數(shù)控機床生產(chǎn)加工誤差的原因及其改善措施

金旭東

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430000）

在機械加工業(yè)，數(shù)控機床發(fā)揮著無可替代的作用。為了通過先進的數(shù)控機床專業(yè)技術(shù)，更好地使用數(shù)控機床，以促進數(shù)控加工精度的提高，首先必須嚴格控制好相應(yīng)的生產(chǎn)誤差等。由此可見，認真分析我國數(shù)控機床為何會出現(xiàn)加工誤差，并基于此提出優(yōu)化、改善措施，具有至關(guān)重要的實踐意義，此方面的研究課題也一度成為加工領(lǐng)域的焦點問題。

1 簡介生產(chǎn)加工誤差

生產(chǎn)加工誤差指的是在機械加工環(huán)節(jié)，出現(xiàn)的尺寸等誤差。總體上看，在加工好零部件后，在各個方向的參數(shù)往往會有一些偏差，而這里的偏差指的就是和原設(shè)計尺寸間的差距。一直以來，人們都十分重視數(shù)控加工中出現(xiàn)的誤差，因為這些誤差會直接影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量乃至生產(chǎn)效率。同時，工廠的精細化生產(chǎn)即會備受影響，這會嚴重阻礙中國機械零部件精細加工的長足發(fā)展。但在各方面的綜合影響下，加工誤差是避免不了的問題之一，雖如此，但還是應(yīng)在數(shù)控機床的運行中，盡量減小加工誤差。

2 數(shù)控機床生產(chǎn)加工誤差的原因及其改善措施

2.1 制造工藝引發(fā)的加工誤差及其改善措施

2.1.1 加工路線不當時引發(fā)的加工誤差及其改善措施

如圖1所示，在精鏜4-Φ30H7孔中，對孔位置提出了較高的精度要求，故此鏜孔路線相當重要。如果不得當安排，而帶入了坐標軸下的反方向間隙，則勢必會嚴重影響孔位置的準確性。

圖1 數(shù)控鏜孔加工位置圖

圖2 數(shù)控鏜孔加工路線圖

在圖2中顯示了圖1方案下的加工路線圖。在a路線中，孔IV和孔I～III在方向定位上相反，且x向出現(xiàn)的反向間隙還會增大定位誤差，以致影響孔III、IV的位置精度。而在b路線中，在III孔加工好后，尚未在孔IV位置直接定位，有適當向左偏移，再從右折回并定位在孔IV位置；這么一來，孔I～IV的定位方向便保持一致了，孔IV便會不再產(chǎn)生反向間隙這樣的誤差，進而孔III、IV的孔距精度也更高了。

2.1.2 刀具安排不合理時引發(fā)的加工誤差及其改善措施

在圓周銑削過程中，刀具需要從切向入至圓周再銑削。在加工好整個圓周后，不可在切點位置取消刀補或者退刀，而應(yīng)沿切線仍然運動一定的距離。這么一來，便能防止取消刀補的過程中，刀具撞擊工件而令工件或者刀具廢掉。如圖3所示，為銑削外圓時具體的加工路線圖。就此，最好的安排方案：經(jīng)由圓弧緩緩過渡至加工圓弧的路線，而在切出時也需要安排一段專門的圓弧過渡以退刀。這么一來，便可以避免接刀處出現(xiàn)接痕，而提升孔加工的整體精度。如圖4所示，為銑削內(nèi)圓時具體的加工路線圖。在數(shù)控銑削內(nèi)圓的過程中，也需要遵循以上切入切出的基本原理。

圖3 數(shù)控銑削外圓時具體的加工路線圖

圖4 數(shù)控銑削內(nèi)圓時具體的加工路線圖

2.1.3 工藝有誤時引發(fā)的加工誤差及其改善措施

目前，傳統(tǒng)或普通加工工藝往往無法完全適合數(shù)控加工，值得注意的是：一方面，統(tǒng)一規(guī)范定位基準，以避免重裝零件而導(dǎo)致加工后不同輪廓尺寸出現(xiàn)協(xié)調(diào)問題。在加工的零件上，應(yīng)盡量以某孔為具體的定位基準。如果孔都不合適，則可以在毛壞上設(shè)置工藝凸臺，又或在后續(xù)去除余量上，安排工藝孔。如果做工藝孔很困難，則可以利用精加工好的表面來當作定位的統(tǒng)一基準，以避免裝夾兩次或以上的誤差。另一方面，防止欠、過切削：在加工制造連接圓弧和弧（或弧和直線）的內(nèi)外輪廓時，需要周全考量其過渡圓弧的實際半徑，以防刀尖半徑不當而引發(fā)欠或過切削。如果欠或過切削出現(xiàn)，則可以自動通過刀尖半徑來補償。譬如，在內(nèi)外輪廓銑削過程中，刀具切入、切出點，均應(yīng)設(shè)置在零件輪廓交點位置，并合理確定切入、出方向，以防影響加工質(zhì)量。此外，還應(yīng)從精度要求出發(fā)，選擇合理的走刀次數(shù)。譬如，在平面加工中，通過一次切除，可控制加工誤差位于0.3～0.5mm之間；通過兩次走刀，可控制加工誤差約為0.1mm。

2.2 數(shù)控機床引發(fā)的加工誤差及其改善措施

2.2.1 數(shù)控系統(tǒng)誤差及其改善措施

根據(jù)伺服控制模式，可以將數(shù)控系統(tǒng)劃分成以下三種控制系統(tǒng)：其一，開環(huán)控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)沒有檢測設(shè)施和反饋電路，故此不能利用反饋信息來補償進給中出現(xiàn)的誤差，以致輸出出現(xiàn)位置誤差。若使用步進電機，則誤差主要表現(xiàn)為步距、動態(tài)、起停這三方面的誤差。具體的改善措施有：①選用步距角達到要求的電機；②選用更細差分的驅(qū)動電機電路。其二，閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可以實時檢測位置信號，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋，再對比指令值，直至差值消除、進給停比，故此控制精度高。但檢測反饋中卻存在諸多不穩(wěn)定因素，且難以調(diào)試。最終若參數(shù)不匹配甚至?xí)霈F(xiàn)振蕩，令機床陷入不穩(wěn)定狀態(tài)。主要誤差有：反饋誤差直接影響作業(yè)精度。誤差改善措施：選用優(yōu)質(zhì)反饋系統(tǒng)，制造安裝精度更高的反饋系統(tǒng)。其三，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是半反饋的，誤差會影響部件進給位置的實際精度。但這樣的半反饋系統(tǒng)，存在的不穩(wěn)定因素相對較少，控制精度往往高于閉環(huán)控制系統(tǒng)。誤差多源于傳動鏈，且通過設(shè)置參數(shù)加以補償。

2.2.2 機械部件引發(fā)的誤差及其改善措施

在驅(qū)動坐標軸啟停時，均需要升、降速。在高級數(shù)控機床中，在液壓驅(qū)動系統(tǒng)、鎖緊的作用下，可以很快升、降。而在廉價數(shù)控機床中，則需要緩緩升、降。鑒于傳動系統(tǒng)的慣性，常常會在內(nèi)槽型面等的拐角加工中，令刀具超程而引發(fā)加工誤差。所以，編程過程中應(yīng)在靠近拐角前，稍稍減緩進給速度，再過拐角后才增速。

在數(shù)控機床中，傳動副主要涉及軸、齒輪、絲杠等的反轉(zhuǎn)間隙。若工作臺沿反方向運動，類似間隙勢必會引起電機空走、工作臺原地不動問題，進而引發(fā)誤差；受力、受熱后傳動件的變形會引發(fā)的誤差；在工作臺出現(xiàn)導(dǎo)軌誤差。改善措施有：針對反向傳動間隙，在開、半閉環(huán)系統(tǒng)，可以將其間隙值測出，并當作補償反間隙的值，輸入數(shù)控系統(tǒng)，又或補償反向運動；針對受力、受熱后傳動鏈的變形而引發(fā)的誤差，應(yīng)提升傳動鏈剛度、降低摩擦力等。

3 結(jié) 語

目前，在使用數(shù)控機床來生產(chǎn)加工零部件的過程中，存在諸多引發(fā)加工誤差問題的原因。所以，要想提升零部件生產(chǎn)加工的具體精確度、盡可能消除誤差，則應(yīng)認真研究數(shù)控機床基本的運行原理，并從運行情況、精度要求出發(fā)，采取行之有效的改善措施，來修正加工誤差。可有效提高數(shù)控機床生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率，并減小加工投入，提升總的利潤。