許亞麗, 薛林濤（.新疆鋼鐵學(xué)校; .寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 8300）

關(guān)于數(shù)控加工的誤差分析及應(yīng)對(duì)措施

許亞麗1, 薛林濤2
（1.新疆鋼鐵學(xué)校; 2.寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 830022）

摘 要:數(shù)控加工精度高、速度快，是目前零件加工行業(yè)的主流方式。但數(shù)控加工同樣存在誤差，若不控制好，影響的將是一大片。文章首先從程序編制、加工工藝、操作層面、機(jī)床系統(tǒng)自身等多個(gè)角度分析了數(shù)控加工中可能形成的誤差來(lái)源，接著就如何應(yīng)對(duì)以上誤差進(jìn)行逐一闡明，以期為提升數(shù)控加工水平而拋磚引玉。

關(guān)鍵詞:數(shù)控加工；誤差分析；應(yīng)對(duì)措施

0 引言

隨著生產(chǎn)加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工被廣泛應(yīng)用于精密零件的批量生產(chǎn)中。但數(shù)控加工牽涉環(huán)節(jié)多，潛在誤差源也相應(yīng)增加。不解決好誤差問(wèn)題，將會(huì)影響到大批零件的可用性、精密性等。筆者結(jié)合多年工作經(jīng)驗(yàn)，從多個(gè)角度觀察誤差來(lái)源，并形成了系統(tǒng)的解決方案。

1 數(shù)控加工誤差來(lái)源分析

1.1 程序編制層面

數(shù)控加工執(zhí)行的依據(jù)是數(shù)控程序。在數(shù)控程序編制過(guò)程中會(huì)碰到一類(lèi)問(wèn)題：因數(shù)控裝置之間的插補(bǔ)功能互不相同，有些選擇直線(xiàn)方式逼近零件輪廓，有些則采用圓弧方式逼近零件輪廓；這樣，在臨近零件輪廓曲線(xiàn)的時(shí)候，逼近曲線(xiàn)和現(xiàn)實(shí)曲線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)差值，也稱(chēng)插補(bǔ)誤差。顯然，這種誤差取決于機(jī)床所運(yùn)行的計(jì)算機(jī)軟件。

另外，編程原點(diǎn)的選擇也很重要，它關(guān)系到零件坐標(biāo)尺寸計(jì)算的難易和加工精度。

1.2 具體工藝層面

從理論上講，加工零件可以有多種工藝選擇，但實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們，以下幾個(gè)方面是需要盡量避免的。（1）加工路線(xiàn)不合理。如對(duì)某些孔位置要求較高的零件，路線(xiàn)安排不當(dāng)會(huì)將坐標(biāo)軸反向間隙帶入，直接降低孔的位置精度。（2）刀具切入切出安排不當(dāng)。主要指銑削整圓時(shí)(包括外圓和內(nèi)圓)，刀具沿何種方向切入以及退刀時(shí)機(jī)選擇。（3）工藝分析不足。主要指定位基準(zhǔn)未統(tǒng)一，未充分考慮過(guò)渡圓弧半徑而出現(xiàn)欠切削或過(guò)切削現(xiàn)象；（4）平面加工時(shí)走刀次數(shù)過(guò)少。

1.3 機(jī)床部件層面

零件成型離不開(kāi)刀具等關(guān)鍵部件的作用。刀具方面潛在的誤差主要包括：（1）刀尖圓弧與零件的錐面或圓弧不匹配，導(dǎo)致過(guò)切或少切現(xiàn)象；（2）機(jī)床各部件之間的縫隙以及運(yùn)行過(guò)程中因彈性形變而出現(xiàn)的誤差(主要指齒輪、傳動(dòng)絲杠、軸等有反轉(zhuǎn)間隙的構(gòu)件)；（3）零件加工中的高溫高剪切力環(huán)境使刀尖出現(xiàn)較大磨損而產(chǎn)生誤差。

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誤差分析：加工過(guò)程中會(huì)有多次的坐標(biāo)移動(dòng)行為，對(duì)于未配置液壓驅(qū)動(dòng)和鎖緊系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其刀具上升或下降過(guò)程會(huì)呈現(xiàn)一定滯后性，這樣在過(guò)拐角時(shí)極易產(chǎn)生“超程”誤差。

1.4 操作人員層面

主要包括以下幾個(gè)方面：（1）因責(zé)任心不強(qiáng)，出現(xiàn)對(duì)刀失誤，極大影響加工準(zhǔn)確性；（2）不同測(cè)量者進(jìn)行測(cè)量所得到的數(shù)據(jù)誤差；（3）裝夾不牢固，或未將工件放平、放穩(wěn)、放正，影響加工質(zhì)量；（4）程序輸入錯(cuò)誤，如圓弧方向搞反，導(dǎo)致工件外形毀掉。

1.5 機(jī)床整體層面

眾所周知，誤差只能縮小，不能完全避免。數(shù)控機(jī)床雖然較普通機(jī)床精確，但其作為一個(gè)整體，仍然會(huì)呈現(xiàn)出系統(tǒng)誤差。這種誤差主要包括：（1）形位公差。即機(jī)床本體受重力等作用情況下產(chǎn)生的誤差，一般無(wú)法調(diào)整；（2）重復(fù)定位誤差。是驅(qū)動(dòng)裝置受脈沖當(dāng)量大小、均勻度、傳動(dòng)路線(xiàn)等因素作用而形成的誤差，一般極小且穩(wěn)定。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 提高人員素質(zhì)

無(wú)論機(jī)器多先進(jìn)，人始終是最重要的生產(chǎn)要素。為了避免不必要的人為失誤，以及增強(qiáng)零件加工過(guò)程中的調(diào)整能力，均需加大操作人員的培訓(xùn)，使操作人員從整體上掌控?cái)?shù)控機(jī)床的各項(xiàng)要素，從而全面提升職業(yè)技能、崗位責(zé)任心和安全意識(shí)。這樣，從主觀層面講，誤差的源頭得到最大程度的縮小。

2.2 合理、科學(xué)編程

對(duì)于復(fù)雜零件的加工，一般需要計(jì)算機(jī)輔助編程。由本文“1.1”可知，程序的薄弱處往往是軌跡和換刀點(diǎn)的設(shè)置，關(guān)于這方面的處理原則為：①適當(dāng)增加節(jié)點(diǎn)數(shù)量，但同時(shí)兼顧程序執(zhí)行效率；②盡可能徹底開(kāi)發(fā)機(jī)床內(nèi)部功能，優(yōu)化編程質(zhì)量；③不出現(xiàn)走空刀情況；④對(duì)整圓加工，注意不得從切點(diǎn)處退刀，應(yīng)安排一段沿切線(xiàn)方向的運(yùn)動(dòng)，對(duì)銑切內(nèi)圓，應(yīng)安排從圓弧過(guò)渡到圓??；⑤編程原點(diǎn)務(wù)必與圖樣尺寸基準(zhǔn)相重合。

2.3 誤差補(bǔ)償措施

（1）反向間隙補(bǔ)償。前已述及，數(shù)控機(jī)床的齒輪、絲杠、螺母等存在反向間隙，會(huì)影響機(jī)床精度。為此，需定期對(duì)數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向間隙進(jìn)行測(cè)定并進(jìn)行軟件補(bǔ)償。反向間隙的補(bǔ)償分正方向補(bǔ)償和負(fù)方向補(bǔ)償兩種。說(shuō)明：正方向補(bǔ)償是解決伺服電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)無(wú)實(shí)際運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，因此需在隙補(bǔ)償值中輸入一個(gè)正向值；負(fù)方向補(bǔ)償是解決伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)而測(cè)量裝置沒(méi)反應(yīng)的問(wèn)題，因此需在隙補(bǔ)償值中輸入一個(gè)負(fù)向值。

（2）螺距補(bǔ)償。數(shù)控機(jī)床存在多道曲線(xiàn)變直線(xiàn)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，不可避免產(chǎn)生螺距誤差，因此需對(duì)機(jī)床進(jìn)行周期性檢定并補(bǔ)償誤差。方法：利用激光干涉儀，比較數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的定位位置與測(cè)量位置，計(jì)算整個(gè)行程上不同區(qū)間的誤差，將補(bǔ)償值手動(dòng)輸入到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中。

（3）溫度補(bǔ)償。方法：對(duì)不同溫度下機(jī)床不同部位呈現(xiàn)出的定位誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出誤差曲線(xiàn)，并計(jì)算位置偏差輸入PLC。

2.4 重點(diǎn)關(guān)注刀部分

（1）需將測(cè)量的“刀尖半徑值”輸進(jìn)參數(shù)設(shè)定頁(yè)面。

（2）做好試切對(duì)刀工作。1）先后用“游標(biāo)卡尺”和“螺紋千分尺”測(cè)量精準(zhǔn)范圍以及實(shí)際精確值，有效規(guī)避目測(cè)誤差；2）刀具材質(zhì)合理、合適；3）確認(rèn)工件、刀架等夾緊，工件伸出長(zhǎng)度合適；4）定期檢測(cè)零點(diǎn)漂移狀況并及時(shí)做好調(diào)整工作。

（3）注意絲杠支承軸承等潤(rùn)滑狀態(tài)。合理選擇皮帶長(zhǎng)度，減少機(jī)床振動(dòng)。盡量使皮帶拉力的主方向不與刀具運(yùn)動(dòng)的主方向重合。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)控加工過(guò)程中，誤差無(wú)可避免，但可通過(guò)操作方法改進(jìn)、細(xì)節(jié)方面關(guān)注、誤差補(bǔ)償做好等方面來(lái)盡量減少誤差幅度。鑒于數(shù)控機(jī)床的誤差來(lái)源是極其復(fù)雜的，今后在這方面還應(yīng)展開(kāi)更深入的研究。另外，筆者認(rèn)為，對(duì)于誤差的處理，我們不僅僅是采取措施來(lái)應(yīng)對(duì)，還應(yīng)有評(píng)定方法(如對(duì)影響誤差的不可確定因素進(jìn)行不確定度評(píng)價(jià))。相信在不久的將來(lái)，數(shù)控機(jī)床的誤差問(wèn)題會(huì)得到更完美的解決。

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