數控機床加工誤差原因及對策分析

焦景龍

摘 要：數控車床為零件加工的主要方式，對于零件加工具有較高的自動化水平，但是就實際情況來看，零件加工經常會因為設備自身或者操作不當等因素限制，而造成工件精度達不到專業要求，存在一定誤差。零件加工精度最終由機床刀具與零件間相對位移誤差決定，因此需要確定加工誤差存在的原因，以降低誤差為面對，采取措施進行優化。本文選擇經濟性數控機床為對象，就其加工誤差與優化對策進行了簡要分析。

關鍵詞：數控機床；加工誤差；補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.002

0 引言

數控機床零件加工經常會因為各項因素的影響而出現誤差，即加工后零件實際幾何參數與設計幾何參數間存在一定偏差，導致零件精確度不能滿足設計要求，最終只能作為不合格或者廢品處理。以提高數控機床加工精確度為的目的，需要對各類加工誤差原因進行分析，有針對性的采取措施進行處理，對存在的誤差進行有效補償。

1 數控機床加工誤差分析

經濟性數控車床對零件的加工，應用為步進電機開環伺服系統或者半閉環伺服系統來驅動刀具，在這個過程中就會因為受各項因素的影響而存在加工誤差。一方面，數控機床自身因素。主要是因為數控機床所用構件精確度較低，以及機床裝配過程中存在誤差，導致零件加工后精確度達不到設計要求。針對此種誤差原因，一般可以就高精度零部件進行更換，以及在裝配環節做好控制，爭取提高機床自身精確度。另外，對于部分技術能力可以達到要求的企業，還可以選擇對步進電機構成的開環伺服系統進行適當的改造，使其成為閉環伺服系統，來提高零件加工精度[1]。另一方面，工藝操作因素。部分零件在加工過程中，會因為機床以及零件本身的熱變形，造成切削、振動、裝夾、磨損等細節存在誤差。想要對此類誤差進行補償，需要建立補償模型在CNC系統內補償，實施難度比較大，對提高數控機床零件加工精確度需要重點研究。

2 數控機床加工誤差原因與對策分析

2.1 數控機床自身原因

2.1.1 控制系統誤差

（1）開環控制系統。開環控制系統并未設置反饋裝置，數控信號為單向流程，并不能對移動部件實際位移量進行測量與反饋，進而會影響對加工過程中所存誤差的調整。伺服系統性能決定了開環控制系統加工精確度，而伺服裝置伺服元件多為步進電機，常見誤差有步距誤差、起停誤差以及動態誤差，對于不同的誤差可以根據其發生的原因，采取措施進行處理。如對伺服元件進行更換，確保所選電機能夠完全滿足步距角要求，或者是選擇用差分比較細的電機驅動電路，來提高電路控制穩定性。另外，對于部分規模比較大的數控機床，為降低控制系統誤差，可以選擇用開環補償型控制系統，選擇步進電機開環系統為基本控制方式，并附加一個校正電路，利用工作臺上設置的直線位移測量元件反饋信號為依據，對機床系統存在的誤差進行校正[2]。

（2）閉環控制系統。閉環控制系統中設置的數控插補器，可以發布的位置指令信，將其與工作臺上檢測到的實際位置反饋信號進行對比，然后根據對比結果對系統加工動作進行控制，將存在的誤差消除。此種控制系統在實際應用中，可以有效提高數控機床零件加工精確度，但是就位置檢測反饋機制來說，仍然存在各種不穩定性因素，加大了系統調試難度。如果存在不能夠正常匹配的參數，系統運行后便會出現振蕩問題，影響機床加工穩定性。造成閉環控制系統出現誤差的主要原因即為位置反饋系統，為減少誤差，需要根據實際加工需求，對位置反饋系統進行優化，或者直接更換高進度的反饋系統，且做好安裝行為的控制。

2.1.2 傳動系統誤差

數控機床坐標軸運行時，需要經過升降速階段，但是因為不同類型數控機床性能不同，其升降速率便會存在一定的差異。對于經濟型數控機床來說，并未設置將液壓驅動、鎖緊系統等，想要完成升降速過程，需要一定的時間，這樣便會在這個等待的時間內，使得零件外形輪廓切削時，拐角位置出現超程或者過切問題，形成零件加工誤差[3]。針對此類誤差，在對經濟型數控機床傳動系統進行優化時，需要在拐角位置選擇變化的進給速度，接近拐角位置時減速，通過拐角后加速。

3 零件加工工藝原因

3.1 刀具切入點不合理

在對零件封閉內輪廓表面進行銑削加工時，如果內輪廓曲線允許外延，則應沿著切線方向切入切出，對于不允許外延的部分，在進行加工時，刀具便只能沿著內輪廓曲線法向切入切出，且切入切出點應選擇輪廓曲線兩幾何元素交點位置。如果內部幾何元素無相切交點，為避免刀具在零件輪廓拐角位置留下凹口，需要盡量將切入切出點遠離拐角。另外，很多零件需要進行車螺紋加工，很多時候因為升降速因素影響，螺紋切削開始與結束部位，會出現導程不正確問題。為減少此部分加工誤差，需要重點控制好螺距方向進給引入距離與超越距離，一般引入距離應控制在2～5mm，超越距離則控制為引入距離的1/4左右，且大螺距以及高精度的螺紋應選擇最大值。另外，如果螺紋收尾位置不存在退刀槽時，收尾處形狀受數控系統影響，應按照45°退刀收尾。

3.2 零件定位存在誤差

利用數控機床對一批零件進行加工時，需要將其逐個在夾具上定位，但是對于各夾具來說，其所占據的位置并不完全相同，這樣在零件加工后，便會因為定位因素而導致工序基準在工序尺寸方向上具有很大的變動量。零件進行數控加工時，因基準不重合以及基準位移產生的定位誤差將會直接反應到零件尺寸與位置精度上。為消除此類誤差的影響，必須要保證設計基準、測量基準、工藝基準以及編程原點保持一致性，且選擇精度高的定位元件，并做好元件安裝管理，縮小定位元件與定位基準位移量。

4 結束語

數控機床零件加工出現誤差的原因比較多，除了數控機床自身以及加工工藝因素外，還包括對口以及編程等因素的影響。為提高零件加工精確度，消除各類誤差，需要基于數控車床運行原理，做好各項元件的選擇，并控制好元件安裝效果，且結合實際需求，對數控機床加工系統進行完善，提高數控加工精度，提高零件加工合格率。

參考文獻：

[1]樊皓.數控機床加工過程綜合誤差分析[D].河南科技大學，2012.

[2]李瑞斌，張立仁，時海軍.數控機床加工誤差產生的原因及其對策[J].長江大學學報（自然科學版）理工卷，2010（03）：320-322+749.

[3]王金圓.五軸數控機床誤差建模分析[D].沈陽工業大學，2012.