數控加工質量的影響因素及提高探討

譚袁媛

（白城市洮北區農業職業技術學校，吉林 白城 137000）

引言

數控加工就是機床按照事先設定好的程序進行加工作業，實現對加工難度高、加工程序復雜的零部件進行加工，比如軸類部件、盤類部件等。在現階段自動化技術的應用下，數控加工的生產效率不斷提高，生產的質量越來越好，在為企業帶來足夠利益的同時，也提供了很大的便利。但數控加工仍然存在很多質量上的問題，影響加工的進行。

1 數控加工質量的影響因素

1.1 數控系統產生的誤差

數控系統產生的加工誤差，主要可以分為三個部分：一是開環控制系統、二是閉環控制系統、三是半閉環控制系統。三者產生的誤差原因不盡相同。開環控制系統在數控加工中，收到系統給出指定的命令后，利用驅動電路將指令放大，使驅動步進電機發生轉動，最后再利用齒輪的減速裝置將絲杠轉動起來，利用絲杠螺母的轉換性能，使平臺的部件發生偏移。開環控制系統由于沒有安裝相應的校正控制和位置反應裝置等，同時也沒有安裝工作臺的位置檢測裝置，因此，在命令傳遞和執行的過程中，位移精準度不高，而且還很容易受到支撐件的干擾，產生較大的機床誤差。閉環控制系統誤差是由于絲杠螺母傳動間距問題，導致在轉動過程中精準度受到巨大的影響。半閉環裝置因為工作臺在位移的過程中受到反應環的干擾產生誤差[1]。

1.2 機械產生的誤差

數控機床在工作的過程中，可以通過液壓驅動的方式減少機床在上升和下降過程中的工作時間，也可以通過鎖緊裝置減少工作的時間。因此，不管是哪一種檔次的機床在升降速的過程中，總會存在一定的時間差，導致轉動出現滯后的情況，一旦系統開始工作，磨具在工作中會因為時間差的問題導致超程的出現，進而出現誤差。

1.3 加工產生的誤差

加工產生的誤差主要是因為在加工零件的過程中，使用的刀具并不能完全緊密貼合，加工的軌跡也不能夠確保準確無誤，不管是刀具或者是加工的軌跡都會存在一定的誤差，但這僅僅是設計的問題，而不是操作和設備的問題。一般來說，這種情況產生的誤差，屬于不可避免的情況，因此，只要誤差控制在可接受的區間之內，就會得到認可。

1.4 位置誤差

在實際的數控加工中，位置誤差也是影響加工質量的重大因素之一。雖然現階段很多的零件不管是質量上還是形狀上都相當精良，不會存在較大的誤差，但是由于零件在設計的過程中，需要考慮表面形位公差等方面的因素，需要在實際的過程中，克服機械運動的摩擦力，比如說傳動的間隙、彈性形變等問題。雖然這種誤差能夠在閉環系統中得到一部分的抑制作用，但效果并不明顯，而出現在開環系統，就會產生較大的誤差，進而導致加工的質量下降、加工的速度變慢[2]。

1.5 切割量

切割量對于數控機床的加工質量也有著很大的影響，由于切削量的不同，加工的精度也不盡相同。切割量的變化是隨著進給量和速度以及深度等變化而變化。在數控加工中，每一個選擇的確定都會影響加工的精度，也會影響零件在加工后表面的粗糙程度。因此，在這個過程中，通過控制切割量的變化能夠有效提升加工精度。比如說，在加工操作的過程中，背吃刀量的選擇就會影響加工的質量。

1.6 刀具制造的誤差

在數控加工中，刀具是必不可少的一環，也是加工質量的影響因素之一。刀具的制造在生產和設計的過程中都會出現一些誤差,或設計誤差，或制造誤差，誤差的存在就會導致刀具在數據加工中出現質量方面的問題。另外，刀具在生產過程中的誤差雖然能夠得到有效控制，但隨著時間的流逝，誤差越來越大，影響零件的加工精度，降低產品的質量。

2 提高數控加工質量的技術

2.1 螺距補償

現階段，大部分的數控機床都有螺距補償的能力，能夠對運動方向的部位進行誤差性補償。而高級的數控機床已經擁有了直線度補償的功能。但是由于數控機床誤差存在著非常強的空間性，因此，僅僅采取螺距補償是遠遠不夠的。

2.2 坐標點的補償

坐標點的補償就是通過機床的數控系統針對機床外部的坐標點偏移的狀況，根據溫度、坐標、切削力等多方面數值判斷而實施的誤差補償。這種補償方式，對于系統的加工作業不會造成任何的影響，而且由于誤差模型的修改比較方便，所以在進行誤差補償的時候也非常靈活有效。一般來說，國內大部分的數控機床都擁有了此種類型的補償器。此類補償的工作原理是利用溫度傳感器對機床的溫度變化誤差情況進行采集，同時采集機床工作的運動坐標數據，這個數據主要是在幾何方面存在的誤差。采集完這些數據后，數據信號會被輸送給實時補償器，補償器內部的模型會對信號進行對比和計算，計算出需要補償的誤差值，然后將這個數據傳輸到機床的數控系統中，系統會根據數據進行機械工作參數的修正完成實時補償。除此之外，此類系統還可以和激光測量儀或位移傳感器對機床工作中的幾何誤差和熱誤差進行測量，得到更加精準的數據[3]。

2.3 復合誤差補償

復合誤差補償主要是機床坐標的幾何補償和熱誤差補償的結合。由于機床在加工的過程中總是會受熱，而且會隨著溫度的變化誤差一直增大。在這種情況下，使用簡單的幾何補償措施效果并不明顯，因此需要結合幾何誤差和熱誤差，在不同的溫度下實行不同的補償措施。

2.4 五軸數控機床誤差解耦實時補償

五軸數控機床誤差補償是由于機床在運動的過程中由于轉動引起了移動，因此在補償的過程中需要進行解耦。在五軸數控機床誤差的過程中，需要對各個部件的運行順序進行數據采集，僅為對機床空間上的綜合性補償。一般來說，補償的控制過程有兩種：一是利用集裝的二轉動軸，通過其旋轉運動的方式，不斷修復刀具與被加工零件之間的空間誤差；二是根據機場的三轉軸，通過對被加工零件與刀具原始位置與工作位置的空間誤差進行補償。

3 提高數控加工質量的措施

3.1 對優化數控車床進行整體設計

我國機床制造單位在生產的過程中，除了一些重要、精密的部件需要進行采購外，其他的部位都是自我設計制造的，不僅減少了生產的成本，而且也保證了機床的質量。機床的加工結構設計是整個機床設計制造的重要組成部分，因此在進行設計的過程中，工作人員應當結合先進的科學技術，把控機床零件，從而提升機床的整體生產質量。除此之外，主軸系統也是數控機床重要的一環，在設計的過程中，可以結合“熱對稱面”理論，優化主軸系統。另外，應將可能影響到數控機床加工的精度相關零件應放置到熱對稱面上，采用這種方式可以提高加工精度，避免存在誤差情況。

3.2 對可能存在的誤差情況進行提前防范

在數控車床加工過程中，為了確保加工的精度，應該提前對有可能產生誤差的情況進行防范和處理，優化設計車床的部件和生產程序、優化數控車床裝置，避免在運行的過程中存在誤差。設計人員在設計數控車床整體結構時，應該充分考慮到數控車床加工設備周圍環境因素，合理優化加工設備有效防止了在進行數控車床加工時對生態環境造成的破壞、出現溫度失控等情況，通過設計人員整體數控車床設計，有效提升了數控車床加工精度。

3.3 對軟件進行升級更新

在科技進步的帶動下，模具數控加工領域技術水平不斷得到提升，軟件不斷得到升級與更新，例如UNIG、CIMI 以及CAM 等，這些軟件在模具加工領域發揮越來越大的作用。具體講，軟件的主要功能是在模具數控加工過程中實現編程操作。CIMI 軟件可以與螺旋加工工具配合使用，避免相鄰刀具之間的干擾，有效延長刀具的使用周期，起到對軟件與設備的保護作用。

4 結語

影響數控加工精準度的因素相對較多，數控加工程序員在開展自動編程的過程中，必須要結合數控加工需求的實際情況，針對影響數控加工精準度的因素進行深入分析，嚴格設置各種參數，切實生成正確科學的刀具軌跡。