影响数控加工质量的因素及提高措施

◎庞贤学

现代技术全面进步与发展，在各个领域都实现了创新，有效保证了行业的发展，推动了社会的进步。数控机床就是在技术推动下，不断创新的产物，顾名思义，数控机床就是通过数字化手段，把所有的程序进行编程，通过计算机网络控制，进行机床加工与生产的一种形式，计算机程序对所有的环节进行了分解与整合，通过程序控制机床加工速度与时间，将模具加工成所要表达的目标零部件。越是复杂的零部件对机床的要求越是精密，只有不断提高机床的生产技术，才能保证零部件生产质量。这其中就是技术支撑的结果，越是高精密的部件，越是对技术水平要求越高，数控机床在生产中也存在一些问题，只有在实际工作中不断总结与创新，才能更好地完成加工生产任务，提高生产效率，保证加工质量。

一、影响数控加工质量的因素

1.夹具。

产品的加工受到各方面的影响，对于机床设备来讲，夹具是非常重要的设备之一，只有保证了夹具的稳定性，才能加工出精细的产品，夹具是装夹工件的工艺装备，对于精细产品的加工要求非常严格，特别是数控机床用的夹具，一定要有良好的性能，保证精确度才能提高产品加工的质量，数控机床夹具比一般夹具性能好。数控机床编程程序是设计好的，数控机床会按照制定好的程序，对产品进行定位与加工，这是一种模具固定的装置，所以说，夹具对产品的影响非常大。夹具决定了工件的位置，位置不正确，就会影响机床的加工，比如夹具使模具摆放位置不对，超出了加工的允许误差，最后出来的产品就不合格，有的还会出现废品；另外，固定松紧程度也对夹具有一定的影响，夹具固定好，才能保证模具固定，如果过松就会在加工过程中出现移动，影响到产品的加工与生产，如果夹具过紧，则无法自由转动，也会影响到产品的质量。所以说，进行数控机床夹具选择时，要根据产品的型号、数量确定夹具类型，这样，才能在复杂的加工条件下，保证产品质量。

2.刀具。

刀具也是数控机床最为主要的设备之一，要全面保证刀具的质量，这样，才能在加工中加工出合格的产品，刀具是工艺系统最活跃的一部分。对于数控刀具的使用，要严格进行选择，选择刀具时要把握好几个条件，一是刀具精度要求。数控刀具不同于普通的刀具，和普通刀具相比，要有严格的精度，也就是说，刀具的精度越高，加工出的工件就越是精细，质量越有保证；二是刀具形状的要求。产品工件的形状不同，对刀具的选择也不同，要全面根据加工不同形状工件的要求，对应选择合适形状刀具，这样才能提高加工的质量，保证效果。有一些零部件外轮廓需要使用立铣刀，这样，才能加工出凹凸不平的表面工件，高速钢立铣刀是最有效的刀具，能够加工出想要的形状。圆弧曲面选用球头铣刀，才能提高质量，保证尺寸。三是刀具尺寸要求。数控刀具是专业性的刀具，有着较多的尺寸型号，根据加工工件的大小，需要使用不同尺寸的刀具，不合适尺寸的刀具加工出来的产品不合格，就算是加工的产品能使用，整体效率也是打折扣的，因为工件的精度不符合标准设计，影响到安装的质量；四是刀具材质要求。随着我国材料市场的丰富，市面上有着多种材质的刀具，一般使用的是硬质合金、表面涂层、金属陶瓷、非金属陶瓷及超硬材料等。要根据加工件的不同，选择合适的刀具，全面提升产品的精度。

3.加工工艺。

产品加工的工艺很重要，要严格选择加工的工艺，可以说，加工的工艺才是数控加工过程中难度最大的影响因素，工艺不合理则无法加工出符合标准的工件。现代数控程序都是由人工编制的，是根据工艺的流程与进行计算机编程设计，如果工艺落后，程序不合理，则计算机指令就会复杂，加工出来的部件就不符合要求，整体成本也会增加。产品加工的工艺是在多年发展过程中不断创新的，加工工艺经过一代又一代的升级、尝试与修正，已经形成的固定的模式，程序编程要选择优良工艺进行设计，才能保证模具加工质量。

4.人工因素。

不论科技如何发展，技术如何进步，在制造业中，都需要人来完成，一些环节可以由设备代替，但是很多重要的流程还要由人来完成，所以说，人在产品加工与制造中起到了决定性的作用。设备要由人来操作，操作人员技术水平、工作态度、专业能力会影响到产品的质量。从当前的状态看，我国大部分工厂的操作人员素质仍然偏低，不能够解决这个问题，那么产品的质量就永远上不去，只有不断进行专业化培训与提升，特别是在公差配合与测量技术上提出更高要求，才能不断提高加工精度让产品换代升级，满足更加广泛的需求。

二、造成质量问题的不良因素

1.控制系统的误差。

一是开环数控系统。这种系统对产品的要求并不是很精细，存在一定的误差，主要用于经济型数控机床的加工与生产，系统没有精密的位置检测装置，加工产品时只是按数控装置指令脉冲移动，对于需要移动部件的加工，也不能及时检测反馈，很多的加工程序都是采用功率步进电动机作为执行元件，产品往往会出现较频繁的质量问题；二是闭环数控系统。与上述系统相比，这种控制系统精度略高一些，主要用在高精度机床上，要想加工产品则需要做好加工前的调试，确保精密后，才能进行加工生产，但是，系统在加工过程中很容易出现传动问题，进行传动时间距误差会影响到产品的质量，不具备严格的精密度；三是半闭环数控系统。介入上述二种系统之间的一种，工作台要不断进行变换才能加工产品，进行变换过程中，要对周边的环境进行反应，出现不良干扰就会导致产品误差。

2.机械造成的误差。

数控加工是一个复杂的过程，系统对设备进行设定，则需要液压驱动来全面做好加工传导，通过机械的应用减少机床上下移动所耗费的时间，提高了生产加工的整体效率，机械是在设定的范围内工作与移动，但是，不论程序设计多么合理，都会存在机械设备的问题，因为设备需要传动，这需要一定的时间差，车床在升速及降速的时候，往往会出现产品的误差，机械设备运行与设计不符合，就会存在转动与加工的空转现象，系统一旦启动，则会要求机械设备转动起来，避免时间差影响加工质量。

3.加工环节出现的误差。

有一些产品无法一次成型，要多次工序才能加工成型。进行加工的过程中，往往因为环节问题产生产品加工误差，出现误差很多是由于刀具的问题，也就是说，产品模具在生产过程中，如果刀具不能紧密贴合到模具上，就会导致加工动线较设计好的动线偏差问题，主要是设计过程中出现的环节不合理问题，往往会超出界限的误差，而这种误差会导致严重的质量问题。

4.位置误差。

误差是设备最为主要的问题，实际应用过程中，需要全面控制误差，才能全面保证精准。目前看，设备的制作越来越精良，各种设备所配备的部件也是专门使用，但是，也会容易出现误差，从设计上看，一些零件在设计过程中，考虑到各个表面形位公差因素，需要进行精准的设计，实际使用后，机械运动摩擦力，如传动间隙、弹性形变等原因，就容易导致部分部件出现磨损的问题，虽然这种误差能在闭环系统中得到抑制，但是，并不能解决根本性问题，整体加工的效果还是不理想，时期长了很容易出现开环系统，会造成越来越大的误差，从而导致加工的产品质量不合格，设备运行的速度变慢。

5.切割量。

加工一个产品不能一次成型，要做好设计，也就是产品的切割量。如果切割量过大，很容易导致设备无法快速作业，所以，数控机床加工切割量对产品的质量影响非常大，要想全面保证切割效果与质量，则需要根据设备的情况，全面做好精度设计，以此，保证加工的速度与质量，并有效保证设备不受损坏。不同的产品需要不同的切削量，要以产品加工的周期为依据，全面设计好精度情况，随着产品成型的不同，切割量是会产生变化的，要不断进行调整，有效确保产品随进给量、速度及深度等变化而变化。

6.刀具制造误差。

数控加工是标准化设计的结果，根据加工产品的不同，做好自动化的设计，刀具是最为主要的一个环节，好的刀具能够保证加工的品质，不好的刀具则会出现粗糙的产品。而刀具制造、生产和设计中均出现误差，在有经验的技术人员手中，有的刀具能够克服，或者可以进行实际运行的调试，但是，使用时间长了以后，刀具的误差就会显现出来，严重影响到了加工的整体质量，零件的加工精度不足，产品质量下降。

三、补偿误差的几种办法

1.螺距补偿。

通过补偿能够大幅度消除变换物理空间的部位误差，确保产品质量。当前，从已经应用的机床上看，技术较为先进的数控车床均实现了这种功能，有的已经达到了更高级的补偿误差功能，全面提升了机床的加工能力。

2.坐标误差补偿。

数控机床是设计好的程序，在程序的指令下完成加工任务，那么，机床进行生产时，往往会存在坐标上的问题，就是机床最外侧位置坐标点位置不准的现象，往往坐标不准就会出现产品上的误差。要想全面解决这种误差，就要通过温度分析、坐标点分析、切削力数值分析等，才能得到误差的参数，利用综合分析法，找到产生问题的成因，合理做好综合数值计算，全面进行设备的补偿。当前，数控机床上多应用这种方式进行补偿，通过自动化控制，及时对各个环节进行分析，对得到的设备参数进行系统分析后，得到温度变化曲线，通过对规律分析结果，记录机床位置变换坐标点的数值大小，最终以几何分析呈现结果，对机床进行最后的补偿，系统接到指令后则会对相关的工作参数调整和修正，做到产品的实时误差补偿。当前，激光测量仪、位移传感器等，能够充分测量温度与位置，得到了数值非常精准，为全面做好误差补偿提供数据支持。

3.几何补偿结合温度补偿。

数控机床也是一种机械设备，在长时间的使用过程中，往往会出现温度上的提升，影响到了设备的精度，特别是一些精密度要求高的机床，所使用的材料在运转中会导致温度快速升高，热胀冷缩出现误差的情况较大，要想全面解决这个问题，则需要进行一定的补偿，单纯用物理的方法进行补偿不能达到良好的效果，这就要求用多种方法相结合的方式进才补偿，如几何补偿结合温度补偿就是较好的一种形式，根据不同条件采用不同补偿办法，能够保证产品最终的加工质量。

4.解耦补偿。

机床生产往往需要根据产品的形状不同进行变换物理位置，一些转动的过程中，就会造成模具的移动，要机床生产中出现的移动现象，要进行全面的补偿，才能确保产品质量。解耦补偿主要是通过对各部位的部件组成进行参数提取，保证多面立体加工机床不出现误差，机床空间误差得到有效修复后，提高产品的加工质量。一是运用二转动轴进行补偿，机床转动时不停多次对数控刀具与工件位置补偿；二是三转动轴，计算数控刀具及工件初始坐标值，这样作业过程中也能够对数值进行补偿。

四、提高数控加工质量的措施

1.对优化数控车床进行整体设计。

要全面提高加工的质量，则要进一步优化整机设计，从整体的角度全面考虑到精度。当前，随着技术研究应用的越来越广泛，各种先进的技术应用到加工领域，全面提升了我国的机械制造水平，我国机床制造单位也引进了先进的生产技术，全面排除了不足，解决了弱点，但是，在制作加工过程中，还是存在一些问题，对于一些精度非常高的设备，我国领先外国，而需要国内进行设计的部分，依然存在问题，只有不断创新技术形式，优化整机控制管理，才能不断提高生产质量，减少生产成本。机床是结构设计最为主要的部分，对于整个设备来讲，机床设计好坏决定了加工的质量。所以说，需要由源头抓起，全面把控机床质量，确保各个零件的高品质运行。主轴系统是数控机床的重点，一定要引进先进的技术，设计时，根据生产运行的环境，全面结合“热对称面”理论有效优化主轴系统。考虑到各种影响因素，对可能影响到数控机床加工精度相关零件放置到热对称面上，以此，避免出现误差，有效确保加工的速度与质量。

2.对可能存在的误差情况进行提前防范。

数控车床并不是万能的，虽然经过精密的设计与制作，但是在实际使用中，还是会出现各种问题，影响到加工的质量，为了全面避免这样的现象，要对可能出现的隐患进行预案设计，以此，全面提升加工过程精度，机床是精密的设备，需要根据不同的加工产品形态做好环境评估，以此，合理优化加工设备，避免生态环境破坏、温度失控等情况。

3.对软件进行升级更新。

高科技不断进步，在生产加工过程中得到了广泛的应用，模具数控加工领域也不断进步，引进先进的技术，不论是硬件还是软件，在技术上都有了全面的发展。UNIG、CIMI以及CAM等软件也在更新换代，已经在模具加工领域发挥了越来越大的作用。软件是设计好的程序，进行加工时，能够根据后台的指令自动化运行，要全面做好编程设计与操作，才能保证加工的质量。CIMI软件能够和螺旋工具配合使用，有效保证了相邻刀具的协调性，通过软件设计，能够全面与硬件设备相匹配。

五、提升生产质量的办法

1.改进模具的装夹方式。

夹具影响到产品的质量，所以说，全面提高模具装夹质量，能够充分确保质量与效果，那么，就需要对装夹力度做好全面的控制与管理，保证严密度，要保证力度的大小合适，硬度较差模具装夹不能用大力度，不然加工出来的部件就保证不了精度的要求。对于硬材质模具装夹，则要保证力度，不然会在转动过程中出现松动的情况，影响到产品的精度。要对模具全面把握，根据不同的产品进行安排，模具大小、尺寸、硬度、材质要充分符合产品的需要，这样，才能在把握信息的前提下，做好装夹力度的控制。装夹放置位置要全面计算，保证位置适中，防止损坏模具。

2.合理选择数控刀具和走刀程序。

数控刀具决定了产品的质量，要充分把握好刀具的情况，了解刀具的质量与材料。当前，我国制造行业数控刀具应用最为广泛的是硬质合金材质，这种材料对加工精度较高的产品更加合适，能够保证切削速度。根据模具大小、形状和材质各方面的因素，全面使用刀具，保证型号、尺寸等符合模具加工的要求。科学合理的设计走刀方式，运用混合模式，才能发挥优点，规避缺陷。

3.提升程序设计水平。

数控加工严谨主要和计算机软件程序有关，不断优化程序编程途径，由专业的技术人员进行编程，加工企业需要培养专业人才，从根本上提升数控编程质量，这样，才能确保产品的质量。

六、结束语

数控加工是一个严格的过程，要充分协调好技术、设备、工艺、程序，通过科学的装夹，保证刀具的功能发挥，要重视加工的每个细节，不断改善和优化，从源头上提升数控加工质量，推动我国制造业健康发展。