杜學(xué)飛

摘 要：

介紹了數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容，分析在數(shù)控加工過(guò)程中造成誤差的主要原因即機(jī)床系統(tǒng)引起的誤差、刀具引起的誤差、定位引起的誤差、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差、工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差、調(diào)整不良引起的誤差等。就以上因素提出提高機(jī)械加工精度的工藝措施，減少原始誤差；誤差抵消法；分解或均布原始誤差；轉(zhuǎn)移原始誤差。

關(guān)鍵詞：

數(shù)控加工精度；定位；刀具機(jī)床；工藝系統(tǒng)；措施

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2016）04021401

1 數(shù)控加工精度的概念及內(nèi)容

數(shù)控加工是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工成型的一種工藝方法。數(shù)控機(jī)床加工與傳統(tǒng)機(jī)床加工相比較，在工藝規(guī)程上從總體一致的，但也有顯著的變化。用數(shù)字信號(hào)控制零件和刀具相對(duì)位移的機(jī)械加工。它能夠適應(yīng)品種繁多、形狀復(fù)雜、單件小批量、精度高的零件加工，也是實(shí)現(xiàn)高效率和自動(dòng)化的有效途徑。

數(shù)控加工精度包含以下四個(gè)方面的內(nèi)容：（1）尺寸精度是指零件實(shí)際尺寸的準(zhǔn)確程度；（2）形狀精度是零件的被測(cè)要素相對(duì)于理想要素的準(zhǔn)確程度；（3）位置精度是指零件的實(shí)際位置誤差與圖樣標(biāo)注的位置誤差的準(zhǔn)確程度；（4）表面粗糙度是零件表面的微觀幾何形狀誤差。

在數(shù)控加工過(guò)程中，由于多種因素的影響，相同的加工方法在不同的工作條件下所達(dá)到的精度是并不同的。不論哪一種加工方法，只要細(xì)心操作，精心調(diào)整，選用合理的切削參數(shù)進(jìn)行加工，都會(huì)使數(shù)控加工的精度得到較大提高，然而這樣必然會(huì)降低生產(chǎn)效率，增加生產(chǎn)成本（誤差δ與成本C成反比關(guān)系）一種加工方法的加工經(jīng)濟(jì)精度不應(yīng)理解為某一個(gè)確定值，而應(yīng)理解為一個(gè)范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)都可以說(shuō)是經(jīng)濟(jì)的。

2 數(shù)控加工造成誤差的主要原因

2.1 機(jī)床系統(tǒng)誤差

機(jī)床的制造、安裝及調(diào)試誤差和使用過(guò)程中的磨損均會(huì)直接影響數(shù)控加工精度。其中主要有主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌的直線誤差與傳動(dòng)系統(tǒng)誤差。（1）主軸的回轉(zhuǎn)誤差，機(jī)床的主軸是安裝刀具或裝夾零件的基準(zhǔn)，其誤差的大小將直接影響零件的加工精度。主軸的回轉(zhuǎn)誤差可以分解為徑向圓跳動(dòng)、軸向圓跳動(dòng)、傾角擺動(dòng)三種基本形式。（2）導(dǎo)軌的誤差，機(jī)床導(dǎo)軌在加工過(guò)程中是運(yùn)動(dòng)形成的基礎(chǔ)，其誤差的大小將影響加工運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。機(jī)床導(dǎo)軌誤差有：導(dǎo)軌的直線誤差和導(dǎo)軌的平行誤差。（3）傳動(dòng)鏈誤差，由于傳動(dòng)鏈中各元件的誤差、裝配誤差和磨損從而引起整個(gè)傳動(dòng)鏈累積誤差。

2.2 刀具參數(shù)誤差

對(duì)于不同類型的刀具，刀具參數(shù)對(duì)加工誤差的影響程度不盡相同。定尺寸刀具和成形刀具會(huì)直接影響加工的尺寸精度和形狀精度，例如拉刀、鉸刀、鉆頭、形銑刀、齒輪模數(shù)銑刀、成形砂輪等。而采用展成刀具加工時(shí)，刀具切削刃的幾何形狀誤差和尺寸誤差將影響工件的形狀誤差和尺寸誤差，比如花鍵滾刀、齒輪滾刀、插齒刀等加工時(shí)，對(duì)于一般刀具（如銑刀、車刀等），其對(duì)加工誤差的影響很小。

2.3 工件定位誤差

工件定位誤差是被加工件在夾具上定位不準(zhǔn)確而引起的加工誤差。對(duì)于同一批加工件，一經(jīng)調(diào)整后，刀具與工件的相對(duì)位置不再發(fā)生改變了。因而前期工件定位誤差的大小將影響加工誤差的大小。

基準(zhǔn)不重合引起的誤差，是由于工件加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)零件圖上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)及工序基準(zhǔn)不重合引起的誤差。

定位副本身精度也會(huì)給加工帶來(lái)誤差。模具與夾具的制造不可避免的存在誤差，這個(gè)誤差的存在會(huì)產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差；而且在加工載荷的作用下，模具與夾具會(huì)發(fā)生變形也會(huì)加劇工件定誤差。

2.4 工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差

（1）工件剛度的影響。在整個(gè)加工工藝系統(tǒng)中，加工件在切削力作用下，工件變形會(huì)對(duì)加工精度發(fā)生影響。若工件剛度遠(yuǎn)低于機(jī)床、刀具、夾具，則其影響將很大。

（2）刀具剛度的影響。在加工過(guò)程中，不同的刀具其表現(xiàn)出的剛度不盡相同，對(duì)剛度很大的刀具其誤差影響很小，可忽略不計(jì)，例如外圓車刀車削直徑誤差、立式銑刀銑削深度誤差等；而對(duì)于剛度較小的刀具，誤差的影響將很嚴(yán)重，例如內(nèi)孔車刀車削內(nèi)徑誤差、立式銑刀銑削輪廓誤差、鉆孔孔徑誤差等。

（3）機(jī)床部件剛度的影響。機(jī)床的部件眾多，其剛度的計(jì)算繁雜，到目前為止只能用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定。在加工載荷的作用下機(jī)床部件變形是非線性的具有卸載回滯現(xiàn)象。卸載回滯現(xiàn)象是當(dāng)載荷消失后，卸載曲線并不與加載曲線重合，而是滯后于加載曲線，兩條線所包含的面積即為摩擦力與接觸變形產(chǎn)生的熱能。第一次卸載變形恢復(fù)不到加載起點(diǎn)，表明殘余變形的存在，但是通過(guò)多次加載卸載的反復(fù)后，加載曲線起點(diǎn)才與卸載曲線終點(diǎn)逐漸重合，殘余變形將減小為零。

2.5 工藝系統(tǒng)熱變形引起的誤差

工藝系統(tǒng)熱變形引起對(duì)加工精度的影響非常嚴(yán)重，尤其在重載加工和精密加工過(guò)程中，熱變形所引起誤差約占總體誤差的60%。在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，機(jī)床、刀具和工件的溫度會(huì)逐漸升高，這將引起加工零件的誤差。

2.6 調(diào)整不當(dāng)引起的誤差

在每個(gè)加工的工序中，都要對(duì)加工工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整工作。在對(duì)加工工藝系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整中，不可能精確無(wú)誤，所以會(huì)產(chǎn)生誤差。這個(gè)誤差將會(huì)在加工過(guò)程中傳遞到刀具，造成加工誤差。加工工藝系統(tǒng)中，刀具系統(tǒng)、工件和夾具系統(tǒng)、機(jī)床各部件互相位置精度，將通過(guò)一系列的調(diào)整工作來(lái)保證的。當(dāng)原始精度都能夠達(dá)到工藝要求時(shí)，調(diào)整精度對(duì)加工精度起到?jīng)Q定性的作用。

3 提高數(shù)控加工精度的措施

3.1 減少原始誤差

減小數(shù)控加工的原始誤差的措施主要分幾個(gè)方面：（1）提高機(jī)床主軸的回轉(zhuǎn)精度。（2）提高機(jī)床導(dǎo)軌的直線度和平行度精度。（3）提高夾具、量具、工具制造精度及整個(gè)工具系統(tǒng)的剛度。

當(dāng)加工系統(tǒng)受力、受熱時(shí)，變形能夠較小，從而引起的加工誤差較小。我們需要對(duì)產(chǎn)生的誤差逐一分析，找出其成因，對(duì)不同原因產(chǎn)生的誤差采用不同的解決方法。那么對(duì)于加工精密零件，在盡可能提高機(jī)床系統(tǒng)的幾何精度、系統(tǒng)剛度的同時(shí)還要盡量減小加工產(chǎn)生的熱量或?qū)嵤├鋮s；而對(duì)于成形表面的加工，主要是減少刀具形狀誤差與刀具的安裝誤差。

3.2 誤差抵消法

在實(shí)際加工過(guò)程中，原始誤差的減小是有很大的局限性。這時(shí)可以采用抵消法來(lái)減小加工誤差。

抵消法是分析原始誤差產(chǎn)生的結(jié)果，人為地制造出一些本來(lái)系統(tǒng)不存在的反向誤差，用這些新產(chǎn)生的反向誤差來(lái)抵消原來(lái)工藝系統(tǒng)中固有的誤差，從而提高數(shù)控加工精度。

3.3 分解或均布原始誤差

在批量加工中，可以采用分解某些原始誤差的方法來(lái)提高一批零件的加工誤差。但是對(duì)要求精度很高的零件，需要采用不斷試切的加工方法均布原始誤差。

（1）原始誤差的分解是通過(guò)對(duì)誤差的規(guī)律分析，將加工件按精度等級(jí)分為若干組別，每個(gè)組別的誤差范圍將縮小了。然后各組的參數(shù)風(fēng)別調(diào)整刀具的位置，致使各組誤差分散中心基本重合，這樣一個(gè)批次加工零件的誤差就縮小了。

（2）均布誤差是通過(guò)特定的方法使原有的誤差不斷縮小和均布。通過(guò)比較和檢驗(yàn)加工件的誤差，找出各個(gè)誤差的差異，然后進(jìn)行相互修正加工或者基準(zhǔn)加工。

3.4 轉(zhuǎn)移原始誤差

原始誤差在誤差敏感方向上的影響很大，而在非敏感方向上的影響很小。那么在加工過(guò)程中如果設(shè)法將這些誤差轉(zhuǎn)移到非敏感方向，就會(huì)對(duì)原始誤差對(duì)加工的影響大大減弱，提高零件的加工精度。轉(zhuǎn)移原始誤差就是將原始誤差從誤差敏感方向轉(zhuǎn)移到不敏感方向上去。

4 結(jié)束語(yǔ)

在數(shù)控加工過(guò)程中，誤差的產(chǎn)生是不可避免的。逐一分析每一個(gè)誤差的產(chǎn)生原因，了解每一個(gè)誤差對(duì)加工精度的影響程度及特性，再根據(jù)其特性采用合理的措施加以抑制，從而提高數(shù)控加工精度，優(yōu)化產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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