数控加工质量控制技术

2016-10-14杜学飞

现代商贸工业 2016年4期

杜学飞

摘要：

介绍了数控加工精度的概念及内容，分析在数控加工过程中造成误差的主要原因即机床系统引起的误差、刀具引起的误差、定位引起的误差、工艺系统受力变形引起的误差、工艺系统受热变形引起的误差、调整不良引起的误差等。就以上因素提出提高机械加工精度的工艺措施，减少原始误差；误差抵消法；分解或均布原始误差；转移原始误差。

关键词：

数控加工精度；定位；刀具机床；工艺系统；措施

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2016）04021401

1 数控加工精度的概念及内容

数控加工是指在数控机床上进行零件加工成型的一种工艺方法。数控机床加工与传统机床加工相比较，在工艺规程上从总体一致的，但也有显著的变化。用数字信号控制零件和刀具相对位移的机械加工。它能够适应品种繁多、形状复杂、单件小批量、精度高的零件加工，也是实现高效率和自动化的有效途径。

数控加工精度包含以下四个方面的内容：（1）尺寸精度是指零件实际尺寸的准确程度；（2）形状精度是零件的被测要素相对于理想要素的准确程度；（3）位置精度是指零件的实际位置误差与图样标注的位置误差的准确程度；（4）表面粗糙度是零件表面的微观几何形状误差。

在数控加工过程中，由于多种因素的影响，相同的加工方法在不同的工作条件下所达到的精度是并不同的。不论哪一种加工方法，只要细心操作，精心调整，选用合理的切削参数进行加工，都会使数控加工的精度得到较大提高，然而这样必然会降低生产效率，增加生产成本（误差δ与成本C成反比关系）一种加工方法的加工经济精度不应理解为某一个确定值，而应理解为一个范围，在这个范围内都可以说是经济的。

2 数控加工造成误差的主要原因

2.1 机床系统误差

机床的制造、安装及调试误差和使用过程中的磨损均会直接影响数控加工精度。其中主要有主轴回转误差、导轨的直线误差与传动系统误差。（1）主轴的回转误差，机床的主轴是安装刀具或装夹零件的基准，其误差的大小将直接影响零件的加工精度。主轴的回转误差可以分解为径向圆跳动、轴向圆跳动、倾角摆动三种基本形式。（2）导轨的误差，机床导轨在加工过程中是运动形成的基础，其误差的大小将影响加工运动的基准。机床导轨误差有：导轨的直线误差和导轨的平行误差。（3）传动链误差，由于传动链中各元件的误差、装配误差和磨损从而引起整个传动链累积误差。

2.2 刀具参数误差

对于不同类型的刀具，刀具参数对加工误差的影响程度不尽相同。定尺寸刀具和成形刀具会直接影响加工的尺寸精度和形状精度，例如拉刀、铰刀、钻头、形铣刀、齿轮模数铣刀、成形砂轮等。而采用展成刀具加工时，刀具切削刃的几何形状误差和尺寸误差将影响工件的形状误差和尺寸误差，比如花键滚刀、齿轮滚刀、插齿刀等加工时，对于一般刀具（如铣刀、车刀等），其对加工误差的影响很小。

2.3 工件定位误差

工件定位误差是被加工件在夹具上定位不准确而引起的加工误差。对于同一批加工件，一经调整后，刀具与工件的相对位置不再发生改变了。因而前期工件定位误差的大小将影响加工误差的大小。

基准不重合引起的误差，是由于工件加工时的定位基准与产品设计时零件图上的设计基准及工序基准不重合引起的误差。

定位副本身精度也会给加工带来误差。模具与夹具的制造不可避免的存在误差，这个误差的存在会产生基准不重合误差；而且在加工载荷的作用下，模具与夹具会发生变形也会加剧工件定误差。

2.4 工艺系统受力变形引起的误差

（1）工件刚度的影响。在整个加工工艺系统中，加工件在切削力作用下，工件变形会对加工精度发生影响。若工件刚度远低于机床、刀具、夹具，则其影响将很大。

（2）刀具刚度的影响。在加工过程中，不同的刀具其表现出的刚度不尽相同，对刚度很大的刀具其误差影响很小，可忽略不计，例如外圆车刀车削直径误差、立式铣刀铣削深度误差等；而对于刚度较小的刀具，误差的影响将很严重，例如内孔车刀车削内径误差、立式铣刀铣削轮廓误差、钻孔孔径误差等。

（3）机床部件刚度的影响。机床的部件众多，其刚度的计算繁杂，到目前为止只能用实验的方法来测定。在加工载荷的作用下机床部件变形是非线性的具有卸载回滞现象。卸载回滞现象是当载荷消失后，卸载曲线并不与加载曲线重合，而是滞后于加载曲线，两条线所包含的面积即为摩擦力与接触变形产生的热能。第一次卸载变形恢复不到加载起点，表明残余变形的存在，但是通过多次加载卸载的反复后，加载曲线起点才与卸载曲线终点逐渐重合，残余变形将减小为零。

2.5 工艺系统热变形引起的误差

工艺系统热变形引起对加工精度的影响非常严重，尤其在重载加工和精密加工过程中，热变形所引起误差约占总体误差的60%。在加工过程中会产生大量的热，机床、刀具和工件的温度会逐渐升高，这将引起加工零件的误差。

2.6 调整不当引起的误差

在每个加工的工序中，都要对加工工艺系统进行调整工作。在对加工工艺系统进行调整中，不可能精确无误，所以会产生误差。这个误差将会在加工过程中传递到刀具，造成加工误差。加工工艺系统中，刀具系统、工件和夹具系统、机床各部件互相位置精度，将通过一系列的调整工作来保证的。当原始精度都能够达到工艺要求时，调整精度对加工精度起到决定性的作用。

3 提高数控加工精度的措施

3.1 减少原始误差

减小数控加工的原始误差的措施主要分几个方面：（1）提高机床主轴的回转精度。（2）提高机床导轨的直线度和平行度精度。（3）提高夹具、量具、工具制造精度及整个工具系统的刚度。

当加工系统受力、受热时，变形能够较小，从而引起的加工误差较小。我们需要对产生的误差逐一分析，找出其成因，对不同原因产生的误差采用不同的解决方法。那么对于加工精密零件，在尽可能提高机床系统的几何精度、系统刚度的同时还要尽量减小加工产生的热量或实施冷却；而对于成形表面的加工，主要是减少刀具形状误差与刀具的安装误差。

3.2 误差抵消法

在实际加工过程中，原始误差的减小是有很大的局限性。这时可以采用抵消法来减小加工误差。

抵消法是分析原始误差产生的结果，人为地制造出一些本来系统不存在的反向误差，用这些新产生的反向误差来抵消原来工艺系统中固有的误差，从而提高数控加工精度。

3.3 分解或均布原始误差

在批量加工中，可以采用分解某些原始误差的方法来提高一批零件的加工误差。但是对要求精度很高的零件，需要采用不断试切的加工方法均布原始误差。

（1）原始误差的分解是通过对误差的规律分析，将加工件按精度等级分为若干组别，每个组别的误差范围将缩小了。然后各组的参数风别调整刀具的位置，致使各组误差分散中心基本重合，这样一个批次加工零件的误差就缩小了。

（2）均布误差是通过特定的方法使原有的误差不断缩小和均布。通过比较和检验加工件的误差，找出各个误差的差异，然后进行相互修正加工或者基准加工。

3.4 转移原始误差

原始误差在误差敏感方向上的影响很大，而在非敏感方向上的影响很小。那么在加工过程中如果设法将这些误差转移到非敏感方向，就会对原始误差对加工的影响大大减弱，提高零件的加工精度。转移原始误差就是将原始误差从误差敏感方向转移到不敏感方向上去。

4 结束语

在数控加工过程中，误差的产生是不可避免的。逐一分析每一个误差的产生原因，了解每一个误差对加工精度的影响程度及特性，再根据其特性采用合理的措施加以抑制，从而提高数控加工精度，优化产品的质量。

参考文献