數(shù)控銑床加工誤差問題及處理措施分析

摘要：數(shù)控銑削加工的工藝設(shè)計(jì)是在普通銑削加工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)控銑床的特點(diǎn)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。數(shù)控銑削加工工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是合理安排工藝路線，協(xié)調(diào)數(shù)控銑削工序與其他工序之間的關(guān)系，確定數(shù)控銑削加工工藝的內(nèi)容和步驟，為編制程序作必要的準(zhǔn)備。數(shù)控銑削加工的工藝分析關(guān)系到加工的效果和成敗，是編程之前的重要準(zhǔn)備工作。本文將主要針對(duì)數(shù)控銑削加工精度與加工誤差進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削；加工精度；加工誤差

根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線和允許的編程誤差，計(jì)算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個(gè)內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀、尺寸和公差等直接通過數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計(jì)算出編程時(shí)所需要的有關(guān)各點(diǎn)的坐標(biāo)值；當(dāng)按照零件圖樣給出的條件不能直接計(jì)算出編程所需的坐標(biāo)，也不能按零件給出的條件直接進(jìn)行工件輪廓幾何要素的定義時(shí)，就必須根據(jù)所采用的具體工藝方法、工藝裝備等加工條件，對(duì)零件原圖形及有關(guān)尺寸進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理或改動(dòng)，才可以進(jìn)行各點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算和編程工作[1]。

1.數(shù)控銑床的基本工作原理

銑床的加工表面形狀一般是由直線、圓弧或其他曲線所組成。普通銑床操作者根據(jù)圖樣的要求，不斷改變刀具與工件之間的相對(duì)位置，再與選定的銑刀轉(zhuǎn)速相配合，使刀具對(duì)工件進(jìn)行銑削加工，便可加工出各種不同形狀的工件。數(shù)控機(jī)床加工是把刀具與工件的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)分割成最小的單位量，即最小位移量，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)工件程序的要求，使各坐標(biāo)移動(dòng)若干個(gè)最小位移量，從而實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以完成零件的加工。如圖1所示的凸輪曲線L。要求刀具T沿工件的曲線軌跡運(yùn)動(dòng)進(jìn)行銑削加工。

數(shù)控銑床加工時(shí)，根據(jù)工件圖樣工藝要求，將銑床各運(yùn)動(dòng)部件的移動(dòng)量、速度及動(dòng)作先后程序、主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編制程序單，并輸入到機(jī)床專用計(jì)算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，由機(jī)床專用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編譯、運(yùn)算和邏輯處理后，輸出各種信號(hào)和指令，控制機(jī)床各個(gè)部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有序的動(dòng)作。由數(shù)控系統(tǒng)送出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和放大后，使伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪副（或直接）經(jīng)滾珠絲杠，驅(qū)動(dòng)銑床K、Y（頭架滑板）和Z方向的工作臺(tái)。再與選定的主軸轉(zhuǎn)速相配合，便可加工出各種不同形狀的工件[2]。

2.數(shù)控銑削產(chǎn)生加工誤差的原因

從工藝因素的角度考慮，產(chǎn)生加工誤差的原因如下。

2.1.加工原理誤差。采用近似的加工方法所產(chǎn)生的誤差，包括近似的成形運(yùn)動(dòng)、近似的刀刃輪廓或近似的傳動(dòng)關(guān)系等不同類型。例如，用模數(shù)盤銑刀銑削齒輪時(shí)，齒廓是由模擬齒槽形狀的刀刃加工得到的。實(shí)際生產(chǎn)是把所用的刀具分組，每把刀具對(duì)應(yīng)加工一定齒數(shù)范圍的一組齒輪。由于每組齒輪所用的刀具是按照該組齒輪最小齒數(shù)的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，用該刀具加工其他齒數(shù)的齒輪，齒形均存在誤差。

2.2.工藝系統(tǒng)的幾何誤差。由于工藝系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的實(shí)際幾何參數(shù)和位置相對(duì)于理想幾何參數(shù)和位置發(fā)生偏離而引起的誤差，統(tǒng)稱為幾何誤差。①工件以平面定位——定位誤差主要是由基準(zhǔn)不重合誤差引起的，一般不計(jì)算基準(zhǔn)位移誤差。這是因?yàn)槠矫娑ㄎ粫r(shí)的基準(zhǔn)位移誤差主要是由平面度引起的，該誤差很小，可忽略不計(jì)。②工件以外圓在V形塊上定位。工件以外圓在V形塊上定位，定位基準(zhǔn)是工件外圓軸心線，因工件外圓柱面直徑有制造誤差，由此產(chǎn)生的工件豎直方向上的基準(zhǔn)位移誤差。③工件以一面兩孔組合的定位誤差一面兩孔定位時(shí)，定位誤差主要是基準(zhǔn)位移誤差的計(jì)算，這時(shí)定位基準(zhǔn)是兩孔中心的連線，限位基準(zhǔn)是兩銷中心的連線[3]。

2.3.工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差。工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會(huì)產(chǎn)生變形，從而破壞工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系，產(chǎn)生加工誤差并影響加工過程的穩(wěn)定性。

2.4.工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差。在加工過程中，由于受切削熱、摩擦熱及工作場(chǎng)地周圍熱源的影響，工藝系統(tǒng)的溫度會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的變化。在各種熱源的作用下，工藝系統(tǒng)會(huì)發(fā)生變形，導(dǎo)致改變系統(tǒng)中各組成部分的正確相對(duì)位置，使工件與刀具的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誤差。

3.減少數(shù)控銑削加工誤差的措施

3.1.減少工藝系統(tǒng)受力變形的措施

3.1.1.提高接觸剛度，改善機(jī)床主要零件接觸面的配合質(zhì)量，如機(jī)床導(dǎo)軌及裝配面進(jìn)行刮研。

3.1.2.設(shè)輔助支承，提高局部剛度，如細(xì)長(zhǎng)軸加工時(shí)采用跟刀架，提高切削時(shí)的剛度。3.1.3.采用合理的裝夾方法，在夾具設(shè)計(jì)或工件裝夾時(shí)，必須盡量減少彎曲力矩。

3.1.4.采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)移變形的方法。

在考慮夾緊方案時(shí)，夾緊點(diǎn)應(yīng)盡量靠近主要支承點(diǎn)，或在支承點(diǎn)所組成的三角內(nèi)，并力求靠近切削部位以及剛性好的地方，最好不要在被加工孔的上方，同時(shí)要考慮各個(gè)夾緊部位不與加工部位和所用刀具發(fā)生干涉。夾具必須保證最小的夾緊變形。

3.2.減少和消除內(nèi)應(yīng)力的措施

3.2.1.合理設(shè)計(jì)零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)零件時(shí)盡量簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)、減小壁厚差、提高零件剛度等。

3.2.2.合理安排工藝過程，如粗精加工分開，使粗加工后有充足的時(shí)間讓內(nèi)應(yīng)力重新分布，保證工件充分變形，再經(jīng)精加工后，就可減少變形誤差。

3.2.3.對(duì)工件進(jìn)行熱處理和時(shí)效處理[5]。

3.3.減少工藝系統(tǒng)受熱變形的措施

3.3.1.機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)。

3.3.2.采用主動(dòng)控制方式均衡關(guān)鍵件的溫度。

3.3.3.采用切削液進(jìn)行冷卻。

3.3.4.加工前先讓機(jī)床空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，使之達(dá)到熱平衡狀態(tài)后再加工。

3.3.5.改變刀具及切削參數(shù)。（6）大型或長(zhǎng)工件，在夾緊狀態(tài)下應(yīng)使其末端能自由伸縮。

結(jié)論：

總之，隨著當(dāng)前數(shù)控技術(shù)越來越先進(jìn)，數(shù)控銑削在加工過程中，不可避免地會(huì)都會(huì)產(chǎn)生加工誤差，既有人為因素，也有客觀因素，這就需要在進(jìn)行加工過程中，能夠有效地限制這些因素，才能控制加工精度。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭寶珍. 數(shù)控銑削加工中順銑和逆銑對(duì)加工表面粗糙度的影響分析[J]. 制造技術(shù)與機(jī)床，2011（02）：108-109.

[2] 伍倪燕，趙鳳，賴嘯. 淺析數(shù)控銑削加工中切削用量的合理選擇[J]. 職業(yè)，2011（06）：115-116.

[3] 唐建文. 復(fù)雜型面零件的數(shù)控銑削加工工藝編制[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化，2011（13）：90-92.