劉成

（武漢華夏理工學(xué)院，湖北 武漢 430070）

0 引言

數(shù)控加工機(jī)床被廣泛地應(yīng)用于航空航天、造船以及電子等各種加工領(lǐng)域，負(fù)責(zé)各種外形復(fù)雜，精度要求較高的零部件的加工。在數(shù)控加工過程中，有許多因素都會(huì)對(duì)加工質(zhì)量產(chǎn)生影響。工藝過程中的各組成部分，包括機(jī)床、刀具的磨損和夾具的制造誤差等都會(huì)造成加工工件的誤差。除此之外，機(jī)械加工還受到工件材料，以及外部環(huán)境因素的影響，比如環(huán)境溫度發(fā)生改變導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床或者加工材料發(fā)生尺寸變化。因此，為了降低加工產(chǎn)品誤差，有必要對(duì)造成誤差的因素進(jìn)行分析，并提出一些針對(duì)性對(duì)策，這對(duì)于推動(dòng)零件加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展具有重要意義[1]。

1 數(shù)控機(jī)床加工誤差的產(chǎn)生因素

1.1 溫度變化帶來的誤差

對(duì)于我國(guó)大部分中小企業(yè)所采用的數(shù)控機(jī)床加工精度本就有限，對(duì)于精度要求不高的工件加工過程中的溫度變化對(duì)工件質(zhì)量的影響沒有特別明顯?？梢坏┘庸すぜ募庸べ|(zhì)量的精度要求進(jìn)一步提高逐漸接近機(jī)床所能達(dá)到的極限時(shí)，溫度的變化對(duì)精度的影響就逐漸凸顯出來。

數(shù)控機(jī)床在加工零件的過程中，持續(xù)工作。而且在一般環(huán)境下的廠房中一天的溫度是不一樣的，甚至有可能產(chǎn)生較大的溫差變化[2]。由此造成數(shù)控機(jī)床在冷熱變化的過程中，機(jī)床坐標(biāo)系發(fā)生偏移，造成零件加工產(chǎn)生誤差。數(shù)控機(jī)床在持續(xù)加工過程中產(chǎn)生大量的熱量，機(jī)床各部件在這些熱量的影響下造成工藝尺寸熱變形，進(jìn)而使得所加工的工件產(chǎn)生誤差。

1.2 數(shù)控機(jī)床的反向間隙帶來的誤差

就我國(guó)現(xiàn)有的制造業(yè)水平以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平而言，經(jīng)濟(jì)類的數(shù)控機(jī)床在我國(guó)的使用范圍相對(duì)較廣，市場(chǎng)占有率較高。此類數(shù)控機(jī)床常采用半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由于安裝或者工作磨損使得機(jī)床絲杠和絲母之間產(chǎn)生微小的間隙。當(dāng)絲桿正向運(yùn)轉(zhuǎn)變換成反轉(zhuǎn)的時(shí)候，就會(huì)在一定角度內(nèi)出現(xiàn)只有絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，而絲母卻不轉(zhuǎn)動(dòng)。需要等到受力側(cè)的間隙完全消除才能轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而出現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)距離與編程所設(shè)定的距離產(chǎn)生偏差，造成加工工件出現(xiàn)誤差。

在切削過程中，反向偏差會(huì)造成機(jī)床插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生偏差，在一定范圍內(nèi)可以忽略偏差對(duì)加工工件誤差的影響。如果偏差過大，則會(huì)造成加工工件的形狀出現(xiàn)各種意想不到的變化。由于執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)量與理論值存在偏差，在數(shù)控機(jī)床執(zhí)行快速點(diǎn)定位操作過程中，機(jī)床工作臺(tái)每運(yùn)動(dòng)一次，定位誤差就會(huì)增加一次。

1.3 加工刀具帶來的誤差

數(shù)控機(jī)床加工刀具是數(shù)控加工過程中不可或缺的組成部分，針對(duì)各種各樣的工件加工有相對(duì)應(yīng)的刀具。如果刀具存在誤差，對(duì)加工的工件的精度產(chǎn)生直接的影響。由于數(shù)控編程技術(shù)人員一般是按照刀具的理論尺寸進(jìn)行工件的編程操作，一旦刀具出現(xiàn)誤差，那么相對(duì)應(yīng)的工件就會(huì)產(chǎn)生誤差。如鉆頭，鉸刀類刀具如果出現(xiàn)誤差，會(huì)直接導(dǎo)致加工工件的尺寸出現(xiàn)誤差。對(duì)于刀具的安裝，可能由于銹蝕或者沒有發(fā)現(xiàn)的鐵屑就會(huì)造成，刀具旋轉(zhuǎn)工程中離心力增大，增大擾動(dòng)，造成尺寸產(chǎn)生誤差。刀具的磨損也需要仔細(xì)的測(cè)量，對(duì)于精度要求較高的的零件每過一段時(shí)間檢測(cè)刀具的磨損情況是必要的，不然零件的尺寸誤差會(huì)越來越大最后超出誤差允許范圍。

刀具在加工過程中切削工件表面會(huì)產(chǎn)生熱量，盡管一部分的熱量會(huì)隨著切削屑的飛出被帶走。但是仍然有相當(dāng)一部分熱量會(huì)造成刀具以及工件表面溫度的溫度升高，進(jìn)而導(dǎo)致工件出現(xiàn)熱變形，擴(kuò)大加工誤差。

1.4 人為操作帶來的誤差

技術(shù)性數(shù)控機(jī)床操作者對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量無疑是影響最大的因素。機(jī)床或者刀具的各種產(chǎn)生誤差的情況只要是根據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋C(jī)床操作步驟進(jìn)行，運(yùn)用相應(yīng)的測(cè)量工具。適當(dāng)調(diào)整機(jī)床參數(shù)，篩選符合精度要求的刀具，正確規(guī)范安裝，就能夠有效避免大多數(shù)的誤差。

但很多時(shí)候往往是操作者能力不足導(dǎo)致的誤差，這種誤差表面上看是操作者的一時(shí)疏忽大意是小概率事件。然而經(jīng)過細(xì)心追查不難發(fā)現(xiàn)這種誤差甚至是錯(cuò)誤的產(chǎn)生是由于操作者生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)不足，機(jī)械加工知識(shí)掌握不牢固所導(dǎo)致的。對(duì)于圓環(huán)類的零件，操作者使用平口鉗對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)力度的掌握至關(guān)重要。加緊力太小，容易產(chǎn)生造成零件震動(dòng)。夾緊太大，又容易造成零件變形。稍微疏忽就會(huì)造成不可挽回的損失，操作者應(yīng)該慎重對(duì)待。

2 降低數(shù)控加工誤差的對(duì)策

2.1 數(shù)控機(jī)床環(huán)境及主體的溫度控制

對(duì)數(shù)控機(jī)床的構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可采用有利于均衡數(shù)控機(jī)床整體溫度的對(duì)稱布局?？刂茩C(jī)床局部發(fā)熱，采用結(jié)構(gòu)中空的滾珠絲杠，并通入冷卻液可以有效降低滾珠絲杠熱量。增加空氣流動(dòng)，往主軸內(nèi)部輸送常溫空氣來帶走部分熱量。

也可以通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)床主要零部件溫度，機(jī)床溫度變化較大時(shí)，加工誤差也會(huì)產(chǎn)生一定的變化。但這些誤差的變化隨著溫度的變化是有規(guī)律可循的，因此，可以通過安裝溫度傳感器，監(jiān)測(cè)主要部件的溫度變化再對(duì)照誤差的產(chǎn)生。通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析得出數(shù)控機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)軸的補(bǔ)償修正量，減小溫度影響造成的誤差。

對(duì)于工件切削過程中產(chǎn)生的熱量，最常見的就是淋浴，根據(jù)不同的工件材料和精度要求配置不同濃度的冷卻液快速?zèng)_刷工件以及刀具，來帶走切削屑以及降低加工區(qū)域的切削溫度。隨著工作臺(tái)的不斷移動(dòng)，加工工件形狀不斷發(fā)生改變，數(shù)控機(jī)床的切削液有時(shí)候不能準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)加工部位，造成工件局部溫度升高導(dǎo)致熱變形使誤差增大。

2.2 數(shù)控機(jī)床的反向偏差的補(bǔ)償

反向偏差會(huì)造成加工工件的誤差不斷增加，如果對(duì)此不加以控制就會(huì)造成運(yùn)動(dòng)構(gòu)件磨損越來越嚴(yán)重，加大工件誤差。但是在數(shù)控機(jī)床的工作過程中機(jī)構(gòu)之間出現(xiàn)磨損是無法完全避免的，因此為了控制數(shù)控加工過程中的誤差，需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)控機(jī)床的日常維護(hù)保養(yǎng)，每天都要對(duì)機(jī)床進(jìn)行清潔，確保零部件處于較好的潤(rùn)滑狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)磨損狀況影響對(duì)機(jī)床加工影響較大的零部件及時(shí)進(jìn)行維修更換[3]。并對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢測(cè)，對(duì)出現(xiàn)的間隙誤差采取誤差補(bǔ)償?？梢酝ㄟ^高精度的測(cè)量設(shè)備來檢測(cè)間隙，將千分表安裝在主軸上。按照正常的加工程序開機(jī)，機(jī)床回機(jī)械坐標(biāo)系原點(diǎn)，選一個(gè)合適的位置建立工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。在工作臺(tái)上固定一個(gè)工件，使得千分表在水平方向壓在工件左側(cè)表面產(chǎn)生一個(gè)較容易觀察的數(shù)值，接下來通過編程使工作臺(tái)先緩慢向右移動(dòng)一個(gè)距離，然后向左移動(dòng)一個(gè)相同的理論距離。根據(jù)最后千分表的指針讀數(shù)就可以準(zhǔn)確測(cè)量出機(jī)床間隙的誤差值。然后針對(duì)不同的數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，設(shè)置數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)參數(shù)來進(jìn)行反向誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。

機(jī)床在長(zhǎng)期使用之后，有機(jī)械零件之間的磨損造成的間隙無法完全避免。但是加工企業(yè)可以通過制度規(guī)定，和大力宣傳鼓勵(lì)機(jī)床操作人員每天都要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行維護(hù)。定時(shí)檢測(cè)機(jī)床的反向間隙并調(diào)整系統(tǒng)補(bǔ)償值，保障數(shù)控機(jī)床工作狀態(tài)穩(wěn)定，能有效降低反向偏差。

2.3 提高加工過程中的檢測(cè)

機(jī)械加工中，刀具的磨損以及與工件的相互作用等都是導(dǎo)致誤差的因素，而且這些都無法完全避免。所有的誤差最后或多或少都會(huì)反映到加工工件上，但可以通過加工過程中的測(cè)量來檢測(cè)工件是否滿足設(shè)計(jì)要求。

特別是中小型企業(yè)，為了節(jié)約成本，在誤差允許范圍內(nèi)，常常會(huì)采用有缺陷的刀具進(jìn)行加工。然而數(shù)控編程設(shè)計(jì)人員卻很難實(shí)際考慮每把刀具的具體誤差，因此需要機(jī)床操作人員充分測(cè)量實(shí)際的刀具尺寸參數(shù)，并微調(diào)已經(jīng)編寫好的數(shù)控程序。合理設(shè)置切削參數(shù)，準(zhǔn)確把握冷卻液的添加量以及噴出量，及時(shí)對(duì)刀具和工件冷卻[4]。

對(duì)于每一道加工工序完成之后，為了確保工件所需要達(dá)到的效果，操作者需要對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)。一個(gè)工件加工完成后也需要檢測(cè)各項(xiàng)尺寸，一旦出現(xiàn)尺寸超出誤差范圍的情況需要立即檢測(cè)同批次所有工件。并采取補(bǔ)救措施，可以避免對(duì)下一道工序產(chǎn)生誤差。對(duì)于加工過程中刀具與工件之間相互作用產(chǎn)生的應(yīng)力問題，加強(qiáng)對(duì)刀具軸線的偏差分析，一旦刀具出現(xiàn)位移可以及時(shí)進(jìn)行修正，有效降低數(shù)控機(jī)床的加工誤差。

2.4 機(jī)床操作人員全方位的素質(zhì)

既然機(jī)床操作人員對(duì)加工產(chǎn)品質(zhì)量起著決定性的作用，那么提高機(jī)床操作人員全方位的素質(zhì)就顯得十分的必要。對(duì)于操作者容易忽略細(xì)節(jié)，粗心大意的習(xí)慣，如果管理者應(yīng)該加以重視，不能當(dāng)成是偶然事故，而應(yīng)該視之為缺乏責(zé)任心所必然導(dǎo)致的結(jié)果。

人才的培養(yǎng)從責(zé)任心和職業(yè)道德開始。沒有高度的責(zé)任心和良好的職業(yè)道德，即使專業(yè)水平再高也難有所成就[5]。對(duì)工作的正確態(tài)度建立起來之后，就需要加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)的培養(yǎng)，比如說數(shù)控編程，機(jī)械制造工藝學(xué)，機(jī)床操作等課程的學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合在生產(chǎn)加工的過程中學(xué)習(xí)和總結(jié)積累專業(yè)知識(shí)。

3 結(jié)語

造成數(shù)控機(jī)床加工誤差的因素是各種各樣的，要想全面提高加工產(chǎn)品質(zhì)量，降低數(shù)控加工誤差影響，追求更低的成本創(chuàng)造更高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值，就必須重視加工過程中的各種因素：（1）注重?cái)?shù)控機(jī)床周圍環(huán)境溫度的均衡，防止出現(xiàn)不同時(shí)段溫度區(qū)別對(duì)精度要求較高的零部件產(chǎn)生誤差。（2）配備水冷設(shè)備來降低加工過程中零部件相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量。安排專業(yè)人員對(duì)數(shù)控機(jī)床定時(shí)檢修，更換磨損零部件。（3）加強(qiáng)機(jī)床操作人員的技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)切削過程的工件檢測(cè)，針對(duì)尺寸偏差及時(shí)做出調(diào)整。將加工誤差控制在更小的范圍內(nèi)，保障工件完成的質(zhì)量，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。