数控加工工艺、方法对零件加工精度的影响

胡忠彪　吴秀艳　金龙　张大威

摘 要：文章主要阐述了机械加工过程中，不同的机械加工方法可达到的精度和如何从数控加工工艺上改进，提高机械零件加工精度。

关键词：数控加工；精度；加工方法

前言

加工精度是指零件加工之后的实际几何参数（尺寸，形状和位置）与理想几何参数的符合程度。在机械零件加工后，零件的精度包括零件的尺寸精度和表面粗糙度以及零件的形位公差。但是在实际加工过程中，往往有很多的因素使得零件的精度不高，为今后整机的装配造成了困难。在工件材料一定，加工设备一定的情况下，提高良品率，提高加工精度，增加企业经济效，就成为机械加工工艺首要考虑的，要对加工过程中的每一个环节，都要充分的统筹和优化，在保证零件加工精度的前提下，尽量优化加工工艺，以最少步骤的加工工艺，最少的设备投入，尽可能的取得优良的零件加工精度。我国目前的现状是，普通机床加工设备投入少，但是加工精度难以保证，数控机床加工精度高，但是设备昂贵。

在机械加工过程中，机械的精度受多方面因素的影响，例如，下料没有考虑材料的特性，时效处理工艺不到位，加工坯料内部热应力的释放，热处理工艺的不适合，机械加工过程中，吃刀量的不同引发的形变，气温的变化对材料加工的影响，数控机床的膨胀，等等。其中对精度影响最大的还是机械加工的工艺，所以尽可能的优化机械加工工艺，使得工件的精度达到图纸的要求。在机械加工中注意各种小细节，努力提高机械零件精度。

1 常用加工方法及其精度范围，适用场合

1.1 车削加工

车削加工是最常用的传统机械加工方法。车削加工适合加工各种轴类、套筒类及盘类零件，可以对各种旋转表面和螺旋面进行加工。例如：内外圆面，端面，沟槽，中心打孔，攻丝，滚花，等。精车时，车削加工加工精度可达IT6～IT5，表面粗糙度达Ra0.4～0.1μm。车削加工作为最常用的加工方法，其适应性强，不但可以加工轴套类零件，也可以加工偏心零件，如曲轴，凸轮等零件。并且其刀具相对简单，刀具的刃磨，都比较简单。

1.2 铣削加工

铣削加工适合各种平面、各类沟槽，加工时的成型表面，依照刀具的形状，可以对平面、台阶面、成型曲面、螺旋面、键槽、T形槽、燕尾槽等进行加工。一般精铣精度可达IT9～IT7，表面粗糙度达Ra6.3～1.6μm。铣削加工去除材料多，加工效率高。但是，铣削时采用切削液对刀具进行冷却以免产生较大的热应力。

1.3 磨削加工

磨削加工属于高精度加工，采用高精度磨床时，粗糙度可达Ra0.1～0.08μm，其适合于工件硬度高，精度要求高的场合，不足之处是加工缓慢，需要充分冷却，加工成本高。

综上所述，总结如下：

（1）传统机械加工，回转体一般用车削加工，面类零件，采用铣削加工，对于难以加工的材料，可以采用磨削加工，线切割，电火花，进行加工。

（2）一般在工艺上安排，安排普通机床进行粗加工，后续工艺安排精密机床进行精加工。

（3）为了一次加工完所有的工序，可利用数控加工中心，一次装夹，全部加工。对加工完成的零件只进行尺寸检验。

2 数控机床如何从加工工艺上提高零件加工精度

自从数控机床问世以来，机械加工向高精度，高度智能化方向发展。随着制造业的蓬勃发展，数控机床业越来越普及，现代的数控机床与传统机床相比，采用了交流伺服驱动技术，旋转编码器，直线光栅尺结合的测量技术，保证了机床的定位精度，没有了传统的机械传动机构，减少了传统传动链带来的误差，在最新的技术里，采用了直线电机技术，其动态响应好，而且也取代了滚珠丝杠带来的误差，使得定位技术更加精准。数控机床具有加工精度高，效率高，产品一致性好，工艺适应性好。其精度主要取决于机床的精度和编程中点的精确，轨迹的相似度。

2.1 数控编程下刀原点对加工精度的影响

编程首先就是要确定起始下刀位置，数控工艺员根据加工特点和零件图纸来确定编程坐标系，编程坐标系选取的最基本的原则是依据机械零件的特点、图纸的基准，统筹安排，这样可最大限度地减少因为尺寸链公差引起的误差。

2.2 程序数据处理对加工精度的影响

依据刀具的轨迹，对轮廓加工进行分析计算，要充分考虑刀具的刀具半径，刀具磨损对机械零件轨迹的影响。对加工程序数据要尽可能的接近理论轮廓轨迹。其中最容易引起尺寸误差的是未知编程点的计算引起的误差，数控机床插补原理是利用小段直线去拟合成曲线，所以势必会带来不确定的误差。

2.3 加工路径对加工精度的影响

加工路径对加工精度及加工效率影响很大，其中要注意的是要尽可能的一刀走完，精加工要慢，刀具高速旋转。

2.4 不同数控系统对加工精度的影响

插补计算主要取决于数控系统的性能，经济型的数控系统多采用步进电机的驱动方法，步进电机精度差，而且扭矩过大时，容易失步，国内进口数控系统，发那科，西门子，海德汉，系统插补性能不同，直接导致加工精度的不同。

2.5 不同数控机床对加工精度的影响

数控机床驱动方式的分类

2.5.1 步进电机驱动形式

步进电机驱动方式的插补驱动方式多见于经济型的数控机床，步进电机一圈可以分步是有线的，其旋转一个分度会带动滚珠丝杠直线运行一小段，又加之一般此类系统一般不配备位置检测系统，所以势必会带来误差。

2.5.2 交流伺服电机驱动形式

交流伺服驱动又详细分为半闭环检测和全闭环检测，半闭环检测是指编码器检测电机旋转的角度，从而根据丝杠的导程计算相应的直线距离。全闭环是指直线导轨安装了光栅尺，由光栅尺直接读取当前系统的位置信息，反馈给数控系统，从而确定精度，所以半闭环精度取决于编碼器一圈的脉冲数和丝杠的机械性能，全闭环因为是直接测量位置，所以其性能绝大多数取决于光栅尺的分辨率。

2.5.3 直线电机的驱动形式

直线电机因为其良好的响应速度和无间隙的机械传动，导致其是传统滚珠丝杠的替代品，因为消除了滚珠丝杠带来的螺纹节距的不同，螺母反向间隙带来的误差，所以其定位误差仅仅和测量系统的误差有关。

数控机床和传统机床相比，其加工精度的变化仅仅取决于数控机床的精度，数控机床的精度与其搭载的数控系统，测量系统，伺服系统的精度有关，而数控工艺的合理安排，可以以最低的成本去使得数控机床发挥相应的效能，改善机械加工的精度。

3 结束语

随着机械加工业的发展，我国作为新型的制造大国，对装备制造业，机械加工业的要求也更加严格，伴随着新型技术的飞速发展，更加合理精密的数控机床会极大的满足机械加工精度的需求，纳米级插补定位技术，多轴加工技术，直线电机的广泛应用，都在努力的使机械加工向高精度，高效率，智能化方向发展。

参考文献

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