數(shù)控銑削加工精度與加工誤差分析

1、數(shù)控銑削加工精度與加工誤差分析 摘要：數(shù)控銑床又稱CNC銑床，是一種加工功能很強(qiáng)的數(shù)控機(jī)床。數(shù)控銑削加工精度和加工誤差是衡量加工零件質(zhì)量的兩個重要的方面。本文將主要針對數(shù)控銑削加工精度的影響因素與加工誤差來源進(jìn)行分析和研究，并有針對性地提出補(bǔ)償措施。關(guān)鍵詞：數(shù)控銑削；加工精度；加工誤差A(yù)nalysis on the NC milling machining precision and the errorJinan Iron and Steel Group Co.Ltd Measure and Quality Inspection Center Dongjinwei 250101Abstract

2、: also known as CNC milling machine, CNC milling machine is a CNC machine processing function is very strong. CNC milling machining precision and processing error are the two most important respects to measure machining parts quality. This thesis mainly discussed and analysed the factors effect to t

3、he CNC milling machining precision and processing error, and proposed the relevant measures to compensate the CNC milling machining precision and processing error. Key words: CNC milling; Machining precision; Processing error數(shù)控銑床就是按照加工要求預(yù)先編制程序，由數(shù)字控制系統(tǒng)發(fā)出數(shù)字量作為指令信息對工件進(jìn)行自動加工的銑床。在整個數(shù)字控制系統(tǒng)中將主軸起停、主軸變速、進(jìn)退刀、

4、刀具與工件相對位移等操作都用數(shù)字化來表示，大大的提高了整個加工過程中的穩(wěn)定性，從而提高了數(shù)控銑削的加工精度，減小了加工誤差。但是，由于存在數(shù)控銑床本身的精度和加工過程中的控制誤差，所以，提高加工精度和降低加工誤差仍是反映數(shù)控銑床加工能力的重要方面。一數(shù)控銑床的基本工作原理銑床的加工表面形狀一般是由直線、圓弧或其他曲線所組成。普通銑床操作者根據(jù)圖樣的要求，不斷改變刀具與工件之間的相對位置，再與選定的銑刀轉(zhuǎn)速相配合，使刀具對工件進(jìn)行銑削加工，便可加工出各種不同形狀的工件。數(shù)控機(jī)床加工是把刀具與工件的運動坐標(biāo)分割成最小的單位量，即最小位移量，由數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)工件程序的要求，使各坐標(biāo)移動若干個最小位移量

5、，從而實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，以完成零件的加工。如圖1所示的凸輪曲線L。要求刀具T沿工件的曲線軌跡運動進(jìn)行銑削加工。圖1 數(shù)控機(jī)床加工曲線的原理數(shù)控銑床加工時，根據(jù)工件圖樣工藝要求，將銑床各運動部件的移動量、速度及動作先后程序、主軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向及冷卻等要求，以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編制程序單，并輸入到機(jī)床專用計算機(jī)中。然后，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令，由機(jī)床專用計算機(jī)進(jìn)行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機(jī)床各個部分進(jìn)行規(guī)定的位移和有序的動作。由數(shù)控系統(tǒng)送出的指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路控制和放大后，使伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過齒輪副(或直接)經(jīng)滾珠絲杠，驅(qū)動銑床K、Y(頭架滑板)和Z方向的工作臺。再

6、與選定的主軸轉(zhuǎn)速相配合，便可加工出各種不同形狀的工件。圖2伺服電動機(jī)傳動原理二數(shù)控銑床系統(tǒng)誤差對加工誤差和加工精度的影響及補(bǔ)償1. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)的幾何誤差。由于數(shù)控銑床系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的實際幾何參數(shù)和位置相對于理想幾何參數(shù)和位置也會發(fā)生偏離而引起誤差，所以也會存在幾何誤差。例如螺距誤差，在數(shù)控銑床的定位精度主要取決于絲杠，目前使用的高精密滾珠絲杠也會存在一定的螺距誤差。為了減小這種影響，一般采用螺距誤差補(bǔ)償，主要是將某軸的實際運動位置和高精度測量系統(tǒng)測量結(jié)果進(jìn)行對比，并記錄對比誤差，這樣數(shù)控系統(tǒng)可在該軸運動到該位置時自動進(jìn)行誤差補(bǔ)償。又例如數(shù)控銑床關(guān)鍵部位加工精度決定了數(shù)銑工件的加工精度等級。

7、目前簡易型數(shù)銑其最小運動分辨率為0.01mm，運動精度和加工精度都在0.03mm以下，超精密型用于特殊加工其精度可達(dá)0.001mm以下。表1 數(shù)控銑床精度特征精度項目普通型精密型單軸定位精度mm0.02/全長0.005/全長單軸重復(fù)定位精度mm0.0080.003銑圓精度mm0.030.04/2000.015/200由上表可以看出，定位精度和重復(fù)定位精度綜合反映了該軸在加工過程中是否穩(wěn)定可靠的工作。2. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差。數(shù)銑工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產(chǎn)生變形，從而破壞工藝系統(tǒng)各組成部分的相互位置關(guān)系，產(chǎn)生加工誤差并影響加工過程的穩(wěn)定性。補(bǔ)償措施：(1)提高

8、接觸剛度，改善機(jī)床主要零件接觸面的配合質(zhì)量，如機(jī)床導(dǎo)軌及裝配面進(jìn)行刮研。(2)設(shè)輔助支承，提高局部剛度，如細(xì)長軸加工時采用跟刀架，提高切削時的剛度。(3)采用補(bǔ)償或轉(zhuǎn)移變形的方法。3. 數(shù)銑工藝系統(tǒng)受熱變形引起的誤差。在加工過程中，由于受切削熱、摩擦熱及工作場地周圍熱源的影響，工藝系統(tǒng)的溫度會產(chǎn)生復(fù)雜的變化。在各種熱源的作用下，工藝系統(tǒng)會發(fā)生變形，導(dǎo)致改變系統(tǒng)中各組成部分的正確相對位置，使工件與刀具的相對位置和相對運動產(chǎn)生誤差。補(bǔ)償措施：(1)機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計采用對稱式結(jié)構(gòu)。(2)采用主動控制方式均衡關(guān)鍵件的溫度。(3)采用切削液進(jìn)行冷卻。(4)加工前先讓機(jī)床空轉(zhuǎn)一段時間，使之達(dá)到熱平衡狀態(tài)后再加

9、工。(5)改變刀具及切削參數(shù)。(6)大型或長工件，在夾緊狀態(tài)下應(yīng)使其末端能自由伸縮(7)熱變形補(bǔ)償，例如通過測量機(jī)床主要部件的溫度變化和熱變形量，建立熱變形量與溫度的函數(shù)式并輸入系統(tǒng)，在加工過程中通過溫度測量進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。三數(shù)控編程工藝對加工誤差和加工精度的影響及補(bǔ)償措施1. 加工路線因素 （1）進(jìn)退刀方式對工件輪廓加工精度影響較大，由于存在刀具直徑、機(jī)床進(jìn)給速度突變等原因，所以盡可能采取圓弧切入切出。 （2）數(shù)銑加工盡量采用順銑，有利于提高加工表面質(zhì)量，同時也可以提高刀具壽命。但有些情況下卻應(yīng)該采用逆銑的方式：例如工件表面有硬化或夾砂時，需要采用逆銑， 可以防止刀具損傷；加工非金屬材料特別

10、是含纖維材料時，采用逆銑才可完全切斷纖維，獲得較高的加工精度。 圖 3 順銑和逆銑 a)順銑 b)逆銑 （3）如下圖中所示，在數(shù)銑孔的路線選擇中，如果對位置精度要求不高的話，應(yīng)選擇a圖中所示，采用了最短加工路線，但會產(chǎn)生Y向誤差；如果對位置精度要求較高，則應(yīng)選擇b 圖中所示加工路線，雖然加工路線較長，但避免了Y向誤差。 圖4 數(shù)銑孔加工路線選擇2. 編程原點的確定。編程原點存在尺寸公差換算所引起的誤差，所以編程原點的選擇直接影響零件加工誤差和精度。補(bǔ)償措施：（1） 為避免尺寸鏈換算，應(yīng)選取數(shù)值計算簡單的點。（2） 盡量選擇精度較高的表面，（3） 盡可能選擇設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)。四工件本身和人為因

11、素對數(shù)銑加工精度和加工誤差的影響和補(bǔ)償1. 工件內(nèi)應(yīng)力引起的加工誤差。內(nèi)應(yīng)力是工件自身的誤差因素。工件經(jīng)過冷熱加工后會產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力。通常情況下，內(nèi)應(yīng)力處于平衡狀態(tài)，但對具有內(nèi)應(yīng)力的工件進(jìn)行加工時，工件原有的內(nèi)應(yīng)力平衡狀態(tài)被破壞，從而使工件產(chǎn)生變形。補(bǔ)償措施：(1)合理設(shè)計零件結(jié)構(gòu)，設(shè)計零件時盡量簡化零件結(jié)構(gòu)(2)合理安排工藝過程，如粗精加工分開，使粗加工后有充足的時間讓內(nèi)應(yīng)力重新分布，保證工件充分變形，再經(jīng)精加工后，就可減少變形誤差。(3)對工件進(jìn)行熱處理和時效處理。2. 測量誤差。在工序調(diào)整及加工過程中測量工件時，由于測量方法、量具精度及工件和環(huán)境溫度等因素對測量結(jié)果準(zhǔn)確性的影響而產(chǎn)生的誤差，都統(tǒng)稱為測量誤差。結(jié)論除了上述數(shù)銑機(jī)床本身系統(tǒng)誤差和編程工藝誤差、人為誤差外，還有其他一些因素，在實際的加工過程中都要考慮進(jìn)去，這就需要在進(jìn)行加工過程中，能夠了解并有效地限制這些因素，才能減小加工誤差，提高加工精度。參考文獻(xiàn)：1 盛精，黃叢林，劉超等. 基于切削溫度的切削用量優(yōu)化的實踐與研究J. 中國機(jī)械工程，2012(17)：887-88.2 邱宏峰，姜偉軍，劉小芳. 機(jī)械產(chǎn)品中特殊孔加工的夾具制作J. 職業(yè)，2012(24)：90-92.3 姜偉軍，邱宏峰. 三爪卡盤夾頭鑰匙圓柱面橫孔加工鉆模設(shè)計與制作J. 職業(yè)，2012(24)：145-146.4 高金華.