關于數控加工的誤差分析及應對措施

許亞麗, 薛林濤（.新疆鋼鐵學校; .寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 8300）

關于數控加工的誤差分析及應對措施

許亞麗1, 薛林濤2
（1.新疆鋼鐵學校; 2.寶鋼集團新疆八一鋼鐵有限公司,烏魯木齊 830022）

摘 要:數控加工精度高、速度快，是目前零件加工行業的主流方式。但數控加工同樣存在誤差，若不控制好，影響的將是一大片。文章首先從程序編制、加工工藝、操作層面、機床系統自身等多個角度分析了數控加工中可能形成的誤差來源，接著就如何應對以上誤差進行逐一闡明，以期為提升數控加工水平而拋磚引玉。

關鍵詞:數控加工；誤差分析；應對措施

0 引言

隨著生產加工技術的發展，數控加工被廣泛應用于精密零件的批量生產中。但數控加工牽涉環節多，潛在誤差源也相應增加。不解決好誤差問題，將會影響到大批零件的可用性、精密性等。筆者結合多年工作經驗，從多個角度觀察誤差來源，并形成了系統的解決方案。

1 數控加工誤差來源分析

1.1 程序編制層面

數控加工執行的依據是數控程序。在數控程序編制過程中會碰到一類問題：因數控裝置之間的插補功能互不相同，有些選擇直線方式逼近零件輪廓，有些則采用圓弧方式逼近零件輪廓；這樣，在臨近零件輪廓曲線的時候，逼近曲線和現實曲線會產生一個差值，也稱插補誤差。顯然，這種誤差取決于機床所運行的計算機軟件。

另外，編程原點的選擇也很重要，它關系到零件坐標尺寸計算的難易和加工精度。

1.2 具體工藝層面

從理論上講，加工零件可以有多種工藝選擇，但實際經驗告訴我們，以下幾個方面是需要盡量避免的。（1）加工路線不合理。如對某些孔位置要求較高的零件，路線安排不當會將坐標軸反向間隙帶入，直接降低孔的位置精度。（2）刀具切入切出安排不當。主要指銑削整圓時(包括外圓和內圓)，刀具沿何種方向切入以及退刀時機選擇。（3）工藝分析不足。主要指定位基準未統一，未充分考慮過渡圓弧半徑而出現欠切削或過切削現象；（4）平面加工時走刀次數過少。

1.3 機床部件層面

零件成型離不開刀具等關鍵部件的作用。刀具方面潛在的誤差主要包括：（1）刀尖圓弧與零件的錐面或圓弧不匹配，導致過切或少切現象；（2）機床各部件之間的縫隙以及運行過程中因彈性形變而出現的誤差(主要指齒輪、傳動絲杠、軸等有反轉間隙的構件)；（3）零件加工中的高溫高剪切力環境使刀尖出現較大磨損而產生誤差。

驅動系統的誤差分析：加工過程中會有多次的坐標移動行為，對于未配置液壓驅動和鎖緊系統的數控機床，其刀具上升或下降過程會呈現一定滯后性，這樣在過拐角時極易產生“超程”誤差。

1.4 操作人員層面

主要包括以下幾個方面：（1）因責任心不強，出現對刀失誤，極大影響加工準確性；（2）不同測量者進行測量所得到的數據誤差；（3）裝夾不牢固，或未將工件放平、放穩、放正，影響加工質量；（4）程序輸入錯誤，如圓弧方向搞反，導致工件外形毀掉。

1.5 機床整體層面

眾所周知，誤差只能縮小，不能完全避免。數控機床雖然較普通機床精確，但其作為一個整體，仍然會呈現出系統誤差。這種誤差主要包括：（1）形位公差。即機床本體受重力等作用情況下產生的誤差，一般無法調整；（2）重復定位誤差。是驅動裝置受脈沖當量大小、均勻度、傳動路線等因素作用而形成的誤差，一般極小且穩定。

2 應對措施

2.1 提高人員素質

無論機器多先進，人始終是最重要的生產要素。為了避免不必要的人為失誤，以及增強零件加工過程中的調整能力，均需加大操作人員的培訓，使操作人員從整體上掌控數控機床的各項要素，從而全面提升職業技能、崗位責任心和安全意識。這樣，從主觀層面講，誤差的源頭得到最大程度的縮小。

2.2 合理、科學編程

對于復雜零件的加工，一般需要計算機輔助編程。由本文“1.1”可知，程序的薄弱處往往是軌跡和換刀點的設置，關于這方面的處理原則為：①適當增加節點數量，但同時兼顧程序執行效率；②盡可能徹底開發機床內部功能，優化編程質量；③不出現走空刀情況；④對整圓加工，注意不得從切點處退刀，應安排一段沿切線方向的運動，對銑切內圓，應安排從圓弧過渡到圓??；⑤編程原點務必與圖樣尺寸基準相重合。

2.3 誤差補償措施

（1）反向間隙補償。前已述及，數控機床的齒輪、絲杠、螺母等存在反向間隙，會影響機床精度。為此，需定期對數控機床各坐標軸的反向間隙進行測定并進行軟件補償。反向間隙的補償分正方向補償和負方向補償兩種。說明：正方向補償是解決伺服電機空轉而工作臺無實際運動的問題，因此需在隙補償值中輸入一個正向值；負方向補償是解決伺服電機帶動機械部分運動而測量裝置沒反應的問題，因此需在隙補償值中輸入一個負向值。

（2）螺距補償。數控機床存在多道曲線變直線的進給運動，不可避免產生螺距誤差，因此需對機床進行周期性檢定并補償誤差。方法：利用激光干涉儀，比較數控機床進給軸的定位位置與測量位置，計算整個行程上不同區間的誤差，將補償值手動輸入到數控系統當中。

（3）溫度補償。方法：對不同溫度下機床不同部位呈現出的定位誤差進行統計，繪制出誤差曲線，并計算位置偏差輸入PLC。

2.4 重點關注刀部分

（1）需將測量的“刀尖半徑值”輸進參數設定頁面。

（2）做好試切對刀工作。1）先后用“游標卡尺”和“螺紋千分尺”測量精準范圍以及實際精確值，有效規避目測誤差；2）刀具材質合理、合適；3）確認工件、刀架等夾緊，工件伸出長度合適；4）定期檢測零點漂移狀況并及時做好調整工作。

（3）注意絲杠支承軸承等潤滑狀態。合理選擇皮帶長度，減少機床振動。盡量使皮帶拉力的主方向不與刀具運動的主方向重合。

3 結語

數控加工過程中，誤差無可避免，但可通過操作方法改進、細節方面關注、誤差補償做好等方面來盡量減少誤差幅度。鑒于數控機床的誤差來源是極其復雜的，今后在這方面還應展開更深入的研究。另外，筆者認為，對于誤差的處理，我們不僅僅是采取措施來應對，還應有評定方法(如對影響誤差的不可確定因素進行不確定度評價)。相信在不久的將來，數控機床的誤差問題會得到更完美的解決。

參考文獻:

[1]賀廣華.數控機床加工過程綜合誤差分析研究[J].電子制作,2013(02):38-39.

[2]李敏.數控加工工藝中的誤差分析[J].科學實踐,2003(03):48-50.

[3]趙亞倩.數控加工產生誤差的根源及解決方案[J].中國機械,2012(01):98-99.