數(shù)控機(jī)床加工精度的誤差分析

1、數(shù)控機(jī)床加工精度的誤差分析    【摘 要】在機(jī)械加工過(guò)程中，往往有很多因素影響工件的最終加工質(zhì)量，包括機(jī)床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差、使用中的磨損都直接影響工件的加工精度。如何使工件的加工達(dá)到質(zhì)量要求，如何減少各種因素對(duì)加工精度的影響，就成為加工前必須考慮的事情，也就是要對(duì)影響機(jī)械加工精度的因素進(jìn)行分析。本文結(jié)合自己多年的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，就影響機(jī)械加工精度的因素作一闡述。 【關(guān)鍵詞】幾何誤差Geometric Error;加工誤差machining error;對(duì)刀誤差tool clamping e

2、rror;切削參數(shù)cutting parameters 1、系統(tǒng)的幾何誤差  （1）機(jī)床的幾何誤差  機(jī)床的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損，都直接影響工件的加工精度。其中主要是機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、機(jī)床導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)和機(jī)床傳動(dòng)鏈的誤差。 1) 主軸回轉(zhuǎn)誤差：機(jī)床主軸是裝夾工件或刀具的基準(zhǔn)，并將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳給工件或刀具，主軸回轉(zhuǎn)誤差將直接影響被加工工件的精度。 2) 導(dǎo)軌誤差：導(dǎo)軌是機(jī)床上確定各機(jī)床部件相對(duì)位置關(guān)系的基準(zhǔn)，也是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)。除了導(dǎo)軌本身的制造誤差外，導(dǎo)軌的不均勻磨損和安裝質(zhì)量，也使造成導(dǎo)軌誤差的重要因素。導(dǎo)軌磨損是機(jī)床精度下降的主

3、要原因之一。  3) 傳動(dòng)鏈誤差：傳動(dòng)鏈誤差是指?jìng)鲃?dòng)鏈?zhǔn)寄﹥啥藗鲃?dòng)元件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的誤差。一般用傳動(dòng)鏈末端元件的轉(zhuǎn)角誤差來(lái)衡量。 （2）刀具的制造誤差及磨損 刀具的制造誤差、安裝誤差以及使用中的磨損，都影響工件的加工精度。刀具在切削過(guò)程中，切削刃、刀面與工件、切屑產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，使刀具磨損。當(dāng)?shù)毒吣p達(dá)到一定值時(shí)，工件的表面粗糙度值增大，切屑顏色和形狀發(fā)生變化，并伴有振動(dòng)。刀具磨損將直接影響切削生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和成本。  （3）夾具誤差  夾具誤差包括定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差及對(duì)刀誤差等。這些誤差主要與夾具的制造和裝配精度有關(guān)。下面將對(duì)夾具的定位誤差

4、進(jìn)行詳細(xì)的分析。 工件在夾具中的位置是以其定位基面與定位元件相接觸（配合）來(lái)確定的。然而，由于定位基面、定位元件工作表面的制造誤差，會(huì)使各工件在夾具中的實(shí)際位置不相一致。加工后，各工件的加工尺寸必然大小不一，形成誤差。這種由于工件在夾具上定位不準(zhǔn)而造成的加工誤差稱為定位誤差，用D表示。它包括基準(zhǔn)位移誤差和基準(zhǔn)不重合誤差。在采用調(diào)整法加工一批工件時(shí)，定位誤差的實(shí)質(zhì)是工序基準(zhǔn)在加工尺寸方向上的最大變動(dòng)量。采用試切法加工，不存在定位誤差。定位誤差產(chǎn)生的原因是工件的制造誤差和定位元件的制造誤差，兩者的配合間隙及工序基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)不重合等。 （4）定位副制造不準(zhǔn)確誤差：工件在夾具中的正確位置是由夾具上的

5、定位元件來(lái)確定的。基準(zhǔn)不重合誤差的方向和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準(zhǔn)不重合誤差和定位副制造不準(zhǔn)確誤差的矢量和。 2、數(shù)控加工過(guò)程中產(chǎn)生的加工誤差  (1)編程誤差：主要是數(shù)控編程時(shí)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)生的插補(bǔ)誤差，主要由于用直線段或圓弧段避近零件輪廓時(shí)產(chǎn)生的。這是影響零件加工精度的一個(gè)重要因素?？梢钥吭黾硬逖a(bǔ)節(jié)點(diǎn)數(shù)解決，但會(huì)增加編程工作量。 (2)刀尖圓弧誤差：在切削內(nèi)孔、外圓或端面時(shí)，刀尖圓弧不影響其尺寸、形狀，但在加工錐面或圓弧時(shí)受刀尖圓弧影響造成過(guò)切或少切。此誤差可通過(guò)測(cè)量刀尖圓弧半徑，采用刀具半徑補(bǔ)償功能來(lái)消除誤差。 (3)測(cè)量誤差：主要是受量具測(cè)量精度以及測(cè)

6、量者操作方法影響，導(dǎo)致的實(shí)測(cè)尺寸不準(zhǔn)確。此誤差可彌補(bǔ)。 (4)對(duì)刀誤差：此誤差主要產(chǎn)生在對(duì)刀過(guò)程中，刀具在移動(dòng)到起刀點(diǎn)位置時(shí)受操作系統(tǒng)的進(jìn)給修調(diào)比例值影響。解決辦法是合理選擇進(jìn)給修調(diào)比例，尤其是當(dāng)?shù)毒呖拷鸬饵c(diǎn)位置時(shí)采用最小擋進(jìn)給修調(diào)使刀具精確定位于起刀點(diǎn)位置。 (5)機(jī)床系統(tǒng)誤差：受機(jī)床本體影響產(chǎn)生的形位公差，此公差一般不可調(diào)整，伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生的重復(fù)定位誤差，主要由系統(tǒng)受機(jī)床脈沖當(dāng)量大小、均勻度及傳動(dòng)路線影響，這些誤差量很小且穩(wěn)定，只有在精密加工時(shí)應(yīng)予以考慮。 3、對(duì)刀誤差 產(chǎn)生對(duì)刀誤差的原因有： (1)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí)，對(duì)刀誤差主要來(lái)源于試切工件之后的測(cè)量誤差和操作過(guò)程中目測(cè)產(chǎn)生的

7、誤差。  (2)當(dāng)使用對(duì)刀儀、對(duì)刀鏡對(duì)刀和自動(dòng)對(duì)刀時(shí)，誤差主要未源于儀器的制造、安裝和測(cè)量誤差，另外使用儀器的技巧欠佳也會(huì)造成誤差。 (3)測(cè)量刀具時(shí)是在靜態(tài)下進(jìn)行的，而加工過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，同時(shí)要受到切削力和振動(dòng)外力的影響，使得加工出來(lái)的尺寸和預(yù)調(diào)尺寸不一致。此項(xiàng)誤差的大小決定于刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。 (4)在對(duì)刀過(guò)程中，大多時(shí)候要執(zhí)行機(jī)床回參考點(diǎn)的操作，在此過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生零點(diǎn)漂移而導(dǎo)致回零誤差，從而產(chǎn)生對(duì)刀誤差。 (5)機(jī)床內(nèi)部都有測(cè)量裝置，最小度量單位的大小也與誤差有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)最小度量單位大的測(cè)裝置其誤差就大，最小度量單位小的測(cè)量裝置其誤差就小。減小對(duì)刀誤差的主要措施有： (1

8、)當(dāng)用試切法對(duì)刀時(shí)，操作要細(xì)心。對(duì)刀后還要根據(jù)刀具所加工零件的實(shí)際尺寸和編程尺寸之間的誤差來(lái)修正刀具補(bǔ)償值，還要考慮機(jī)床重復(fù)定位精度對(duì)對(duì)刀精度的影響以及刀位點(diǎn)的安裝高度對(duì)對(duì)刀精度的影響。 (2)當(dāng)使用儀器對(duì)刀時(shí)，要注意儀器的制造、安裝和測(cè)量精度。要掌握使用儀器的正確方法。 (3)選擇刀具時(shí)要注意刀具的質(zhì)量和動(dòng)態(tài)剛度。 (4)定期檢查數(shù)控機(jī)床零點(diǎn)漂移情況，注意及時(shí)調(diào)整機(jī)床。 4、選擇切削參數(shù)的影響 選擇合理的切削參數(shù)可以有效抑制積屑瘤的形成，降低理論加工殘留面積的高度，保證加工工件的表面質(zhì)量，切削參數(shù)的選擇主要包括：切削刀具角度的選擇，切削速度的選擇，切削深度及進(jìn)給速度的選擇等，實(shí)驗(yàn)證明，在加工

9、塑性材料時(shí)若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因?yàn)榈毒咔敖窃龃髸r(shí)，切削力減小，切屑變形小，刀具與切屑的接觸長(zhǎng)度變短，減小了積屑瘤形成的基礎(chǔ)，研究證明，當(dāng)前角角度增大到350時(shí)一般不形成積屑瘤，同時(shí)在切削加工中，由于刀具副偏角的存經(jīng)切削加工后的已加工表面上常留下有規(guī)則的刀紋，這些刀紋所形成的面積是構(gòu)成已加工表面粗糟度的幾何基形，而殘留面積的高度稱為輪廓最大高度Ry其計(jì)算公式Ry=  f進(jìn)給速度； .kr主偏角； kr副偏角。 由公式可知要使Ry減小則應(yīng)取小分子，大分母，這就要求進(jìn)給速度小，刀具副偏角小殘留面積的高度稱為輪廓最大高度Ry??；而選擇切削速度時(shí)，盡量要避開(kāi)易形成

10、積屑瘤和引起自激振動(dòng)的速度區(qū)域，實(shí)驗(yàn)已證明，在高速（7200r/min以上）小切深（0.171mm）且周期進(jìn)給量（小于0.3mm）時(shí)可得較高的表面質(zhì)量，甚至可以起到以切代磨的效果。因此條件允許時(shí)盡量選擇高速小切深周期進(jìn)給量小的切削參數(shù)，以保證工件的表面加工質(zhì)量。 5、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差  （1）基本概念：機(jī)械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動(dòng)力等的作用下，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對(duì)位置，使工件的加工精度下降。 （2）工件剛度：工藝系統(tǒng)中如果工件剛度相對(duì)于機(jī)床、刀具、夾具來(lái)說(shuō)比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對(duì)加工精

11、度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學(xué)有關(guān)公式估算。 6、機(jī)床操作者的影響 機(jī)床操作者是數(shù)控加工的執(zhí)行人，他們對(duì)數(shù)控加工質(zhì)量的控制也是很明顯的。他們?cè)趫?zhí)行加工任務(wù)的過(guò)程中對(duì)機(jī)床、刀柄、刀具、加工工藝最了解，他們的各項(xiàng)操作對(duì)數(shù)控加工影響最直接，所以機(jī)床操作者的技能和責(zé)任心也是提高數(shù)控加工質(zhì)量關(guān)鍵因素！ 經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際加工分析，雖然機(jī)床等硬件設(shè)備是很關(guān)鍵的，但人才是影響數(shù)控加工質(zhì)量的決定性因素，因?yàn)槌绦蛟O(shè)計(jì)員和機(jī)床操作者的職業(yè)道德、技能水平、崗位責(zé)任心確定了各種先進(jìn)設(shè)備能夠發(fā)揮出多大的效能！所以我們一定要重視人才的培養(yǎng)和引進(jìn)，為加工質(zhì)量的持續(xù)提高打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)！   【參考文獻(xiàn) 】 1董獻(xiàn)坤.數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與編程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.  2李軍.數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)的設(shè)定間J.制造技術(shù)與機(jī)床,1994 3陳國(guó)平.數(shù)控機(jī)床加工的對(duì)刀技巧J.機(jī)床與液壓,2002 4許兆豐.數(shù)控車(chē)床編程與操作M.北京中國(guó)勞動(dòng)出版社,1997.  5王軍.數(shù)控車(chē)床對(duì)刀及一種簡(jiǎn)易對(duì)刀裝置J.機(jī)械工藝師,2001. 6  王正君.金屬切削刀具M(jìn)機(jī)械工業(yè)出版