數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)應(yīng)用研究

謝學(xué)浩

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.002

摘 要：隨著社會的不斷進步，經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國人民的生活水平有了很大提高。與此同時，各種新興產(chǎn)業(yè)也如同雨后春筍般蓬勃發(fā)展起來，其中集機械、電力、溶液、氣、光于一體的數(shù)控機床現(xiàn)代化技術(shù)就是這些新興產(chǎn)業(yè)中的重要一員。數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)，為其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了便利條件，在發(fā)展自身的同時，也為其他產(chǎn)業(yè)展開了一扇嶄新的大門，促進了我國綜合國力的提升。隨著數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)逐漸走進人們的生活，人們對它的理解和認識越來越深入，隨之人們對其工藝水平的發(fā)展越來越重視，對其工藝水平要求越來越高。該文首先對數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容進行了闡述，然后分析了引起數(shù)控加工誤差的各種原因，接下來提出了幾種有效的減小數(shù)控加工誤差的技術(shù)，最后介紹了數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用，希望人們能夠?qū)?shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)有更深入的理解。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 質(zhì)量控制 技術(shù) 應(yīng)用 研究

中圖分類號：TG659 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0002-03

數(shù)控加工技術(shù)在新興產(chǎn)業(yè)中占據(jù)非常重要的地位，它不僅是一種先進的加工技術(shù)，還是一種高效率、高精度的加工技術(shù)，為小型精密零件的加工帶來很大便利，當(dāng)然，其在大型零件加工中也具有得天獨厚的優(yōu)勢，帶來的經(jīng)濟效益不可估量。隨著數(shù)控機床作用的發(fā)揮，這種高科技產(chǎn)物已經(jīng)被越來越多的人所認可，受到越來越多的人關(guān)注。雖然數(shù)控加工的優(yōu)勢非常多，但是隨著其加工零件越來越精密，其局限性也逐漸顯現(xiàn)出來。因此，非常有必要研究數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)，以進一步推進數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的發(fā)展。

1 數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容

1.1 數(shù)控加工的概念

數(shù)控加工是指在數(shù)控機床上進行零件加工的一種工藝方法。從整體來看，數(shù)控機床加工與傳統(tǒng)機床加工在工藝流程上差別并不大。但從細節(jié)來看就會發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)機床加工相比，數(shù)控機床加工在工藝流程上發(fā)生了明顯變化。數(shù)控機床加工是由數(shù)字信號控制零件和刀具相對位移的一種機械加工工藝。相對來說，數(shù)控機床加工更適合小批量、形狀復(fù)雜、品種多樣、精度要求高的高效自動化零件加工。

1.2 數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容

數(shù)控加工精度指的是零件成品相對于理想模型在各種參數(shù)上的精確度，是衡量數(shù)控加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。數(shù)控加工精度是一個綜合概念，它包含四大方面的內(nèi)容。

1.2.1 尺寸精度

與零件模型相比，零件實際尺寸的精確程度。

1.2.2 形狀精度

與理想要素相比，零件的被測要素的精確程度。

1.2.3 位置精度

相對于圖樣標(biāo)注的位置誤差，零件實際位置誤差的精確程度。

1.2.4 表面粗糙度

就算加工工藝再好，加工出來的零件表面也不可能是完全平整的，總有一些由微觀幾何圖形造成的粗糙。

1.3 對數(shù)控加工的認識

數(shù)控加工過程中，影響數(shù)控加工精度的因素非常多，比如溫度、濕度等。因此，在數(shù)控加工中，就算采用同一種加工方法，其精度也存在很大差異。不管采用何種加工工藝，只要操作細心，切削參數(shù)選用正確，再加上精心調(diào)整，其最后的零件質(zhì)量都會很好。但是人們都知道，誤差和成本之間是成反比的，低誤差必然伴隨著高成本。一味地提高數(shù)控加工精度，不僅會大大降低生產(chǎn)效率，還會增加成本投資。因此，一種數(shù)控加工工藝的加工經(jīng)濟精度不是一個確定的值，而是一個范圍。只要這種加工工藝的精度在規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以認為它是經(jīng)濟的。

2 數(shù)控加工造成誤差的主要原因

2.1 機床系統(tǒng)誤差

機床系統(tǒng)本身不是完美的，其在制造、安裝、調(diào)試過程中會產(chǎn)生一定的誤差，并且經(jīng)過長時間的使用，機床也會產(chǎn)生一定的磨損，這都會直接影響數(shù)控加工的精度。具體來說，分為三大部分。

2.1.1 主軸的回轉(zhuǎn)誤差

刀具和零件都是以主軸為基準(zhǔn)安裝的，因此，主軸的誤差對零件的加工精度影響非常大。主軸的回轉(zhuǎn)誤差有3種主要形式：徑向園跳動、軸向園跳動和傾角擺動。

2.1.2 導(dǎo)軌的直線誤差

零件加工的很多環(huán)節(jié)都會用到導(dǎo)軌，它負責(zé)很多傳動工作，因此，導(dǎo)軌的誤差會對加工運動的基準(zhǔn)產(chǎn)生很大沖擊。機床導(dǎo)軌的誤差主要有兩種形式：導(dǎo)軌的直線誤差和導(dǎo)軌的平行誤差。

2.1.3 傳動系統(tǒng)誤差

傳動鏈中包含很多元件，元件本身存在誤差，元件的裝配、傳動鏈的使用也會產(chǎn)生誤差。局部的誤差綜合起來，會積累成整個傳動鏈的誤差。

2.2 刀具參數(shù)誤差

刀具類型不同，刀具參數(shù)對加工誤差的影響也存在很大差異。定尺寸刀具對加工的尺寸精度影響較大，成形刀具對形狀精度影響較大，常見的定尺寸刀具和成形刀具有：拉刀、鉸刀、鉆頭、成形砂輪等等。如果采用展成刀具加工零件，刀具切削刃的幾何形狀誤差、尺寸誤差將會直接對工件的形狀、尺寸造成誤差，常見的展成刀具有：花鍵滾刀、插齒刀等等。而人們常見的刀具，比如銑刀、車刀，結(jié)構(gòu)簡單，操作也簡單，對工件造成的誤差就可以忽略不計了。

2.3 工件定位誤差

若加工中的工件存在夾具定位不準(zhǔn)確，會產(chǎn)生一定的誤差，這種誤差就是工件定位誤差。一般對于同一批工件，調(diào)整好刀具與工件的相對位置后，會一直保持到這批工件加工結(jié)束。所以，工件定位誤差一般都是由于前期調(diào)整不準(zhǔn)確造成的。

若工件加工時的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計時零件圖上的設(shè)計基準(zhǔn)以及工序基準(zhǔn)不一樣，也會造成誤差。

定位工具本身也不是完美的，模具、夾具本身就存在一定的誤差，這種誤差會使得基準(zhǔn)不重合。此外，長時間加工工件后，模具、夾具自身會發(fā)生變形，這也會增加工件定位誤差。

2.4 工藝系統(tǒng)受力變形

2.4.1 工件剛度

由于在加工中會受到切削力，工件會發(fā)生變形，這會對加工精度產(chǎn)生一定的影響。若相對機床、刀具、夾具來說，工件剛度遠遠不足，會加劇工件變形，進而加劇加工精度。

2.4.2 刀具剛度

在加工工藝系統(tǒng)中，會用到多種剛度不同的刀具。對于剛度很大的刀具，加工過程對其造成的磨損可忽略不計。而對于那些剛度相對較小的刀具來說，在工件加工過程中，會對其造成嚴(yán)重的磨損，極為影響工件精度，比如內(nèi)孔車刀、立式銑刀等。

2.4.3 機床部件剛度

機床是由很多部件組成的，剛度難以計算，迄今為止，機床的剛度只能用實驗的方法獲得。需要提醒的是，機床部件變形是非線性的，其變形具有卸載回滯現(xiàn)象。卸載回滯現(xiàn)象指的是，荷載消失后，卸載曲線和加載曲線存在一些偏移，整體滯后于加載曲線，兩條線之間包圍的面積可以認為是摩擦力、接觸變形產(chǎn)生的熱能。一般來說，第一次卸載后，變形是無法完全恢復(fù)的，這說明有殘余變形存在。但是經(jīng)過多次加載、卸載，卸載曲線的終點會和加載曲線的起點完全重合，這時殘余變形就不存在了。

2.5 工藝系統(tǒng)熱變形

工藝系統(tǒng)在運作過程中，涉及到多種器件的碰撞、摩擦，這將會產(chǎn)生大量的熱量，器件和工件的溫度都會升高，發(fā)生嚴(yán)重變形，不僅會對機床、刀具等造成破壞，還會影響工件的加工精度，產(chǎn)生非常大的誤差。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，對于重載加工、精密加工來說，熱變形引起的誤差占總誤差的60%左右，可見熱變形的危害。

2.6 調(diào)整不當(dāng)

工件加工設(shè)計多道工序，不同的工序?qū)に囅到y(tǒng)的要求不同，這就涉及到工藝系統(tǒng)的調(diào)整。然而，加工工藝系統(tǒng)的調(diào)整一般都是人為操作的，這就不可避免會產(chǎn)生一些偏差。另外，工序之間不是完全獨立的，存在一定的重復(fù)，因此工序銜接處的精度難以控制。

3 數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)

3.1 減小原始誤差

原始誤差，指的是由于加工工藝中所用的部件誤差引起的誤差。想要減小數(shù)控加工的原始誤差，應(yīng)該從以下幾方面下手。

（1）提高機床主軸的回轉(zhuǎn)精度。

（2）提高機床導(dǎo)軌的直線度、平行度精度。

（3）提高夾具、量具、刀具制造精度。

（4）提高整個工藝系統(tǒng)的剛度。

當(dāng)加工工藝系統(tǒng)受力、受熱時，會產(chǎn)生很嚴(yán)重變形。為了減小變形所帶來的誤差，應(yīng)該對產(chǎn)生的誤差一一分析，找出產(chǎn)生誤差的原因，從而對癥下藥，消除誤差。

對于精密加工零件來說，不僅要提高加工系統(tǒng)的幾何精度、機床系統(tǒng)的剛度，還要采取有效措施，盡量減少加工過程產(chǎn)生的熱量，或者設(shè)置高效冷卻設(shè)施。

對于成形時的表面加工工藝來說，應(yīng)該使用形狀更符合標(biāo)準(zhǔn)的刀具，另外，刀具的安裝定位一定要準(zhǔn)確，以免造成誤差，影響整個工藝流程。

3.2 誤差抵消法

在實際加工中，涉及到的部件不可能是完美的，總會存在一定的誤差，而且原始誤差的減小非常難，存在很大的局限性。針對這種現(xiàn)狀，可以采用誤差抵消法。

誤差抵消法指的是，分析原始誤差產(chǎn)生的結(jié)果，然后在此基礎(chǔ)上，人為地制造一些原本加工工藝系統(tǒng)不存在的反向誤差，以此來抵消原有工藝系統(tǒng)所存在的誤差，進而提升數(shù)控加工的精度。

3.3 分解或者均布原始誤差

對于批量加工來說，可以分解原始誤差，以此來減小原始誤差帶來的影響，提高工件加工精度。然而對于那些精密工件來說，采用分解原始誤差的方法就不合適了，這時可以通過不斷試切來均布原始誤差。

3.3.1 原始誤差的分解

原始誤差的分解是通過分析誤差的規(guī)律，然后將工件按精度要求分成不同的組，這樣每個組的誤差范圍就會縮小。接下來，根據(jù)每組的參數(shù)要求調(diào)整刀具的位置，這樣以來，各組的誤差中心就會基本重合起來。局部決定整體，總誤差將會大大減小。

3.3.2 原始誤差的均布

為了減小精密工件的誤差，可以采用均布誤差的方法。均布誤差指的是憑借特定的方法將原有誤差逐漸均布到各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。通過比較、檢驗工件的誤差，找出誤差之間存在的不同，然后相互修正加工基準(zhǔn)，以均布誤差。

3.4 轉(zhuǎn)移原始誤差

在誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常明顯。而在非誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常不明顯。對于這種情況，可以在加工過程中，想一些辦法，將誤差轉(zhuǎn)移到非敏感方向上，這樣一來，原始誤差的影響就會大大減小，工件的精度也就可以大幅度提高了。

3.5 多次測量法減小誤差

多次測量法，顧名思義，就是通過多次測量，增大余量，進行多次精加工以及調(diào)整，逐漸使得尺寸符合要求。多次測量法操作簡單，比較好掌握，只要工作人員有足夠的耐心，并且做好記錄，就可以達到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。需要提醒的是，多次測量法花費的時間比較長，但是對于一些精密工件的加工，采用多次測量法是非常恰當(dāng)?shù)摹?/p>

3.6 提高操作人員的專業(yè)素質(zhì)

在現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中，數(shù)控加工行業(yè)的很多員工都是非正式員工，不是從專業(yè)院校畢業(yè)的，而且沒有專門的上崗證，專業(yè)素質(zhì)不高，對于一些緊急情況，沒有處理能力。對于這個問題，一定要給予重視，采取一定的措施，予以解決。

3.6.1 提高上崗要求

數(shù)控企業(yè)招收員工時，要從專業(yè)院校挖掘人才，并且一定要有工作經(jīng)驗，因為數(shù)控加工操作失誤造成的損失非常嚴(yán)重。

3.6.2 加強員工培訓(xùn)力度

一時間要想找到優(yōu)秀人才是不現(xiàn)實的，因此，對于現(xiàn)有的工作人員，要采取各種措施提高他們的專業(yè)素質(zhì)，比如，定期培訓(xùn)，定期舉辦員工間的技能比拼，活躍工作氛圍。此外，數(shù)控企業(yè)要制定有效的激勵機制，激勵員工提升專業(yè)素質(zhì)。

4 結(jié)語

綜上所述，該文首先從數(shù)控加工、數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容進行了概述，然后分析了影響數(shù)控加工精度的各種因素，最后提出了幾種行之有效的提高數(shù)控加工精度的措施，希望能對工業(yè)生產(chǎn)起到一定的輔助作用。數(shù)控加工是一項要求很高的高科技技術(shù)，但是其復(fù)雜的工序就決定了其有多種誤差。各種誤差都有不同的原因，只有分析了產(chǎn)生誤差的原因，然后從原因出發(fā)，對誤差分組分析，提出解決策略。對于誤差，一方面，要盡量消除原始誤差，但是原始誤差的減小是有一定限度的，這時就要從其他方面利用其他方法入手，比如，誤差抵消法、分解或均布原始誤差法、轉(zhuǎn)移原始誤差法、多次測量法等，從而提高數(shù)控加工的精度。在如今的工業(yè)化時代，數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)在一個程度上可以反映一個國家或地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展程度，因此，要重視數(shù)控加工質(zhì)量控制技術(shù)的研究。

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