关于数控加工的误差分析及应对措施

许亚丽, 薛林涛（.新疆钢铁学校; .宝钢集团新疆八一钢铁有限公司,乌鲁木齐 8300）

关于数控加工的误差分析及应对措施

许亚丽1, 薛林涛2
（1.新疆钢铁学校; 2.宝钢集团新疆八一钢铁有限公司,乌鲁木齐 830022）

摘 要:数控加工精度高、速度快，是目前零件加工行业的主流方式。但数控加工同样存在误差，若不控制好，影响的将是一大片。文章首先从程序编制、加工工艺、操作层面、机床系统自身等多个角度分析了数控加工中可能形成的误差来源，接着就如何应对以上误差进行逐一阐明，以期为提升数控加工水平而抛砖引玉。

关键词:数控加工；误差分析；应对措施

0 引言

随着生产加工技术的发展，数控加工被广泛应用于精密零件的批量生产中。但数控加工牵涉环节多，潜在误差源也相应增加。不解决好误差问题，将会影响到大批零件的可用性、精密性等。笔者结合多年工作经验，从多个角度观察误差来源，并形成了系统的解决方案。

1 数控加工误差来源分析

1.1 程序编制层面

数控加工执行的依据是数控程序。在数控程序编制过程中会碰到一类问题：因数控装置之间的插补功能互不相同，有些选择直线方式逼近零件轮廓，有些则采用圆弧方式逼近零件轮廓；这样，在临近零件轮廓曲线的时候，逼近曲线和现实曲线会产生一个差值，也称插补误差。显然，这种误差取决于机床所运行的计算机软件。

另外，编程原点的选择也很重要，它关系到零件坐标尺寸计算的难易和加工精度。

1.2 具体工艺层面

从理论上讲，加工零件可以有多种工艺选择，但实际经验告诉我们，以下几个方面是需要尽量避免的。（1）加工路线不合理。如对某些孔位置要求较高的零件，路线安排不当会将坐标轴反向间隙带入，直接降低孔的位置精度。（2）刀具切入切出安排不当。主要指铣削整圆时(包括外圆和内圆)，刀具沿何种方向切入以及退刀时机选择。（3）工艺分析不足。主要指定位基准未统一，未充分考虑过渡圆弧半径而出现欠切削或过切削现象；（4）平面加工时走刀次数过少。

1.3 机床部件层面

零件成型离不开刀具等关键部件的作用。刀具方面潜在的误差主要包括：（1）刀尖圆弧与零件的锥面或圆弧不匹配，导致过切或少切现象；（2）机床各部件之间的缝隙以及运行过程中因弹性形变而出现的误差(主要指齿轮、传动丝杠、轴等有反转间隙的构件)；（3）零件加工中的高温高剪切力环境使刀尖出现较大磨损而产生误差。

驱动系统的误差分析：加工过程中会有多次的坐标移动行为，对于未配置液压驱动和锁紧系统的数控机床，其刀具上升或下降过程会呈现一定滞后性，这样在过拐角时极易产生“超程”误差。

1.4 操作人员层面

主要包括以下几个方面：（1）因责任心不强，出现对刀失误，极大影响加工准确性；（2）不同测量者进行测量所得到的数据误差；（3）装夹不牢固，或未将工件放平、放稳、放正，影响加工质量；（4）程序输入错误，如圆弧方向搞反，导致工件外形毁掉。

1.5 机床整体层面

众所周知，误差只能缩小，不能完全避免。数控机床虽然较普通机床精确，但其作为一个整体，仍然会呈现出系统误差。这种误差主要包括：（1）形位公差。即机床本体受重力等作用情况下产生的误差，一般无法调整；（2）重复定位误差。是驱动装置受脉冲当量大小、均匀度、传动路线等因素作用而形成的误差，一般极小且稳定。

2 应对措施

2.1 提高人员素质

无论机器多先进，人始终是最重要的生产要素。为了避免不必要的人为失误，以及增强零件加工过程中的调整能力，均需加大操作人员的培训，使操作人员从整体上掌控数控机床的各项要素，从而全面提升职业技能、岗位责任心和安全意识。这样，从主观层面讲，误差的源头得到最大程度的缩小。

2.2 合理、科学编程

对于复杂零件的加工，一般需要计算机辅助编程。由本文“1.1”可知，程序的薄弱处往往是轨迹和换刀点的设置，关于这方面的处理原则为：①适当增加节点数量，但同时兼顾程序执行效率；②尽可能彻底开发机床内部功能，优化编程质量；③不出现走空刀情况；④对整圆加工，注意不得从切点处退刀，应安排一段沿切线方向的运动，对铣切内圆，应安排从圆弧过渡到圆弧；⑤编程原点务必与图样尺寸基准相重合。

2.3 误差补偿措施

（1）反向间隙补偿。前已述及，数控机床的齿轮、丝杠、螺母等存在反向间隙，会影响机床精度。为此，需定期对数控机床各坐标轴的反向间隙进行测定并进行软件补偿。反向间隙的补偿分正方向补偿和负方向补偿两种。说明：正方向补偿是解决伺服电机空转而工作台无实际运动的问题，因此需在隙补偿值中输入一个正向值；负方向补偿是解决伺服电机带动机械部分运动而测量装置没反应的问题，因此需在隙补偿值中输入一个负向值。

（2）螺距补偿。数控机床存在多道曲线变直线的进给运动，不可避免产生螺距误差，因此需对机床进行周期性检定并补偿误差。方法：利用激光干涉仪，比较数控机床进给轴的定位位置与测量位置，计算整个行程上不同区间的误差，将补偿值手动输入到数控系统当中。

（3）温度补偿。方法：对不同温度下机床不同部位呈现出的定位误差进行统计，绘制出误差曲线，并计算位置偏差输入PLC。

2.4 重点关注刀部分

（1）需将测量的“刀尖半径值”输进参数设定页面。

（2）做好试切对刀工作。1）先后用“游标卡尺”和“螺纹千分尺”测量精准范围以及实际精确值，有效规避目测误差；2）刀具材质合理、合适；3）确认工件、刀架等夹紧，工件伸出长度合适；4）定期检测零点漂移状况并及时做好调整工作。

（3）注意丝杠支承轴承等润滑状态。合理选择皮带长度，减少机床振动。尽量使皮带拉力的主方向不与刀具运动的主方向重合。

3 结语

数控加工过程中，误差无可避免，但可通过操作方法改进、细节方面关注、误差补偿做好等方面来尽量减少误差幅度。鉴于数控机床的误差来源是极其复杂的，今后在这方面还应展开更深入的研究。另外，笔者认为，对于误差的处理，我们不仅仅是采取措施来应对，还应有评定方法(如对影响误差的不可确定因素进行不确定度评价)。相信在不久的将来，数控机床的误差问题会得到更完美的解决。

参考文献:

[1]贺广华.数控机床加工过程综合误差分析研究[J].电子制作,2013(02):38-39.

[2]李敏.数控加工工艺中的误差分析[J].科学实践,2003(03):48-50.

[3]赵亚倩.数控加工产生误差的根源及解决方案[J].中国机械,2012(01):98-99.