数控加工中轮廓误差的产生与控制

数控车床加工过程中尺寸精度的控制摘要：本文围绕、弹性变形、精加工及刀具等要素对加工产生的影响，论述了如何保证加工零件的尺寸精度的方法。

关键词：加工误差；弹性形变；弹性恢复；二次精加工尺寸精度是指加工后的工件尺寸和图纸尺寸要求相符合的程度。

两者不相符合的程度通常是用误差大小来衡量。

误差包括加工误差、安装误差和定位误差。

其中，后两种误差是与工件和刀具的定位、安装有关，和加工本身无关。

要提高加工精度减小加工误差，首先要选择高精度的机床，保证工件和刀具的安装定位精度，其次主要与数控车床加工工艺有关。

工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、夹具的制造误差、安装误差、使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。

也就是说，在加工过程中工艺系统会产生各种误差，从而改变刀具和工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度。

这些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关，产生加工误差的主要因素有：1 加工原理误差加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似的刀具轮廓而产生的误差，因在加工原理上存在误差，故称加工原理误差。

只要原理误差在允许范围内，这种加工方式仍是可行的。

2 机床的几何误差机床的制造误差、安装误差以及使用中的磨损，都直接影响工件的加工精度。

其中主要是机床主轴回转运动、机床导轨直线运动和机床传动链的误差。

3 刀具的制造误差及弹性变形我们很多人都有这样的经历，就是在前一刀车削了几毫米切深以后，发现离想要的尺寸还差几丝或者十几丝时，再按计划进行下一刀切削时，发现多切了很多，尺寸可能超差了。

那么这样的情况我们认真分析过其中的原因吗？有人说，这可能是因为机床间隙比较大所致，而在同一进刀方向上是不会受间隙影响的，其真正原因就是弹性形变和弹性恢复。

弹性形变表现在刀具、机床丝杠副、刀架、加工零件本身等对象的形变，使刀具相对工件出现后退，阻力减小时形变恢复又会出现过切，使工件报废。

产生形变的最终原因是这些对象的强度不足和切削力太大。

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。

圆度误差是指在回转体同一横截面内被测物体实际圆对理想圆的变动量。

数控机床在长期使用过程中，滚珠丝杠、导轨及轴承或多或少存在一定程度的磨损，同时，由于保养不到位、缺少润滑及大吃刀量等因素会加剧机械部件磨损，造成数控设备几何精度加速劣化，这些都是引起圆度误差的因素。

数控系统动态响应不稳定，伺服优化不完善，也会影响数控机床的圆度误差。

一般在机床实际应用过程中，可以通过球杆仪或设备自带圆度测试功能对加工设备进行圆度误差检测。

Siemens 840Dsl数控系统圆度测试功能可以在不需要零件试切的情况下，通过数控程序模拟加工，配合数控系统强大的计算能力和位置反馈功能，测量出机床实际与理论的圆度误差，通过对圆度测试得出的不同图形进行分析，可以得出不同误差产生的原因及此类误差的调整方法。

一般引起圆度误差的主要原因有插补轴反向间隙大、反向跃冲、伺服不匹配、两插补轴不垂直及机床振动等。

下面以Siemens 840Dsl数控系统为例进行说明。

1反向间隙误差机床反向间隙误差是指机床某一轴在运动过程中，从正向运动变为反向运动时，在一定角度内，尽管驱动电动机带动丝杠已经反转，但工作台还要等丝杠和螺母间隙消除后才能反向运动，这个间隙就是机床轴的反向间隙，一般反映在丝杠的螺旋角度上，在半闭环数控系统中，轴在反向运动时指令值和实际运动量之间的差值即为该轴的反向间隙误差值。

（1）反向间隙对圆度误差的影响反向间隙的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度，降低数控机床加工精度，在加工中心铣圆过程中会造成圆度误差。

当Y轴在反向运动过程中，由于反向间隙的存在，会造成Y轴反向后滞后于X 轴进行插补运动，铣圆加工会出现如图1所示结果。

图1反向间隙造成的圆度误差（2 ）反向间隙测量与调整影响机床轴反向间隙误差的因素多种多样，从驱动电动机到运动部件之间所有的机械联接件都会存在间隙，电动机对丝杠的联轴结是否松动、滚珠丝杠制造误差、丝杠预紧是否过紧或过松、丝母与运动部件联接是否紧固，都是造成机床轴反向间隙的原因。

机械加工误差产生的原因及措施1加工误差的原因分析由机床、刀具、夹具和工件组成了机械加工的工艺系统，整个系统的误差也就影响着加工误差。

工艺系统的误差是“因”，是根源；加工误差是“果”，是表现。

因此把工艺系统的误差称为原始误差。

系统条件改变了，误差则随之改变，在机械加工工艺系统中，加工误差的产生主要是由原始误差引起的。

这些原始误差主要可归纳为以下几个方面：1.1加工原理误差采用近似的加工运动或者近似的刀具轮廓，都会产生原理误差。

在较多的情况下，为了使工件表面符合规定要求，就需要工件和刀具两者之间有一定的运动联系。

例如，车螺纹就需要刀具与工件之间有螺旋运动的联系；滚切齿轮就需要滚刀与工件之间有准确的展成运动联系等，这种联系就叫做加工原理。

这种运动联系是用机床或夹具来保证的，或是用成型刀具来保证的。

但是在理论上采用的加工原理比较准确时，就需要机床或夹具制造得比较复杂，或者中间环节过多，反而增加了机床的运动误差，进而影响了加工精度的提高。

另外，在用成型刀具加工复杂的曲线表面时，刀具刃口只能近似符合理论曲线，因此就会产生原理误差。

1.2定位安装误差定位和安装是使用夹具固定工件的两个必要动作过程，定位元件决定工件的位置，而制造得非常准确的定位元件是不存在的，都允许有一定的公差范围，这样误差也就随之产生了。

另外，在安装工件时一般都是由人来操作完成的，即使全部由控制系统自动完成的定位安装，误差也会产生，工件形状和尺寸受工件定位夹装精度的影响很大，进而影响工件的装配精度。

因此，操作者不能完全消除定位安装误差，但应当尽量使误差降到最低限度。

1.3机床误差机床误差表现在自身的制造、磨损和安装三个方面。

一般来说，机床在制造、安装以及使用过程中都会出现一定的偏差，虽然机床出厂之前都要经过检验，但主要检验机床的重要零部件的形状和位置误差，而且这些检验是在没有切削载荷的情况下进行的，它反映的是机床的静误差。

在机床静误差中导轨误差、主轴误差和传动链误差三者对加工精度影响最大。

车床的误差30我们在使用数控车床时出现误差是什么原因呢？下面一起来看看吧！1、加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。

加工原理误差多出现于螺纹、齿轮、复杂曲面加工中。

例如，加工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了误差。

又如车削模数蜗杆时，由于蜗杆的螺距等于蜗轮的周节(即mπ)，其中 m是模数，而π是一个无理数，但是车床的配换齿轮的齿数是有限的，选择配换齿轮时只能将π化为近似的分数值(π =3.1415)计算，这就将引起刀具对于工件成形运动(螺旋运动)的不准确，造成螺距误差。

在加工中，一般采用近似加工，在理论误差可以满足加工精度要求的前提下(《=10%-15%尺寸公差)，来提高生产率和经济性。

2、调整误差机床的调整误差是指由于调整不准确而产生的误差。

3、夹具的制造误差和磨损夹具的误差主要指：(1)定位元件、刀具导向元件、分度机构、夹具体等的制造误差；(2)夹具装配后，以上各种元件工作面间的相对尺寸误差；(3)夹具在使用过程中工作表面的磨损。

4、机床误差机床误差是指机床的制造误差、安装误差和磨损。

主要包括机床导轨导向误差、机床主轴回转误差、机床传动链的传动误差。

(1)机床导轨导向误差1)导轨导向精度——导轨副运动件实际运动方向与理想运动方向的符合程度。

主要包括：①导轨在水平面内直线度Δy和垂直面内的直线度Δz(弯曲)；②前后两导轨的平行度(扭曲)；③导轨对主轴回转轴线在水平面内和垂直面内的平行度误差或垂直度误差。

2)导轨导向精度对切削加工的影响主要考虑导轨误差引起刀具与工件在误差敏感方向的相对位移。

车削加工时误差敏感方向为水平方向，垂直方向引起的导向误差产生的加工误差可以忽略；镗削加工时误差敏感方向随刀具回转而变化；刨削加工时误差敏感方向为垂直方向，床身导轨在垂直平面内的直线度引起加工表面直线度和平面度误差。

CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究CNC系统运动平滑处理与轮廓误差研究随着制造业的发展，数字控制技术（Computer Numerical Control, CNC）在加工过程中得到广泛应用。

CNC系统可以高效、精确地控制工具与工件之间的运动。

然而，在CNC加工过程中，由于各种因素的综合作用，工件表面的轮廓误差常常产生，这对于加工质量和产品性能造成不利影响。

因此，研究CNC系统运动平滑处理与轮廓误差成为了一个非常重要的课题。

CNC系统中运动平滑处理是指在工件加工过程中，通过合理的轨迹规划和运动控制方法，使得工件表面的运动过程更加平滑、稳定，从而减小轮廓误差的产生。

首先，运动平滑处理需要设计合理的轨迹规划算法。

这些算法可以根据工件的形状和加工要求，确定合适的运动轨迹，并通过数学模型将轨迹划分为多个小段，以便于控制系统进行计算和控制。

其次，在计算运动轨迹的基础上，还需要设计合理的速度控制算法，通过控制工具在加工过程中的速度，使得工件表面的运动过程更加平缓，减小轮廓误差的产生。

轮廓误差是指工件表面实际轮廓与理论轮廓之间的差距。

轮廓误差的大小与加工精度、机床刚性、加工刀具等多个因素有关。

在对轮廓误差进行研究时，一般需要从以下几个方面进行分析。

首先，需要对CNC系统的动力学特性进行建模和分析，研究CNC系统在加工过程中的振动和变形情况，从而确定其对轮廓误差的影响。

其次，研究材料切削特性对轮廓误差的影响。

不同材料的切削性能不同，会导致切削力和温度的变化，进而影响轮廓的精度。

此外，还需要考虑机床刚度、工具磨损等因素对轮廓误差的影响。

针对CNC系统运动平滑处理与轮廓误差的研究，许多学者和研究人员进行了大量的工作。

他们通过仿真和实验相结合的方法，研究了不同运动平滑处理算法对轮廓误差的影响。

研究结果表明，采用合理的运动平滑处理算法可以显著减小轮廓误差的产生。

此外，对于影响轮廓误差的多个因素，也进行了详细的分析和探讨。

成形磨齿机的加工轮廓误差分析与控制成形磨齿机是一种用于齿轮加工的重要设备。

在齿轮加工过程中，加工轮廓误差是不可避免的。

本篇文章将分析成形磨齿机的加工轮廓误差，并探讨相应的控制方法。

首先，我们需要了解成形磨齿机的工作原理。

成形磨齿机采用齿轮刀具和工件之间的啮合来实现齿轮的加工。

在加工过程中，齿轮刀具按照一定的齿廓进行旋转，同时与工件进行连续的啮合运动，从而将工件齿轮的轮廓加工到预定的形状和尺寸。

在成形磨齿机的加工过程中，存在着一些因素会导致加工轮廓误差的产生。

首先，由于刀具和工件之间的接触是点对线的，存在着啮合误差。

其次，由于加工过程中刀具与工件之间的磨损和松动，会导致加工精度的降低。

另外，由于刀具和工件的液压动态特性差异，加工过程中还会产生一些振动和冲击，也会对加工轮廓造成一定的影响。

针对这些加工轮廓误差的产生原因，我们可以通过一些措施来进行控制和解决。

首先，我们需要选择合适的加工参数，如刀具的压力和速度等。

在实际生产中，可以通过在加工过程中不断调整加工参数的方式，来控制加工轮廓误差的产生。

此外，还可以采用精确的刀具磨削和磨齿机的调整，在加工前对刀具进行修整，以提高其加工质量和精度。

另外，在成形磨齿机的加工过程中，还可以采用一些先进的辅助技术来提高加工精度。

例如，可以使用自适应控制系统，通过实时监测和调整加工参数，来减小加工轮廓误差的产生。

还可以使用先进的传感器技术，实时监测加工过程中的振动和冲击情况，以及刀具和工件之间的接触状态，从而及时调整工艺参数，保证加工轮廓的精度和质量。

除了在加工过程中采取控制措施外，还可以在加工后对加工轮廓进行检测和修正。

例如，可以使用光学测量仪器对加工轮廓进行非接触式的测量和分析，以获得加工轮廓误差的具体数值，并通过加工修订来进行校正。

综上所述，在成形磨齿机的加工过程中，加工轮廓误差是不可避免的。

然而，通过选择合适的加工参数、采用先进的辅助技术以及在加工后的检测和修正，我们可以有效地控制和减小加工轮廓误差的产生，从而提高加工的精度和质量。

两轴联动数控系统轮廓误差分析与补偿两轴联动数控系统在工业生产中得到了广泛应用，能够实现高精度、高效率的加工。

然而，由于各种因素的影响，轮廓误差是不可避免的。

因此，对于轮廓误差的分析与补偿显得非常重要。

本文将从两个方面进行阐述，分别是轮廓误差的分析和补偿方法。

一、轮廓误差的分析轮廓误差是指工件的实际加工轮廓与期望轮廓之间的差异。

其主要原因可以归结为以下几点。

1.机床误差：机床的几何误差和运动误差是导致轮廓误差的主要原因之一、几何误差包括机床结构的刚度、直线度、垂直度等方面的误差；运动误差包括机床运动系统的滑台间隙、伺服系统的迟滞等。

2.切削力误差：在切削过程中，刀具与工件之间的切削力会产生弯曲变形，从而导致轮廓误差的产生。

而切削力的大小与刀具的刃磨状况、切削参数等有关。

3.热变形误差：机床在工作过程中会产生热变形，导致加工轮廓的偏差。

尤其在高速切削加工中，机床热变形误差更加显著。

4.加工参数误差：加工参数的选择不合理也会导致轮廓误差的增加。

例如，切削速度过高、进给速度不合理、冷却液用量不足等。

针对以上因素，我们可以通过以下方法进行轮廓误差的分析。

1.实测法：通过使用测量仪器来对加工后的工件进行测量，对比实际加工轮廓与期望轮廓，得出轮廓误差的大小和分布情况。

2.数学建模法：通过建立机床系统的数学模型，考虑诸如机床刚度、系统的滞后等因素，对轮廓误差进行模拟与分析。

可以通过有限元法、正交多项式法等方法进行。

二、轮廓误差的补偿方法轮廓误差的补偿方法主要包括硬补偿和软补偿。

1.硬补偿：硬补偿是通过对机床进行结构调整、精度提升或者更换零部件等方式来消除或减小轮廓误差。

它的核心思想是通过调整机床本身的刚度和精度，来提高机床的加工精度和稳定性。

例如，优化机床的机械结构、改进导轨设计、提高伺服系统的动态性能等。

2.软补偿：软补偿是通过数控系统的参数设置和补偿算法来消除轮廓误差。

软补偿的优点是可以在不改变机床结构的情况下，改善加工精度。

机械加工过程中误差的产生及预防措施摘要：在完成任何一个机械加工的过程中，由于工艺系统各种原始误差的存在，如机床、夹具、刀具的制造误差及磨损、工件的装夹误差、测量误差、工艺系统的调整误差以及加工中的各种力和热所引起的误差等，都会使工艺系统间正确的几何关系遭到破坏而产生机械加工误差。

下面就如何减小机械加工误差进行探讨。

关键词：机械加工误差产生原因避免误差措施零件的机械加工是在由机床、刀具、夹具和工件组成的工艺系统内完成的。

零件加工表面的几何尺寸、几何形状和加工表面之间的相互位置关系取决于工艺系统间的相对运动关系。

工件和刀具分别安装在机床和刀架上，在机床的带动下实现运动，并受机床和刀具的约束。

因此，工艺系统中各种误差就会以不同的程度和方式反映为零件的加工误差。

1、零件机械加工产生误差的原因分析机械零件加工误差中很大一部分与加工工艺系统的结构状况有关；而另一部分则与切削加工过程中的物理因素变化有关。

这些误差的产生的原因大致可归纳为下面几个方面：1.1 加工原理误差加工原理误差是指采用了近似的刀刃轮廓或近似的传动关系进行加工而产生的误差。

例如，加工渐开线齿轮用的齿轮滚刀，为使滚刀制造方便，采用了阿基米德基本蜗杆或法向直廓基本蜗杆代替渐开线基本蜗杆，使齿轮渐开线齿形产生了误差。

1.2 工艺系统引起的误差首先，由于工艺系统中各组成环节的实际几何参数和位置，相对于理想几何参数和位置发生偏离而引起的误差，称为工艺系统几何误差，其与工艺系统各环节的几何要素有关。

其次，工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形，从而破坏了已调整好的工艺系统各组成部分的相互位置关系，导致加工误差的产生，并影响加工过程的稳定性。

再次，在加工过程中，由于受切削热、摩擦热以及工作场地周围热源的影响，工艺系统的温度会产生复杂的变化。

在各种热源的作用下，工艺系统会发生变形，导致改变系统中各组成部分的正确相对位置，导致加工误差的产生。

数控割字机轮廓误差的预测补偿控制
滕福林;刘娣;许有熊
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】2017(000)007
【摘要】为降低高速高精度数控机床的加工轮廓误差,文章提出一种轮廓误差预测补偿方法,不仅在直线和曲线切割中进行轮廓半径误差补偿,还在尖角处进行刀半径补偿和位置跟踪误差补偿.以数控割字机为平台进行补偿方法验证,补偿后轮廓误差大幅度降低,充分证明该补偿方法对提高数控机床加工精度和加工效率的实用价值.【总页数】4页(P130-132,136)
【作者】滕福林;刘娣;许有熊
【作者单位】南京工程学院自动化学院,南京 211167;南京工程学院自动化学院,南京 211167;南京工程学院自动化学院,南京 211167
【正文语种】中文
【中图分类】TH166;TG659
【相关文献】
1.数控机床轮廓误差的插补预测补偿控制研究 [J], 滕福林;李宏胜;温秀兰;陈桂
2.基于时间序列预测技术的数控机床轮廓误差实时补偿方法研究 [J], 耿丽荣;周凯
3.数控机床轮廓误差预测前馈补偿技术研究 [J], 张莹
4.数控割字机尖角补偿技术研究 [J], 王力民
5.梅塞尔切割焊接(中国)有限公司 PAL Mill GV数控等离子坡口切割与机加工一体机 [J],
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数控加工产生误差的根源及解决方案本文从数控机床加工过程中误差产生的根源入手，分析了各类误差产生的原因并找出了减少误差的解决方案。

数控机床是机电一体化的高科技产品，用数控加工程序控制数控机床自动加工零件，不必使用复杂、特制的工装夹具，就能够较好地解决中、小批量，多品种复杂曲面零件的自动化加工问题。

但在零件加工过程中，由于种种原因，会造成零件不合格，甚至于产生废品。

本文从加工中误差产生的原因入手，分析并找出减少误差的解决办法。

零件在数控机床上加工过程中，误差主要四个方面：一、误差是制造工艺不合理造成的；二、误差是程序编制不科学造成的；三、是工装使用不当造成的；四、是机床系统自身误差产生的。

制造工艺不合理造成的加工误差在现实生产中，由于工艺设计不合理而造成的误差一般有以下几种形式。

2.1.加工路线不合理而产生的误差由于孔的位置精度要求较高，因此安排镗孔路线问题就显得比较重要，安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔的位置精度。

2.2.刀具切入切出安排不当产生的误差铣削整圆时，要安排刀具从切向进入圆周进行铣削加工，当整圆加工完毕之后，不要在切点处取消刀补或退刀，要安排一段沿切线方向继续运动的距离，这样可以避免在取消刀补时，刀具与工件相撞而造成工件和刀具报废。

当铣切内圆时也应该遵循此种切入切出的方法，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，切出时也应多安排一段过渡圆弧再退刀，这样可以降低接刀处的接痕，从而可以降低孔加工的粗糙度和提高孔加工的精度。

2.3.工艺分析不足而造成的误差普遍性的零件结构工艺性并不完全适用于数控加工中，但以下几点的特别注意：2.3.1.采用统一的定位基准，数控加工中若没有统一的定位基准，会因零件的重新___而引起加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调，造成较大的误差。

2.3.2.避免造成欠切削或过切削现象，在数控车床上加工圆弧与直线或圆弧与圆弧连接的内外轮廓时，应充分考虑其过渡圆弧半径的大小，因为刀具刀尖半径的大小可能会造成欠切削或过切削现象。