金旭東

（武漢交通職業(yè)學(xué)院，湖北 武漢 430000）

在機(jī)械加工業(yè)，數(shù)控機(jī)床發(fā)揮著無(wú)可替代的作用。為了通過(guò)先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床專業(yè)技術(shù)，更好地使用數(shù)控機(jī)床，以促進(jìn)數(shù)控加工精度的提高，首先必須嚴(yán)格控制好相應(yīng)的生產(chǎn)誤差等。由此可見(jiàn)，認(rèn)真分析我國(guó)數(shù)控機(jī)床為何會(huì)出現(xiàn)加工誤差，并基于此提出優(yōu)化、改善措施，具有至關(guān)重要的實(shí)踐意義，此方面的研究課題也一度成為加工領(lǐng)域的焦點(diǎn)問(wèn)題。

1 簡(jiǎn)介生產(chǎn)加工誤差

生產(chǎn)加工誤差指的是在機(jī)械加工環(huán)節(jié)，出現(xiàn)的尺寸等誤差?？傮w上看，在加工好零部件后，在各個(gè)方向的參數(shù)往往會(huì)有一些偏差，而這里的偏差指的就是和原設(shè)計(jì)尺寸間的差距。一直以來(lái)，人們都十分重視數(shù)控加工中出現(xiàn)的誤差，因?yàn)檫@些誤差會(huì)直接影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量乃至生產(chǎn)效率。同時(shí)，工廠的精細(xì)化生產(chǎn)即會(huì)備受影響，這會(huì)嚴(yán)重阻礙中國(guó)機(jī)械零部件精細(xì)加工的長(zhǎng)足發(fā)展。但在各方面的綜合影響下，加工誤差是避免不了的問(wèn)題之一，雖如此，但還是應(yīng)在數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行中，盡量減小加工誤差。

2 數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)加工誤差的原因及其改善措施

2.1 制造工藝引發(fā)的加工誤差及其改善措施

2.1.1 加工路線不當(dāng)時(shí)引發(fā)的加工誤差及其改善措施

如圖1所示，在精鏜4-Φ30H7孔中，對(duì)孔位置提出了較高的精度要求，故此鏜孔路線相當(dāng)重要。如果不得當(dāng)安排，而帶入了坐標(biāo)軸下的反方向間隙，則勢(shì)必會(huì)嚴(yán)重影響孔位置的準(zhǔn)確性。

圖1 數(shù)控鏜孔加工位置圖

圖2 數(shù)控鏜孔加工路線圖

在圖2中顯示了圖1方案下的加工路線圖。在a路線中，孔IV和孔I～I(xiàn)II在方向定位上相反，且x向出現(xiàn)的反向間隙還會(huì)增大定位誤差，以致影響孔III、IV的位置精度。而在b路線中，在III孔加工好后，尚未在孔IV位置直接定位，有適當(dāng)向左偏移，再?gòu)挠艺刍夭⒍ㄎ辉诳譏V位置；這么一來(lái)，孔I～I(xiàn)V的定位方向便保持一致了，孔IV便會(huì)不再產(chǎn)生反向間隙這樣的誤差，進(jìn)而孔III、IV的孔距精度也更高了。

2.1.2 刀具安排不合理時(shí)引發(fā)的加工誤差及其改善措施

在圓周銑削過(guò)程中，刀具需要從切向入至圓周再銑削。在加工好整個(gè)圓周后，不可在切點(diǎn)位置取消刀補(bǔ)或者退刀，而應(yīng)沿切線仍然運(yùn)動(dòng)一定的距離。這么一來(lái)，便能防止取消刀補(bǔ)的過(guò)程中，刀具撞擊工件而令工件或者刀具廢掉。如圖3所示，為銑削外圓時(shí)具體的加工路線圖。就此，最好的安排方案：經(jīng)由圓弧緩緩過(guò)渡至加工圓弧的路線，而在切出時(shí)也需要安排一段專門的圓弧過(guò)渡以退刀。這么一來(lái)，便可以避免接刀處出現(xiàn)接痕，而提升孔加工的整體精度。如圖4所示，為銑削內(nèi)圓時(shí)具體的加工路線圖。在數(shù)控銑削內(nèi)圓的過(guò)程中，也需要遵循以上切入切出的基本原理。

圖3 數(shù)控銑削外圓時(shí)具體的加工路線圖

圖4 數(shù)控銑削內(nèi)圓時(shí)具體的加工路線圖

2.1.3 工藝有誤時(shí)引發(fā)的加工誤差及其改善措施

目前，傳統(tǒng)或普通加工工藝往往無(wú)法完全適合數(shù)控加工，值得注意的是：一方面，統(tǒng)一規(guī)范定位基準(zhǔn)，以避免重裝零件而導(dǎo)致加工后不同輪廓尺寸出現(xiàn)協(xié)調(diào)問(wèn)題。在加工的零件上，應(yīng)盡量以某孔為具體的定位基準(zhǔn)。如果孔都不合適，則可以在毛壞上設(shè)置工藝凸臺(tái)，又或在后續(xù)去除余量上，安排工藝孔。如果做工藝孔很困難，則可以利用精加工好的表面來(lái)當(dāng)作定位的統(tǒng)一基準(zhǔn)，以避免裝夾兩次或以上的誤差。另一方面，防止欠、過(guò)切削：在加工制造連接圓弧和?。ɑ蚧『椭本€）的內(nèi)外輪廓時(shí)，需要周全考量其過(guò)渡圓弧的實(shí)際半徑，以防刀尖半徑不當(dāng)而引發(fā)欠或過(guò)切削。如果欠或過(guò)切削出現(xiàn)，則可以自動(dòng)通過(guò)刀尖半徑來(lái)補(bǔ)償。譬如，在內(nèi)外輪廓銑削過(guò)程中，刀具切入、切出點(diǎn)，均應(yīng)設(shè)置在零件輪廓交點(diǎn)位置，并合理確定切入、出方向，以防影響加工質(zhì)量。此外，還應(yīng)從精度要求出發(fā)，選擇合理的走刀次數(shù)。譬如，在平面加工中，通過(guò)一次切除，可控制加工誤差位于0.3～0.5mm之間；通過(guò)兩次走刀，可控制加工誤差約為0.1mm。

2.2 數(shù)控機(jī)床引發(fā)的加工誤差及其改善措施

2.2.1 數(shù)控系統(tǒng)誤差及其改善措施

根據(jù)伺服控制模式，可以將數(shù)控系統(tǒng)劃分成以下三種控制系統(tǒng)：其一，開環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)設(shè)施和反饋電路，故此不能利用反饋信息來(lái)補(bǔ)償進(jìn)給中出現(xiàn)的誤差，以致輸出出現(xiàn)位置誤差。若使用步進(jìn)電機(jī)，則誤差主要表現(xiàn)為步距、動(dòng)態(tài)、起停這三方面的誤差。具體的改善措施有：①選用步距角達(dá)到要求的電機(jī)；②選用更細(xì)差分的驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路。其二，閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)檢測(cè)位置信號(hào)，并向數(shù)控系統(tǒng)反饋，再對(duì)比指令值，直至差值消除、進(jìn)給停比，故此控制精度高。但檢測(cè)反饋中卻存在諸多不穩(wěn)定因素，且難以調(diào)試。最終若參數(shù)不匹配甚至?xí)霈F(xiàn)振蕩，令機(jī)床陷入不穩(wěn)定狀態(tài)。主要誤差有：反饋誤差直接影響作業(yè)精度。誤差改善措施：選用優(yōu)質(zhì)反饋系統(tǒng)，制造安裝精度更高的反饋系統(tǒng)。其三，半閉環(huán)控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)是半反饋的，誤差會(huì)影響部件進(jìn)給位置的實(shí)際精度。但這樣的半反饋系統(tǒng)，存在的不穩(wěn)定因素相對(duì)較少，控制精度往往高于閉環(huán)控制系統(tǒng)。誤差多源于傳動(dòng)鏈，且通過(guò)設(shè)置參數(shù)加以補(bǔ)償。

2.2.2 機(jī)械部件引發(fā)的誤差及其改善措施

在驅(qū)動(dòng)坐標(biāo)軸啟停時(shí)，均需要升、降速。在高級(jí)數(shù)控機(jī)床中，在液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、鎖緊的作用下，可以很快升、降。而在廉價(jià)數(shù)控機(jī)床中，則需要緩緩升、降。鑒于傳動(dòng)系統(tǒng)的慣性，常常會(huì)在內(nèi)槽型面等的拐角加工中，令刀具超程而引發(fā)加工誤差。所以，編程過(guò)程中應(yīng)在靠近拐角前，稍稍減緩進(jìn)給速度，再過(guò)拐角后才增速。

在數(shù)控機(jī)床中，傳動(dòng)副主要涉及軸、齒輪、絲杠等的反轉(zhuǎn)間隙。若工作臺(tái)沿反方向運(yùn)動(dòng)，類似間隙勢(shì)必會(huì)引起電機(jī)空走、工作臺(tái)原地不動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)誤差；受力、受熱后傳動(dòng)件的變形會(huì)引發(fā)的誤差；在工作臺(tái)出現(xiàn)導(dǎo)軌誤差。改善措施有：針對(duì)反向傳動(dòng)間隙，在開、半閉環(huán)系統(tǒng)，可以將其間隙值測(cè)出，并當(dāng)作補(bǔ)償反間隙的值，輸入數(shù)控系統(tǒng)，又或補(bǔ)償反向運(yùn)動(dòng)；針對(duì)受力、受熱后傳動(dòng)鏈的變形而引發(fā)的誤差，應(yīng)提升傳動(dòng)鏈剛度、降低摩擦力等。

3 結(jié) 語(yǔ)

目前，在使用數(shù)控機(jī)床來(lái)生產(chǎn)加工零部件的過(guò)程中，存在諸多引發(fā)加工誤差問(wèn)題的原因。所以，要想提升零部件生產(chǎn)加工的具體精確度、盡可能消除誤差，則應(yīng)認(rèn)真研究數(shù)控機(jī)床基本的運(yùn)行原理，并從運(yùn)行情況、精度要求出發(fā)，采取行之有效的改善措施，來(lái)修正加工誤差?？捎行岣邤?shù)控機(jī)床生產(chǎn)產(chǎn)品的合格率，并減小加工投入，提升總的利潤(rùn)。