影響數控車削加工精度的原因及對策

摘 要：在機械制造基礎課程中，對影響機械加工精度的原因分析較為透徹，但針對影響數控車削加工精度的原因分析較少，文章結合實踐經驗，對影響數控車削加工精度的原因作了較為詳細的分析和闡述，并對如何提高加工精度提出了一些切實可行的對策，以供相關工作者的參考和借鑒。

關鍵詞：數控車削；加工精度；原因；對策

中圖分類號：TG519.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）15-0066-03

隨著數控加工技術的不斷發展，高速度、高精度、高效率的數控機床不斷出現，極大地提高了生產效率和產品的質量，縮短了產品生產周期，提高了市場競爭能力。但無論技術如何發展，加工過程中的各種因素尤其是人的因素對加工質量的影響都是不可忽視的，本文針對數控車削加工過程中產生加工誤差的原因進行了分析和闡述，對于如何提高加工精度，提出自己的一些做法和對策，以供廣大同行參考和借鑒。

1 機械加工精度概述

所謂加工精度是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數的符合程度。零件的機械加工精度包含三方面的內容：尺寸精度、形狀精度和位置精度。其中，尺寸精度獲得的方法有試切法、調整法、定尺寸刀具法、自動控制法等；形狀精度的獲得方法有機床運動軌跡法、成形法、仿形法、展成法等；位置精度的獲得方法有一次安裝獲得法、多次安裝獲得法等。而加工誤差是指零件加工后的實際幾何參數與理想幾何參數的偏差程度。在機械加工中，加工精度的高低是以加工誤差的大小來評價的。加工誤差越大，表明零件的加工精度越低；反之，加工誤差越小，則表明零件的加工精度越高。任何一種加工方法，不論采用多么精密的機床，都不可能把零件制造得絕對精確，總會有加工誤差的存在，只要將其控制在不影響機器使用性能的范圍內就可以。

2 影響數控車削加工精度的原因及對策

影響數控車削加工精度的原因包括數控車床誤差、夾具誤差、刀具誤差、工藝系統受力變形、工藝系統熱變形、刀具磨損、編程方法、操作方法等幾個方面。本文針對其中的幾個典型原因進行分析，找出具體對策，以提高零件的加工精度。

2.1 數控車床誤差對加工精度的影響及對策

數控車床誤差主要包括數控車床主軸回轉運動誤差、數控車床導軌誤差、數控車床主軸軸線與導軌的平行度誤差、尾架中心與主軸軸線的同軸度誤差、進給系統的傳動鏈制造誤差等因素。

①尾架套筒中心線與主軸軸線同軸度對加工精度的影響及對策。該誤差使工件的回轉軸線與導軌之間不平行，影響所車工件的圓柱度，在實際加工之前，通常采用試切法精確調整其同軸度或用芯棒調整其同軸度。

②進給系統傳動誤差對加工精度的影響及對策。數控車床進給系統一般采用滾珠絲杠螺母傳動，由于滾珠絲杠與螺母之間存在間隙，工作臺反向運動時，間隙容易造成電動機空走而工作臺不運動現象。在半閉環控制系統中將直接影響工件直徑尺寸及過象限圓弧的光滑程度。具體對策：采用預緊和調整的方法，減小間隙；對于剩余間隙，在半閉環系統中可將其參數測出，作為參數輸入數控系統。每當數控車床反向運動時，數控系統會控制電動機多走一段距離，這段距離等于間隙值，從而補償了間隙誤差。因此，在實際使用中，每隔一段時間要測量一下換向間隙，并將該換向間隙值輸入數控系統，以保證補償正確。對全閉環系統，傳動間隙會使進給系統產生顫振，影響加工精度，但對全閉環系統不能采用以上補償方法，一般只能從機械上減小或消除間隙。因此，在實際使用中，每隔一定時期要預緊一下滾珠絲杠螺母副。

2.2 工藝系統受力變形對加工精度的影響及對策

工藝系統的受力變形是指系統在夾緊力、切削力、慣性力等外力作用下所發生的變形，破壞了刀刃與工件間已調整好的相對位置，從而產生加工誤差。夾緊力引起的變形對加工精度的影響及對策。

在夾緊力作用下，工件將產生變形，如圖1所示，車削薄壁套時，若采用三爪卡盤直接夾持工件，在夾緊力的作用下，工件的夾持部位產生變形，直徑將縮小，車削后松開卡盤，變形回復，夾持部位直徑擴大，工件橫截面變成三棱形（如圖2），具體對策有：采用軸向開槽的環形套夾緊工件或軸向夾緊工件。

切削力引起的變形對加工精度會產生較大影響，需要加以關注，切削力可以使刀具、工件等產生變形，例如，車削內孔或內螺紋時，刀具在切削力的作用下將產生明顯的徑向變形（見圖3），即產生讓刀現象，使所車出孔的直徑或內螺紋的大徑小于編程值。具體對策是：根據讓刀量的大小在相應刀具的磨耗中輸入一個相應的數值，假定車削后的實際直徑比理論值小0.1 mm，則應在磨耗中輸入0.1 mm。

又如，采用三爪卡盤直接夾持。車削圓柱面時，由于工件在切削力作用下的變形，使所加工工件直徑右大左小，形成倒錐形。為解決這個問題，可根據實際倒錐量的大小在編程時改變加工起點徑向尺寸，筆者在加工如圖4所示工件時，因其直徑較小，不便于采用兩頂尖裝夾，按普通軸類零件編程，其主要指令如下（編程原點在工件右端面中心）：

G00 X10 Z2

G01 Z-80 F0.15

X16

G00 X100 Z100

加工后，產生約0.12 mm的圓柱度誤差，將程序改成如下內容，則圓柱度誤差可以基本消除。

G00 X9.88 Z1

G01 X10 Z-80 F0.15

X16

G00 X100 Z100

再如，車削加工余量不均勻的鑄件毛坯時，由于余量不均勻導致切削力變化，使加工后的尺寸誤差和形狀誤差產生了與毛坯誤差相似的現象，此現象稱為誤差復映。解決辦法是：采用粗車、半精車、精車的順序進行加工，以減小誤差復映。如圖5所示，輪廓A為毛坯形狀，輪廓B為粗車后形狀，輪廓C為半精車后形狀，輪廓D為精車后形狀，經過粗車、半精車、精車的順序加工后，誤差復映基本消除。

2.3 工藝系統熱變形對加工精度的影響及對策

工藝系統在各種熱源的作用下，會產生相應的熱變形，從而破壞了工件和刀具之間正確的相對位置，造成加工誤差。

針對熱變形采用的對策有：

①減少熱量的產生并增強散熱能力。如加注適當的冷卻液，冷卻工件與刀具。

②減少受熱變形對數控車床精度的影響。如在加工前預熱數控車床，待車床達到熱平衡后再開始加工。

③減少受熱變形對工件的影響。如一夾一頂裝夾時，采用彈性后頂尖，給工件自由膨脹的空間，減少工件彎曲變形，從而提高加工精度。

④減少受熱變形對測量結果的影響。如精加工時，待工件冷卻后再測量其尺寸，以提高測量精度，減少測量誤差。

2.4 刀具磨損對加工精度的影響及對策

隨著切削的不斷進行，刀具的尺寸逐漸減少，特別是多件或走刀長度比較長的切削，刀具磨損嚴重。而刀具的過量磨損將使加工條件惡化，給繼續正常加工帶來困難。刀具磨損將使工件的直徑增大（車外圓時）或減?。ㄜ噧瓤讜r）。采用的具體對策為：在實際加工時根據直徑變化量，在相應刀具的磨耗中輸入相反的值。例如在車外圓時，如果原來的直徑尺寸正確，因刀具的磨損，工件直徑比原來增大0.03 mm，則在相應刀具的磨耗中輸入-0.03 mm即可解決問題。

2.5 刀尖圓弧半徑對加工精度的影響及對策

在不進行刀尖半徑補償時，是控制假想刀尖A沿編程軌跡運動，如圖6所示，在車圓柱或臺階面時，假想刀尖軌跡與實際切削軌跡重合，不產生加工誤差。

在加工錐面、圓弧面時，假想刀尖軌跡與實際切削軌跡不重合，產生欠切削或過切削，從而影響尺寸精度和形狀精度。如圖7中，點A為假想刀尖，直線b為圖形外圓錐面，也是編程軌跡。不進行刀尖半徑補償時，假想刀尖沿直線b移動，而刀尖圓弧所形成的實際表面為直線c，加工后的實際表面與編程軌跡不重合。因此，在實際加工錐面、圓弧面時，如果加工精度要求較高，則應根據刀尖圓弧半徑大小引入相應的半徑補償。補償時的編程與操作方法請查閱相關資料。

2.6 編程技巧對加工精度的影響及對策

2.6.1 坐標表達方式的影響及對策

數控編程時，刀具運動坐標值通常有兩種方式，絕對坐標和相對坐標。刀具運動坐標值是相對于坐標原點給出的，則稱為絕對坐標，相應的編程方式稱為絕對編程；若刀具運動坐標值是相對于前一點給出的，則稱為相對坐標，相應的編程方式稱為相對編程。相對編程的原點在不斷變換，連續移動時必然產生累積誤差。絕對編程時，由于有統一的基準點，累積誤差比相對編程要少得多。數控加工時，徑向精度一般比軸向精度要求高，因此，編程時徑向尺寸一般應采用絕對編程，軸向尺寸可根據編程方便，采用絕對編程或相對編程。

2.6.2 零件公差帶的影響及對策

編程時，一般采用零件的基本尺寸編程，在磨耗中輸入補償值即可滿足加工精度要求。但有些情況下，編程尺寸不能采用圖紙的基本尺寸，如圖8中所示，若采用基本尺寸編程很難滿足加工精度要求。

此時可采用平均尺寸編程，主要程序段如下：

G00 X29.96 Z2

G01 Z-44.97 F0.2

X40

Z-76.04

X46

G00 X100 Z100

2.6.3 刀具運動軌跡對加工精度的影響及對策

加工如圖9臺階軸，若采用圖中ABCDE的軌跡編程，則從A至B時，刀具徑向切入，從C至D時，刀具徑向退出，中間存在換向過程，必然影響臺階的直徑尺寸，從而影響加工精度。

若采用圖10的軌跡編程，實際切削時不存在換向過程，從而消除換向對加工精度的影響，提高加工精度。

2.6.4 擬合誤差對加工精度的影響及對策

在非圓曲線的加工時，一般采用直線擬合曲線，若擬合誤差過大，則可能影響加工精度，若擬合誤差過小，則擬合線段過多，使程序過長，影響加工效率。

例如，加工圖11所示橢圓時，一般采用等間距分割，在分割點用直線擬合曲線，由圖可知，在曲率越大的地方，擬合誤差越大，因此，在等分時，應保證曲率最大處的擬合誤差不超過允許值。

2.7 操作因素的影響及對策

①工件裝夾對加工精度的影響及對策。若工件裝夾不當，將嚴重影響加工精度，甚至使加工不能正常進行。例如：常用的一夾一頂裝夾，看似簡單，若夾持過長，則容易產生過定位，后頂尖不能自如地頂入中心孔，工件易跳動；若頂得太緊，則工件容易產生彎曲，若頂得太松，則工件容易產生振動，因此夾持長度要適中，頂緊力的大小也要適中才能保證加工精度。

②對刀精度對加工精度的影響及對策。精車刀的對刀精度直接影響零件的加工精度，對刀時應按對刀要求仔細對刀。為消除對刀影響，具體對策是：可在精車前留1 mm加工余量，分兩次精加工，第一次在精車刀的X方向磨耗中輸入0.5，第一次精車后，實際測量剩余的加工余量，第二次精車時作相應的修正。

3 結 語

綜上所述，影響數控車削加工精度的原因比較多，針對產生誤差的不同原因選擇行之有效的對策來減少加工誤差，提高加工精度是每一位數控車削加工操作者孜孜追求、力爭達到的目標。

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