降低数控机床加工误差的对策分析

刘成

（武汉华夏理工学院，湖北 武汉 430070）

0 引言

数控加工机床被广泛地应用于航空航天、造船以及电子等各种加工领域，负责各种外形复杂，精度要求较高的零部件的加工。在数控加工过程中，有许多因素都会对加工质量产生影响。工艺过程中的各组成部分，包括机床、刀具的磨损和夹具的制造误差等都会造成加工工件的误差。除此之外，机械加工还受到工件材料，以及外部环境因素的影响，比如环境温度发生改变导致数控机床或者加工材料发生尺寸变化。因此，为了降低加工产品误差，有必要对造成误差的因素进行分析，并提出一些针对性对策，这对于推动零件加工企业实现稳定发展具有重要意义[1]。

1 数控机床加工误差的产生因素

1.1 温度变化带来的误差

对于我国大部分中小企业所采用的数控机床加工精度本就有限，对于精度要求不高的工件加工过程中的温度变化对工件质量的影响没有特别明显。可一旦加工工件的加工质量的精度要求进一步提高逐渐接近机床所能达到的极限时，温度的变化对精度的影响就逐渐凸显出来。

数控机床在加工零件的过程中，持续工作。而且在一般环境下的厂房中一天的温度是不一样的，甚至有可能产生较大的温差变化[2]。由此造成数控机床在冷热变化的过程中，机床坐标系发生偏移，造成零件加工产生误差。数控机床在持续加工过程中产生大量的热量，机床各部件在这些热量的影响下造成工艺尺寸热变形，进而使得所加工的工件产生误差。

1.2 数控机床的反向间隙带来的误差

就我国现有的制造业水平以及经济发展水平而言，经济类的数控机床在我国的使用范围相对较广，市场占有率较高。此类数控机床常采用半闭环数控系统，由于安装或者工作磨损使得机床丝杠和丝母之间产生微小的间隙。当丝杆正向运转变换成反转的时候，就会在一定角度内出现只有丝杠转动，而丝母却不转动。需要等到受力侧的间隙完全消除才能转动，进而出现执行机构的运动距离与编程所设定的距离产生偏差，造成加工工件出现误差。

在切削过程中，反向偏差会造成机床插补运动产生偏差，在一定范围内可以忽略偏差对加工工件误差的影响。如果偏差过大，则会造成加工工件的形状出现各种意想不到的变化。由于执行件的运动量与理论值存在偏差，在数控机床执行快速点定位操作过程中，机床工作台每运动一次，定位误差就会增加一次。

1.3 加工刀具带来的误差

数控机床加工刀具是数控加工过程中不可或缺的组成部分，针对各种各样的工件加工有相对应的刀具。如果刀具存在误差，对加工的工件的精度产生直接的影响。由于数控编程技术人员一般是按照刀具的理论尺寸进行工件的编程操作，一旦刀具出现误差，那么相对应的工件就会产生误差。如钻头，铰刀类刀具如果出现误差，会直接导致加工工件的尺寸出现误差。对于刀具的安装，可能由于锈蚀或者没有发现的铁屑就会造成，刀具旋转工程中离心力增大，增大扰动，造成尺寸产生误差。刀具的磨损也需要仔细的测量，对于精度要求较高的的零件每过一段时间检测刀具的磨损情况是必要的，不然零件的尺寸误差会越来越大最后超出误差允许范围。

刀具在加工过程中切削工件表面会产生热量，尽管一部分的热量会随着切削屑的飞出被带走。但是仍然有相当一部分热量会造成刀具以及工件表面温度的温度升高，进而导致工件出现热变形，扩大加工误差。

1.4 人为操作带来的误差

技术性数控机床操作者对于产品的质量无疑是影响最大的因素。机床或者刀具的各种产生误差的情况只要是根据严谨的机床操作步骤进行，运用相应的测量工具。适当调整机床参数，筛选符合精度要求的刀具，正确规范安装，就能够有效避免大多数的误差。

但很多时候往往是操作者能力不足导致的误差，这种误差表面上看是操作者的一时疏忽大意是小概率事件。然而经过细心追查不难发现这种误差甚至是错误的产生是由于操作者生产经验不足，机械加工知识掌握不牢固所导致的。对于圆环类的零件，操作者使用平口钳对其进行加工时力度的掌握至关重要。加紧力太小，容易产生造成零件震动。夹紧太大，又容易造成零件变形。稍微疏忽就会造成不可挽回的损失，操作者应该慎重对待。

2 降低数控加工误差的对策

2.1 数控机床环境及主体的温度控制

对数控机床的构件进行设计的时候，可采用有利于均衡数控机床整体温度的对称布局。控制机床局部发热，采用结构中空的滚珠丝杠，并通入冷却液可以有效降低滚珠丝杠热量。增加空气流动，往主轴内部输送常温空气来带走部分热量。

也可以通过实时监测机床主要零部件温度，机床温度变化较大时，加工误差也会产生一定的变化。但这些误差的变化随着温度的变化是有规律可循的，因此，可以通过安装温度传感器，监测主要部件的温度变化再对照误差的产生。通过计算机软件对大量数据的分析得出数控机床各个坐标轴的补偿修正量，减小温度影响造成的误差。

对于工件切削过程中产生的热量，最常见的就是淋浴，根据不同的工件材料和精度要求配置不同浓度的冷却液快速冲刷工件以及刀具，来带走切削屑以及降低加工区域的切削温度。随着工作台的不断移动，加工工件形状不断发生改变，数控机床的切削液有时候不能准确的对准加工部位，造成工件局部温度升高导致热变形使误差增大。

2.2 数控机床的反向偏差的补偿

反向偏差会造成加工工件的误差不断增加，如果对此不加以控制就会造成运动构件磨损越来越严重，加大工件误差。但是在数控机床的工作过程中机构之间出现磨损是无法完全避免的，因此为了控制数控加工过程中的误差，需要加强对数控机床的日常维护保养，每天都要对机床进行清洁，确保零部件处于较好的润滑状态，发现磨损状况影响对机床加工影响较大的零部件及时进行维修更换[3]。并对数控机床进行定期检测，对出现的间隙误差采取误差补偿。可以通过高精度的测量设备来检测间隙，将千分表安装在主轴上。按照正常的加工程序开机，机床回机械坐标系原点，选一个合适的位置建立工件坐标系原点。在工作台上固定一个工件，使得千分表在水平方向压在工件左侧表面产生一个较容易观察的数值，接下来通过编程使工作台先缓慢向右移动一个距离，然后向左移动一个相同的理论距离。根据最后千分表的指针读数就可以准确测量出机床间隙的误差值。然后针对不同的数控机床系统，设置数控机床控制系统参数来进行反向误差的自动补偿。

机床在长期使用之后，有机械零件之间的磨损造成的间隙无法完全避免。但是加工企业可以通过制度规定，和大力宣传鼓励机床操作人员每天都要对数控机床进行维护。定时检测机床的反向间隙并调整系统补偿值，保障数控机床工作状态稳定，能有效降低反向偏差。

2.3 提高加工过程中的检测

机械加工中，刀具的磨损以及与工件的相互作用等都是导致误差的因素，而且这些都无法完全避免。所有的误差最后或多或少都会反映到加工工件上，但可以通过加工过程中的测量来检测工件是否满足设计要求。

特别是中小型企业，为了节约成本，在误差允许范围内，常常会采用有缺陷的刀具进行加工。然而数控编程设计人员却很难实际考虑每把刀具的具体误差，因此需要机床操作人员充分测量实际的刀具尺寸参数，并微调已经编写好的数控程序。合理设置切削参数，准确把握冷却液的添加量以及喷出量，及时对刀具和工件冷却[4]。

对于每一道加工工序完成之后，为了确保工件所需要达到的效果，操作者需要对工件进行检测。一个工件加工完成后也需要检测各项尺寸，一旦出现尺寸超出误差范围的情况需要立即检测同批次所有工件。并采取补救措施，可以避免对下一道工序产生误差。对于加工过程中刀具与工件之间相互作用产生的应力问题，加强对刀具轴线的偏差分析，一旦刀具出现位移可以及时进行修正，有效降低数控机床的加工误差。

2.4 机床操作人员全方位的素质

既然机床操作人员对加工产品质量起着决定性的作用，那么提高机床操作人员全方位的素质就显得十分的必要。对于操作者容易忽略细节，粗心大意的习惯，如果管理者应该加以重视，不能当成是偶然事故，而应该视之为缺乏责任心所必然导致的结果。

人才的培养从责任心和职业道德开始。没有高度的责任心和良好的职业道德，即使专业水平再高也难有所成就[5]。对工作的正确态度建立起来之后，就需要加强专业知识的培养，比如说数控编程，机械制造工艺学，机床操作等课程的学习和实际应用相结合在生产加工的过程中学习和总结积累专业知识。

3 结语

造成数控机床加工误差的因素是各种各样的，要想全面提高加工产品质量，降低数控加工误差影响，追求更低的成本创造更高的社会经济价值，就必须重视加工过程中的各种因素：（1）注重数控机床周围环境温度的均衡，防止出现不同时段温度区别对精度要求较高的零部件产生误差。（2）配备水冷设备来降低加工过程中零部件相互运动产生的热量。安排专业人员对数控机床定时检修，更换磨损零部件。（3）加强机床操作人员的技术培训，加强切削过程的工件检测，针对尺寸偏差及时做出调整。将加工误差控制在更小的范围内，保障工件完成的质量，促进经济发展。