数控加工产生误差的根源及解决方案

摘要：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。

关键词：数控加工； 加工误差； 解决方案

1.前言

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，误差主要来源于四个方面：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。

2.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

图1是精镗4-?30H7孔的示意图，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。

图1镗孔加工示意图

图2镗孔加工路线示意图

图2是图1的加工路线示意图。从图中不难看出方案a由于IV孔与I、II、III孔的定位方向相反，无疑x向的反向间隙会使定位误差增加，而影响IV孔与III孔的位置精度。方案b是当加工完III孔后没有直接在IV孔处定位，而是多运动了一段距离，然后折回来在IV孔处进行定位，这样I、II、III、和IV孔的定位方向是一致的，IV孔就可以避免反向间隙误差的引入，从而提高了III孔与IV孔的孔距精度。

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，会因零件的重新安装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。

2.4.工艺处理不当造成的误差

确定合理的工艺过程可以提高加工零件的精度。如加工平面时一次切削余量为1.5～2.0mm时，平面的加工误差为0.3～0.5mm，若采用两次走刀去除余量，最后一次走刀0.2～0.5mm，则误差可以稳定在0.1mm左右。所以在加工中根据精度要求可以进行多次走刀完成加工。

3.程序编制不科学造成的误差

3.1.编程原点选取不当带来的误差

编程原点通常作为编程坐标的起始点和终止点，它的正确选择将直接影响到零件的加工精度和坐标尺寸的计算的难易程度。在选择编程原点时应注意以下原则：

3.1.1.编程原点尽可能与图样上的尺寸基准（设计基准与工艺基准）相重合，如定位的零件应以孔的中心作为编程原点，对于一些形状不规则的零件，可在其基准面（或线）上选择编程原点，当加工路线呈封闭形式时，应在精度要求较高的表面选择编程原点（或加工起始点）。

3.1.2.编程原点的选择应有利于编程和数值计算。

3.1.3.编程原点所引起的加工误差应最小。

3.1.4.编程原点应易找出，且测量位置较方便。

3.2.对零件图中的尺寸公差处理不当而造成的误差

这样的问题主要表现在尺寸公差不对称的时候。如加工尺寸为300+0.2，在编程时应将此数据处理成30.1+0.1，这样才能够保证加工出来的零件更好地符合图纸要求。按照基本尺寸进行编程是编程者常犯的错误，应当遵循将尺寸转换成均差再进行编程的原则。

4.工装产生的误差

工装产生的误差包括刀具、量量和夹具等产生的误差：

4.1.在数控加工中要尽量采用数控刀具，因为刀具在使用一段时间以后需要刃磨，普通刀具刃磨后重新安装时的刀尖位置会发生变化，需要重新对刀。而数控刀具的特点是刀具制造精度高，刀片转位后重复定位精度在0.02mm左右，大大减少了对刀时间，同时刀片表面上涂有耐磨层，可以很好地保证加工精度。

4.2.选取合适的量具可以时常检测成型零件的真实尺寸，保证加工出符合图纸要求的产品。

4.3.夹具可以实现快速安装零件的作用，但同时要求夹具保证装夹时的变形量满足要求，否则过大的变形量将影响零件的加工精度。

5.数控机床自身的误差

数控机床产生的误差主要分为数控操作系统产生的误差和机床部分产生的误差两部分。

5.1.数控系统误差

数控系统按照伺服系统的控制方式，可以分为开环控制系统、闭环控制系统和半闭环控制系统。开环控制系统不带检测装置，也没有反馈电路。由于进给系统中没有反馈检测装置，其前进路线中产生的误差就无法通过反馈信息来进行补偿，从而导致了输出位置误差。闭环控制系统能够时时检测到实际位置，并反馈给数控系统，与系统中的指令值进行比较，直到消除差值时才停止移动，因而可达到很高的控制精度。而半闭环控制系统中仍然存在不反馈的部分，因此没有包含在反馈信息之内的误差仍然会影响到移动部件的位置精度，进而影响到加工时的精度。

5.2.机械部分产生的误差

任何机床的驱动坐标轴在移动和停止时，都要经过一个升、降速过程。在高档数控机床中，由于有液压驱动和锁紧系统，其升、降速率可以在很短的时间内完成。而经济型数控机床由于没有液压驱动和锁紧系统，则升、降速率在一定的时间内才能完成。这种传动系统的滞后（即惯性）和停顿在加工内槽和型面等轮廓过程中，刀具走过拐角时容易产生“超程”而导致加工误差。编程时应在接近拐角前适当降低进给速度，过拐角后再逐渐增速。

数控机床传动副中包含有齿轮、轴、传动丝杠等存在反转间隙的构件，当工作台反向运动时，这种间隙会造成电机空走而工作台不运动的现象，从而产生传动误差，传动部件的受力变形和热变形引起的变形误差，工作台导轨的误差。针对以上的几种误差原因可以采用以下的方法：（1）对传动反向间隙，在开环和半闭环系统中可将其间隙值测出，作为参数输入控制系统，作为反向间隙实际补偿值在反向运动时进行补偿。（2）对于机械传动链中部件受力变形和热变形而引起的误差，可以通过增大传动链的刚性、减少摩擦、降温等措施来解决。

6.结束语

使用数控机床加工零件时产生的误差来源是十分复杂的，本文对常见误差来源进行了分析，可以看出工艺分析是数控加工的前期准备工作，且直接影响到加工精度。而数控机床自身的结构和工作机理的变化对零件的加工产生了很大的新的操作习惯性误差，因此数控机床操作人员要强化工艺知识和对数控机床结构和工作原理的学习，消化新知识，形成好习惯，在实践中不断探索，并找到针对性的解决办法。

参考文献：

[1]吴祖育.主编.数控机床.上海：上海科技出版社，2009.7

[2]张立仁.主编.数控机床及应用.北京：机械工业出版社，2005.9

[3]徐嘉元.主编.机械制造工艺学.北京： 机械工业出版社，2011.6

作者简历：

赵亚倩（1984.9--），女，汉族，山西阳泉人，于2007年毕业于中北大学，所学专业材料成型及其控制工程，助教，现在从事机械专业。