數控加工工藝、方法對零件加工精度的影響

胡忠彪　吳秀艷　金龍　張大威

摘 要：文章主要闡述了機械加工過程中，不同的機械加工方法可達到的精度和如何從數控加工工藝上改進，提高機械零件加工精度。

關鍵詞：數控加工；精度；加工方法

前言

加工精度是指零件加工之后的實際幾何參數（尺寸，形狀和位置）與理想幾何參數的符合程度。在機械零件加工后，零件的精度包括零件的尺寸精度和表面粗糙度以及零件的形位公差。但是在實際加工過程中，往往有很多的因素使得零件的精度不高，為今后整機的裝配造成了困難。在工件材料一定，加工設備一定的情況下，提高良品率，提高加工精度，增加企業經濟效，就成為機械加工工藝首要考慮的，要對加工過程中的每一個環節，都要充分的統籌和優化，在保證零件加工精度的前提下，盡量優化加工工藝，以最少步驟的加工工藝，最少的設備投入，盡可能的取得優良的零件加工精度。我國目前的現狀是，普通機床加工設備投入少，但是加工精度難以保證，數控機床加工精度高，但是設備昂貴。

在機械加工過程中，機械的精度受多方面因素的影響，例如，下料沒有考慮材料的特性，時效處理工藝不到位，加工坯料內部熱應力的釋放，熱處理工藝的不適合，機械加工過程中，吃刀量的不同引發的形變，氣溫的變化對材料加工的影響，數控機床的膨脹，等等。其中對精度影響最大的還是機械加工的工藝，所以盡可能的優化機械加工工藝，使得工件的精度達到圖紙的要求。在機械加工中注意各種小細節，努力提高機械零件精度。

1 常用加工方法及其精度范圍，適用場合

1.1 車削加工

車削加工是最常用的傳統機械加工方法。車削加工適合加工各種軸類、套筒類及盤類零件，可以對各種旋轉表面和螺旋面進行加工。例如：內外圓面，端面，溝槽，中心打孔，攻絲，滾花，等。精車時，車削加工加工精度可達IT6～IT5，表面粗糙度達Ra0.4～0.1μm。車削加工作為最常用的加工方法，其適應性強，不但可以加工軸套類零件，也可以加工偏心零件，如曲軸，凸輪等零件。并且其刀具相對簡單，刀具的刃磨，都比較簡單。

1.2 銑削加工

銑削加工適合各種平面、各類溝槽，加工時的成型表面，依照刀具的形狀，可以對平面、臺階面、成型曲面、螺旋面、鍵槽、T形槽、燕尾槽等進行加工。一般精銑精度可達IT9～IT7，表面粗糙度達Ra6.3～1.6μm。銑削加工去除材料多，加工效率高。但是，銑削時采用切削液對刀具進行冷卻以免產生較大的熱應力。

1.3 磨削加工

磨削加工屬于高精度加工，采用高精度磨床時，粗糙度可達Ra0.1～0.08μm，其適合于工件硬度高，精度要求高的場合，不足之處是加工緩慢，需要充分冷卻，加工成本高。

綜上所述，總結如下：

（1）傳統機械加工，回轉體一般用車削加工，面類零件，采用銑削加工，對于難以加工的材料，可以采用磨削加工，線切割，電火花，進行加工。

（2）一般在工藝上安排，安排普通機床進行粗加工，后續工藝安排精密機床進行精加工。

（3）為了一次加工完所有的工序，可利用數控加工中心，一次裝夾，全部加工。對加工完成的零件只進行尺寸檢驗。

2 數控機床如何從加工工藝上提高零件加工精度

自從數控機床問世以來，機械加工向高精度，高度智能化方向發展。隨著制造業的蓬勃發展，數控機床業越來越普及，現代的數控機床與傳統機床相比，采用了交流伺服驅動技術，旋轉編碼器，直線光柵尺結合的測量技術，保證了機床的定位精度，沒有了傳統的機械傳動機構，減少了傳統傳動鏈帶來的誤差，在最新的技術里，采用了直線電機技術，其動態響應好，而且也取代了滾珠絲杠帶來的誤差，使得定位技術更加精準。數控機床具有加工精度高，效率高，產品一致性好，工藝適應性好。其精度主要取決于機床的精度和編程中點的精確，軌跡的相似度。

2.1 數控編程下刀原點對加工精度的影響

編程首先就是要確定起始下刀位置，數控工藝員根據加工特點和零件圖紙來確定編程坐標系，編程坐標系選取的最基本的原則是依據機械零件的特點、圖紙的基準，統籌安排，這樣可最大限度地減少因為尺寸鏈公差引起的誤差。

2.2 程序數據處理對加工精度的影響

依據刀具的軌跡，對輪廓加工進行分析計算，要充分考慮刀具的刀具半徑，刀具磨損對機械零件軌跡的影響。對加工程序數據要盡可能的接近理論輪廓軌跡。其中最容易引起尺寸誤差的是未知編程點的計算引起的誤差，數控機床插補原理是利用小段直線去擬合成曲線，所以勢必會帶來不確定的誤差。

2.3 加工路徑對加工精度的影響

加工路徑對加工精度及加工效率影響很大，其中要注意的是要盡可能的一刀走完，精加工要慢，刀具高速旋轉。

2.4 不同數控系統對加工精度的影響

插補計算主要取決于數控系統的性能，經濟型的數控系統多采用步進電機的驅動方法，步進電機精度差，而且扭矩過大時，容易失步，國內進口數控系統，發那科，西門子，海德漢，系統插補性能不同，直接導致加工精度的不同。

2.5 不同數控機床對加工精度的影響

數控機床驅動方式的分類

2.5.1 步進電機驅動形式

步進電機驅動方式的插補驅動方式多見于經濟型的數控機床，步進電機一圈可以分步是有線的，其旋轉一個分度會帶動滾珠絲杠直線運行一小段，又加之一般此類系統一般不配備位置檢測系統，所以勢必會帶來誤差。

2.5.2 交流伺服電機驅動形式

交流伺服驅動又詳細分為半閉環檢測和全閉環檢測，半閉環檢測是指編碼器檢測電機旋轉的角度，從而根據絲杠的導程計算相應的直線距離。全閉環是指直線導軌安裝了光柵尺，由光柵尺直接讀取當前系統的位置信息，反饋給數控系統，從而確定精度，所以半閉環精度取決于編碼器一圈的脈沖數和絲杠的機械性能，全閉環因為是直接測量位置，所以其性能絕大多數取決于光柵尺的分辨率。

2.5.3 直線電機的驅動形式

直線電機因為其良好的響應速度和無間隙的機械傳動，導致其是傳統滾珠絲杠的替代品，因為消除了滾珠絲杠帶來的螺紋節距的不同，螺母反向間隙帶來的誤差，所以其定位誤差僅僅和測量系統的誤差有關。

數控機床和傳統機床相比，其加工精度的變化僅僅取決于數控機床的精度，數控機床的精度與其搭載的數控系統，測量系統，伺服系統的精度有關，而數控工藝的合理安排，可以以最低的成本去使得數控機床發揮相應的效能，改善機械加工的精度。

3 結束語

隨著機械加工業的發展，我國作為新型的制造大國，對裝備制造業，機械加工業的要求也更加嚴格，伴隨著新型技術的飛速發展，更加合理精密的數控機床會極大的滿足機械加工精度的需求，納米級插補定位技術，多軸加工技術，直線電機的廣泛應用，都在努力的使機械加工向高精度，高效率，智能化方向發展。

參考文獻

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