數控機床加工精度的誤差分析

1、數控機床加工精度的誤差分析    【摘 要】在機械加工過程中，往往有很多因素影響工件的最終加工質量，包括機床、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到質量要求，如何減少各種因素對加工精度的影響，就成為加工前必須考慮的事情，也就是要對影響機械加工精度的因素進行分析。本文結合自己多年的教學實踐經驗，就影響機械加工精度的因素作一闡述。 【關鍵詞】幾何誤差Geometric Error;加工誤差machining error;對刀誤差tool clamping e

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

3、要原因之一。  3) 傳動鏈誤差：傳動鏈誤差是指傳動鏈始末兩端傳動元件間相對運動的誤差。一般用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。 （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。刀具在切削過程中，切削刃、刀面與工件、切屑產生強烈摩擦，使刀具磨損。當刀具磨損達到一定值時，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。刀具磨損將直接影響切削生產率、加工質量和成本。  （3）夾具誤差  夾具誤差包括定位誤差、夾緊誤差、夾具安裝誤差及對刀誤差等。這些誤差主要與夾具的制造和裝配精度有關。下面將對夾具的定位誤差

4、進行詳細的分析。 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，會使各工件在夾具中的實際位置不相一致。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而造成的加工誤差稱為定位誤差，用D表示。它包括基準位移誤差和基準不重合誤差。在采用調整法加工一批工件時，定位誤差的實質是工序基準在加工尺寸方向上的最大變動量。采用試切法加工，不存在定位誤差。定位誤差產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與定位基準不重合等。 （4）定位副制造不準確誤差：工件在夾具中的正確位置是由夾具上的

5、定位元件來確定的?；鶞什恢睾险`差的方向和定位副制造不準確誤差的方向可能不相同，定位誤差取為基準不重合誤差和定位副制造不準確誤差的矢量和。 2、數控加工過程中產生的加工誤差  (1)編程誤差：主要是數控編程時數控系統(tǒng)產生的插補誤差，主要由于用直線段或圓弧段避近零件輪廓時產生的。這是影響零件加工精度的一個重要因素。可以靠增加插補節(jié)點數解決，但會增加編程工作量。 (2)刀尖圓弧誤差：在切削內孔、外圓或端面時，刀尖圓弧不影響其尺寸、形狀，但在加工錐面或圓弧時受刀尖圓弧影響造成過切或少切。此誤差可通過測量刀尖圓弧半徑，采用刀具半徑補償功能來消除誤差。 (3)測量誤差：主要是受量具測量精度以及測

6、量者操作方法影響，導致的實測尺寸不準確。此誤差可彌補。 (4)對刀誤差：此誤差主要產生在對刀過程中，刀具在移動到起刀點位置時受操作系統(tǒng)的進給修調比例值影響。解決辦法是合理選擇進給修調比例，尤其是當刀具靠近起刀點位置時采用最小擋進給修調使刀具精確定位于起刀點位置。 (5)機床系統(tǒng)誤差：受機床本體影響產生的形位公差，此公差一般不可調整，伺服單元、驅動裝置產生的重復定位誤差，主要由系統(tǒng)受機床脈沖當量大小、均勻度及傳動路線影響，這些誤差量很小且穩(wěn)定，只有在精密加工時應予以考慮。 3、對刀誤差 產生對刀誤差的原因有： (1)當用試切法對刀時，對刀誤差主要來源于試切工件之后的測量誤差和操作過程中目測產生的

7、誤差。  (2)當使用對刀儀、對刀鏡對刀和自動對刀時，誤差主要未源于儀器的制造、安裝和測量誤差，另外使用儀器的技巧欠佳也會造成誤差。 (3)測量刀具時是在靜態(tài)下進行的，而加工過程是動態(tài)的，同時要受到切削力和振動外力的影響，使得加工出來的尺寸和預調尺寸不一致。此項誤差的大小決定于刀具的質量和動態(tài)剛度。 (4)在對刀過程中，大多時候要執(zhí)行機床回參考點的操作，在此過程中可能會發(fā)生零點漂移而導致回零誤差，從而產生對刀誤差。 (5)機床內部都有測量裝置，最小度量單位的大小也與誤差有關。一般說來最小度量單位大的測裝置其誤差就大，最小度量單位小的測量裝置其誤差就小。減小對刀誤差的主要措施有： (1

8、)當用試切法對刀時，操作要細心。對刀后還要根據刀具所加工零件的實際尺寸和編程尺寸之間的誤差來修正刀具補償值，還要考慮機床重復定位精度對對刀精度的影響以及刀位點的安裝高度對對刀精度的影響。 (2)當使用儀器對刀時，要注意儀器的制造、安裝和測量精度。要掌握使用儀器的正確方法。 (3)選擇刀具時要注意刀具的質量和動態(tài)剛度。 (4)定期檢查數控機床零點漂移情況，注意及時調整機床。 4、選擇切削參數的影響 選擇合理的切削參數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量，切削參數的選擇主要包括：切削刀具角度的選擇，切削速度的選擇，切削深度及進給速度的選擇等，實驗證明，在加工

9、塑性材料時若選擇較大前角的刀具可以有效抑制積屑瘤的形成，這是因為刀具前角增大時，切削力減小，切屑變形小，刀具與切屑的接觸長度變短，減小了積屑瘤形成的基礎，研究證明，當前角角度增大到350時一般不形成積屑瘤，同時在切削加工中，由于刀具副偏角的存經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其計算公式Ry=  f進給速度； .kr主偏角； kr副偏角。 由公式可知要使Ry減小則應取小分子，大分母，這就要求進給速度小，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，盡量要避開易形成

10、積屑瘤和引起自激振動的速度區(qū)域，實驗已證明，在高速（7200r/min以上）小切深（0.171mm）且周期進給量（小于0.3mm）時可得較高的表面質量，甚至可以起到以切代磨的效果。因此條件允許時盡量選擇高速小切深周期進給量小的切削參數，以保證工件的表面加工質量。 5、工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差  （1）基本概念：機械加工工藝系統(tǒng)在切削力、夾緊力、慣性力、重力、傳動力等的作用下，會產生相應的變形，從而破壞了刀具和工件之間的正確的相對位置，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于機床、刀具、夾具來說比較低，在切削力的作用下，工件由于剛度不足而引起的變形對加工精

11、度的影響就比較大，其最大變形量可按材料力學有關公式估算。 6、機床操作者的影響 機床操作者是數控加工的執(zhí)行人，他們對數控加工質量的控制也是很明顯的。他們在執(zhí)行加工任務的過程中對機床、刀柄、刀具、加工工藝最了解，他們的各項操作對數控加工影響最直接，所以機床操作者的技能和責任心也是提高數控加工質量關鍵因素！ 經過多年的實際加工分析，雖然機床等硬件設備是很關鍵的，但人才是影響數控加工質量的決定性因素，因為程序設計員和機床操作者的職業(yè)道德、技能水平、崗位責任心確定了各種先進設備能夠發(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，為加工質量的持續(xù)提高打下堅實的基礎！   【參考文獻 】 1董獻坤.數控機床結構與編程M.北京:機械工業(yè)出版社,1997.  2李軍.數控機床參考點的設定間J.制造技術與機床,1994 3陳國平.數控機床加工的對刀技巧J.機床與液壓,2002 4許兆豐.數控車床編程與操作M.北京中國勞動出版社,1997.  5王軍.數控車床對刀及一種簡易對刀裝置J.機械工藝師,2001. 6  王正君.金屬切削刀具M機械工業(yè)出版