数控机床加工误差原因及对策分析
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数控机床加工误差原因及对策分析
数控车床为零件加工的主要方式，对于零件加工具有较高的自动化水平，但是就实际情况来看，零件加工经常会因为设备自身或者操作不当等因素限制，而造成工件精度达不到专业要求，存在一定误差。零件加工精度最终由机床刀具与零件间相对位移误差决定，因此需要确定加工误差存在的原因，以降低误差为面对，采取措施进行优化。本文选择经济性数控机床为对象，就其加工误差与优化对策进行了简要分析。
标签：数控机床；加工误差；补偿
0 引言
数控机床零件加工经常会因为各项因素的影响而出现误差，即加工后零件实际几何参数与设计几何参数间存在一定偏差，导致零件精确度不能满足设计要求，最终只能作为不合格或者废品处理。以提高数控机床加工精确度为的目的，需要对各类加工误差原因进行分析，有针对性的采取措施进行处理，对存在的误差进行有效补偿。
1 数控机床加工误差分析
经济性数控车床对零件的加工，应用为步进电机开环伺服系统或者半闭环伺服系统来驱动刀具，在这个过程中就会因为受各项因素的影响而存在加工误差。一方面，数控机床自身因素。主要是因为数控机床所用构件精确度较低，以及机床装配过程中存在误差，导致零件加工后精确度达不到设计要求。针对此种误差原因，一般可以就高精度零部件进行更换，以及在装配环节做好控制，争取提高机床自身精确度。另外，对于部分技术能力可以达到要求的企业，还可以选择对步进电机构成的开环伺服系统进行适当的改造，使其成为闭环伺服系统，来提高零件加工精度[1]。另一方面，工艺操作因素。部分零件在加工过程中，会因为机床以及零件本身的热变形，造成切削、振动、装夹、磨损等细节存在误差。想要对此类误差进行补偿，需要建立补偿模型在CNC系统内补偿，实施难度比较大，对提高数控机床零件加工精确度需要重点研究。
2 数控机床加工误差原因与对策分析
2.1 数控机床自身原因
2.1.1 控制系统误差
（1）开环控制系统。开环控制系统并未设置反馈装置，数控信号为单向流程，并不能对移动部件实际位移量进行测量与反馈，进而会影响对加工过程中所存误差的调整。伺服系统性能决定了开环控制系统加工精确度，而伺服装置伺服元件多为步进电机，常见误差有步距误差、起停误差以及动态误差，对于不同的
误差可以根据其发生的原因，采取措施进行处理。如对伺服元件进行更换，确保所选电机能够完全满足步距角要求，或者是选择用差分比较细的电机驱动电路，来提高电路控制稳定性。另外，对于部分规模比较大的数控机床，为降低控制系统误差，可以选择用开环补偿型控制系统，选择步进电机开环系统为基本控制方式，并附加一个校正电路，利用工作台上设置的直线位移测量元件反馈信号为依据，对机床系统存在的误差进行校正[2]。
（2）闭环控制系统。闭环控制系统中设置的数控插补器，可以发布的位置指令信，将其与工作台上检测到的实际位置反馈信号进行对比，然后根据对比结果对系统加工动作进行控制，将存在的误差消除。此种控制系统在实际应用中，可以有效提高数控机床零件加工精确度，但是就位置检测反馈机制来说，仍然存在各种不稳定性因素，加大了系统调试难度。如果存在不能够正常匹配的参数，系统运行后便会出现振荡问题，影响机床加工稳定性。造成闭环控制系统出现误差的主要原因即为位置反馈系统，为减少误差，需要根据实际加工需求，对位置反馈系统进行优化，或者直接更换高进度的反馈系统，且做好安装行为的控制。
2.1.2 传动系统误差
数控机床坐标轴运行时，需要经过升降速阶段，但是因为不同类型数控机床性能不同，其升降速率便会存在一定的差异。对于经济型数控机床来说，并未设置将液压驱动、锁紧系统等，想要完成升降速过程，需要一定的时间，这样便会在这个等待的时间内，使得零件外形轮廓切削时，拐角位置出现超程或者过切问题，形成零件加工误差[3]。针对此类误差，在对经济型数控机床传动系统进行优化时，需要在拐角位置选择变化的进给速度，接近拐角位置时减速，通过拐角后加速。
3 零件加工工艺原因
3.1 刀具切入点不合理
在对零件封闭内轮廓表面进行铣削加工时，如果内轮廓曲线允许外延，则应沿着切线方向切入切出，对于不允许外延的部分，在进行加工时，刀具便只能沿着内轮廓曲线法向切入切出，且切入切出点应选择轮廓曲线两几何元素交点位置。如果内部几何元素无相切交点，为避免刀具在零件轮廓拐角位置留下凹口，需要尽量将切入切出点远离拐角。另外，很多零件需要进行车螺纹加工，很多时候因为升降速因素影响，螺纹切削开始与结束部位，会出现导程不正确问题。为减少此部分加工误差，需要重点控制好螺距方向进给引入距离与超越距离，一般引入距离应控制在2～5mm，超越距离则控制为引入距离的1/4左右，且大螺距以及高精度的螺纹应选择最大值。另外，如果螺纹收尾位置不存在退刀槽时，收尾处形状受数控系统影响，应按照45°退刀收尾。
3.2 零件定位存在误差
利用数控机床对一批零件进行加工时，需要将其逐个在夹具上定位，但是对
于各夹具来说，其所占据的位置并不完全相同，这样在零件加工后，便会因为定位因素而导致工序基准在工序尺寸方向上具有很大的变动量。零件进行数控加工时，因基准不重合以及基准位移产生的定位误差将会直接反应到零件尺寸与位置精度上。为消除此类误差的影响，必须要保证设计基准、测量基准、工艺基准以及编程原点保持一致性，且选择精度高的定位元件，并做好元件安装管理，缩小定位元件与定位基准位移量。
4 结束语
数控机床零件加工出现误差的原因比较多，除了数控机床自身以及加工工艺因素外，还包括对口以及编程等因素的影响。为提高零件加工精确度，消除各类误差，需要基于数控车床运行原理，做好各项元件的选择，并控制好元件安装效果，且结合实际需求，对数控机床加工系统进行完善，提高数控加工精度，提高零件加工合格率。
参考文献：
[1]樊皓.数控机床加工过程综合误差分析[D].河南科技大学，2012.
[2]李瑞斌，张立仁，时海军.数控机床加工误差产生的原因及其对策[J].长江大学学报（自然科学版）理工卷，2010（03）：320-322+749.
[3]王金圆.五轴数控机床误差建模分析[D].沈阳工业大学，2012.
