)計要求。針對此種誤差原因，一般可以就高精度零部件進行更換，以及在裝配環(huán)節(jié)做好控制，爭取提高機床自身精確度。另外，對于部分技術(shù)能力可以達到要求的企業(yè)，還可以選擇對步進電機構(gòu)成的開環(huán)伺服系統(tǒng)進行適當(dāng)?shù)母脑欤蛊涑蔀殚]環(huán)伺服系統(tǒng)，來提高零件加工精度[1]。另一方面，工藝操作因素。部分零件在加工過程中，會因為機床以及零件本身的熱變形，造成切削、振動、裝夾、磨損等細節(jié)存在誤差。想要對此類誤差進行補償，需要建立補償模型在CNC系統(tǒng)內(nèi)補償，實施難度比較大，對提高數(shù)控機床零件加工精確度需要重點研究。

2 數(shù)控機床加工誤差原因與對策分析

2.1 數(shù)控機床自身原因

2.1.1 控制系統(tǒng)誤差

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)并未設(shè)置反饋裝置，數(shù)控信號為單向流程，并不能對移動部件實際位移量進行測量與反饋，進而會影響對加工過程中所存誤差的調(diào)整。伺服系統(tǒng)性能決定了開環(huán)控制系統(tǒng)加工精確度，而伺服裝置伺服元件多為步進電機，常見誤差有步距誤差、起停誤差以及動態(tài)誤差，對于不同的誤差可以根據(jù)其發(fā)生的原因，采取措施進行處理。如對伺服元件進行更換，確保所選電機能夠完全滿足步距角要求，或者是選擇用差分比較細的電機驅(qū)動電路，來提高電路控制穩(wěn)定性。另外，對于部分規(guī)模比較大的數(shù)控機床，為降低控制系統(tǒng)誤差，可以選擇用開環(huán)補償型控制系統(tǒng)，選擇步進電機開環(huán)系統(tǒng)為基本控制方式，并附加一個校正電路，利用工作臺上設(shè)置的直線位移測量元件反饋信號為依據(jù)，對機床系統(tǒng)存在的誤差進行校正[2]。

（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)中設(shè)置的數(shù)控插補器，可以發(fā)布的位置指令信，將其與工作臺上檢測到的實際位置反饋信號進行對比，然后根據(jù)對比結(jié)果對系統(tǒng)加工動作進行控制，將存在的誤差消除。此種控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中，可以有效提高數(shù)控機床零件加工精確度，但是就位置檢測反饋機制來說，仍然存在各種不穩(wěn)定性因素，加大了系統(tǒng)調(diào)試難度。如果存在不能夠正常匹配的參數(shù)，系統(tǒng)運行后便會出現(xiàn)振蕩問題，影響機床加工穩(wěn)定性。造成閉環(huán)控制系統(tǒng)出現(xiàn)誤差的主要原因即為位置反饋系統(tǒng)，為減少誤差，需要根據(jù)實際加工需求，對位置反饋系統(tǒng)進行優(yōu)化，或者直接更換高進度的反饋系統(tǒng)，且做好安裝行為的控制。

2.1.2 傳動系統(tǒng)誤差

數(shù)控機床坐標軸運行時，需要經(jīng)過升降速階段，但是因為不同類型數(shù)控機床性能不同，其升降速率便會存在一定的差異。對于經(jīng)濟型數(shù)控機床來說，并未設(shè)置將液壓驅(qū)動、鎖緊系統(tǒng)等，想要完成升降速過程，需要一定的時間，這樣便會在這個等待的時間內(nèi)，使得零件外形輪廓切削時，拐角位置出現(xiàn)超程或者過切問題，形成零件加工誤差[3]。針對此類誤差，在對經(jīng)濟型數(shù)控機床傳動系統(tǒng)進行優(yōu)化時，需要在拐角位置選擇變化的進給速度，接近拐角位置時減速，通過拐角后加速。

3 零件加工工藝原因

3.1 刀具切入點不合理

在對零件封閉內(nèi)輪廓表面進行銑削加工時，如果內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿著切線方向切入切出，對于不允許外延的部分，在進行加工時，刀具便只能沿著內(nèi)輪廓曲線法向切入切出，且切入切出點應(yīng)選擇輪廓曲線兩幾何元素交點位置。如果內(nèi)部幾何元素?zé)o相切交點，為避免刀具在零件輪廓拐角位置留下凹口，需要盡量將切入切出點遠離拐角。另外，很多零件需要進行車螺紋加工，很多時候因為升降速因素影響，螺紋切削開始與結(jié)束部位，會出現(xiàn)導(dǎo)程不正確問題。為減少此部分加工誤差，需要重點控制好螺距方向進給引入距離與超越距離，一般引入距離應(yīng)控制在2～5mm，超越距離則控制為引入距離的1/4左右，且大螺距以及高精度的螺紋應(yīng)選擇最大值。另外，如果螺紋收尾位置不存在退刀槽時，收尾處形狀受數(shù)控系統(tǒng)影響，應(yīng)按照45°退刀收尾。

3.2 零件定位存在誤差

利用數(shù)控機床對一批零件進行加工時，需要將其逐個在夾具上定位，但是對于各夾具來說，其所占據(jù)的位置并不完全相同，這樣在零件加工后，便會因為定位因素而導(dǎo)致工序基準在工序尺寸方向上具有很大的變動量。零件進行數(shù)控加工時，因基準不重合以及基準位移產(chǎn)生的定位誤差將會直接反應(yīng)到零件尺寸與位置精度上。為消除此類誤差的影響，必須要保證設(shè)計基準、測量基準、工藝基準以及編程原點保持一致性，且選擇精度高的定位元件，并做好元件安裝管理，縮小定位元件與定位基準位移量。

4 結(jié)束語

數(shù)控機床零件加工出現(xiàn)誤差的原因比較多，除了數(shù)控機床自身以及加工工藝因素外，還包括對口以及編程等因素的影響。為提高零件加工精確度，消除各類誤差，需要基于數(shù)控車床運行原理，做好各項元件的選擇，并控制好元件安裝效果，且結(jié)合實際需求，對數(shù)控機床加工系統(tǒng)進行完善，提高數(shù)控加工精度，提高零件加工合格率。

參考文獻：

[1]樊皓.數(shù)控機床加工過程綜合誤差分析[D].河南科技大學(xué)，2012.

[2]李瑞斌，張立仁，時海軍.數(shù)控機床加工誤差產(chǎn)生的原因及其對策[J].長江大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）理工卷，2010（03）：320-322+749.

[3]王金圓.五軸數(shù)控機床誤差建模分析[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2012.