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數控銑床加工精度影響因素及解決對策研究

2023-11-24 來源：蘇州（zhōu）工業（yè）園區職業技術（shù）學院作者：楊瀟

摘要：數控銑床是一種常用的加工設備，其加工精度受多種因素的影響，若不能對其進行適當的處（chù）理，就會使被加工的零件尺寸和形狀無法達到設（shè）計的要（yào）求，從而對成品的質量產生不利（lì）的影響。為了克服上述問題，數控銑床操（cāo）作人員必須全麵認識影響數控銑床加工精度（dù）的各種因素，本文基於大量實際加工後，對影響數控銑床精度的各種因素進行分析，采取適當的措施以減少或消除這些影響，以達到提高銑削工件精度的目標。

關鍵詞：數控（kòng）銑床；加工精度；影響因素；解決對策

一、引言

在（zài）數控銑床加（jiā）工時，如果工件在加工過程中發生了精度問題，將會使（shǐ）工（gōng）件的尺寸產生各種各樣的問（wèn）題。比如，如果（guǒ）生產出來的產品與設計圖所規定的尺寸有很大偏差，產品的粗糙度沒有達到設計的標準，從而影（yǐng）響了產（chǎn）品的後（hòu）續使用。如果是（shì）生產廠家，生產出的產品數量龐大，將對公司的信譽和效益造成很大的影響。所（suǒ）以（yǐ），製造廠商要不斷地注意各種影響產品精度的因素，分析造成這些因（yīn）素的原因，並進行不斷地（dì）改善，排除上述影響因素，如果影響到多個（gè）因素，則應采（cǎi）用控（kòng）製變量的方法。而對於數控銑床操作人員在操作過程中遇到的人為幹擾，則需要進（jìn）行分析，並給出相應的解決辦法，以（yǐ）減少對加工造成的不（bú）利影響，提高產品的加工質量和效率。

二、數控銑（xǐ）床相關概述

（一）數控銑的基本工作原理

銑床（chuáng）的加工（gōng）表麵通常由直線（xiàn）、圓弧或（huò）其他曲線構成。一般銑床操作人員按照圖紙上的要求，不斷地調整刀具與工件的相對位置，並（bìng）與所選擇的銑刀速度（dù）匹配，從而實現（xiàn）對工件的銑削，可以根據需要，加工成各種形（xíng）狀的零件。數（shù）控銑（xǐ）床加工是將刀具和工（gōng）件之間的運（yùn）動坐標分解為最小的單元（yuán），也就是最小的位（wèi）移量，然後通過數控係統對各個坐標進行多個最小位移，這（zhè）樣就可以使刀具和工件之間的相（xiàng）對移動來完成加工（gōng）。如（rú）在圖 1 中所示的 L 型凸輪曲線，刀具 T 需要沿著所（suǒ）述工件的曲線軌跡來銑（xǐ）削。

圖 1 數控銑床加工曲（qǔ）線原理

在數控銑床上，按製件圖紙工藝要求，對銑床各個動作零件的（de）移動量、速度、動作順序、主軸轉速進行分析；根據（jù）所需的轉向、冷（lěng）卻等，編寫相應的（de）編程指令，並將其錄入專用銑床上。然後（hòu），數（shù）控係統在計算機上對輸入的指（zhǐ）令進行編譯、運算、邏輯運算，並輸出各種信號和指令，並對機床各部件（jiàn）進行預定的位移和有序運動。數控係統輸出指令，經過驅動電路控製和放大，使伺服電機旋轉，並經由滾珠（zhū）螺杆，帶動銑床 K、Y 及（jí） Z 方（fāng）向的工作（zuò）台。然後根據所選擇的主軸轉速，進行各種形狀的工件的加工。

（二）數控銑床構成和加工特征

數（shù）控銑床也叫（jiào） CNC 銑床，是一種以傳統手（shǒu）工（gōng）銑床為基礎（chǔ），經過優化（huà）而產生的一種新型數控（kòng）加工設備。數控（kòng）銑床在機械設計上和常規（guī）手工銑床具有相似構造。數控銑床分為有刀庫（kù）和無（wú）刀庫。數控銑床配有刀庫，稱為數控銑床加（jiā）工（gōng）中心。數控銑床通常包括：床（chuáng）身、銑頭、工作台、橫向（xiàng）進給、升降台分、冷卻、潤滑等部分。數控銑（xǐ）床具有適應性強、尺寸大、精度高的特點，其工作台寬度不超過 400 mm，適合於小型、中（zhōng）型、複雜曲（qǔ）麵的銑削（xuē）。

三、數控銑床（chuáng）加工精度影響因素（sù）

（一（yī））刀（dāo）具補償和刀具路徑設置不當

由於銑床（chuáng）自身尺寸（cùn）的局限性，在數（shù）控銑床上需要設定（dìng）刀具（jù）補償值，以便係統能（néng）根據機床的大小，調節各個坐標的位移，從而達到程序尺寸的要求。若不正確（què）地設定刀具的補償，將導致加工誤差。另外，在設定刀具軌（guǐ）跡時，要充分考慮刀具的（de）大小，以避免過切（qiē）。根據刀具半徑補（bǔ）償在工件的（de）拐（guǎi）角上的加工（gōng）方法，通常將其分為 B 型刀補（bǔ）和 C 型刀補兩類。

從圖 2（a）可以看出，B 型刀補在加工工件（jiàn）的邊角（jiǎo）時，使（shǐ）用了圓（yuán）弧過渡，使刀具沿著 AB 圓弧進行切割，使其在外轉角時，刀片一直與工件接觸，刀片總是處於切割狀態，這樣會造成工件的銳（ruì）角磨損，也會加速刀具的磨損（sǔn）。C 型刀補采用（yòng）了刀偏計算，該方法可以自動求出角度的交叉。D，如圖2（b）中（zhōng）所示，在數控係統的控（kòng）製下，采用直線切割加工，不（bú）會出現過切，這樣就可以很（hěn）好地解（jiě）決 B 型刀補的缺點。C型刀補是目前許多數控係（xì）統中常用類型。

圖 2 刀具補償拐角的過（guò）渡（dù）方（fāng）式

（二）工件裝夾誤差

在加工之前，必須保證工件的夾裝（zhuāng）穩定，以保（bǎo）證在加工時（shí），不會因為受（shòu）到外力作用而產生位移和震（zhèn）動，從而（ér）影響到（dào）加工的準確（què）性。然而，在實際生產中，由於夾持位置、重力（lì）和支（zhī）撐（chēng）物等因素，導致實際位置無法達到預期位置。圖 3 中的（de）工件因夾緊不當而（ér）造成的錯位，應盡可能地避免。在實際安裝（zhuāng）時，為了（le）防止與圖 4 相似的夾緊誤差，應該將夾緊（jǐn）位置設置在由定位元件組成的極限支持平麵之內，並且盡量接近工件加工位置和硬度高的位置，從而降低加工震動對工件

的定位。

圖 3 工件裝夾不（bú）當

（三）溫度影（yǐng）響

現代銑（xǐ）床的（de）傳動（dòng）機構大（dà）大簡化，主軸是機床的核心部分，是影響加工（gōng）精度的主要影響因素。機（jī）床主軸所產生的（de）熱量會直接影響到主軸旋轉和工件的加工精度（dù），特別是在（zài）主軸（zhóu）轉速較高時，更易導致工件的加工誤差。係統的發熱會對加工精度產生一定的影響，包括切削發熱和摩擦發熱。在銑削加工中，刀（dāo）具（jù）切割工件時（shí），會產生大量熱量，特別是在高速加工時，熱量較（jiào）大。這種熱能主要通過切削液和切屑來吸收，少量積累到刀具和工件上，從而產生熱量，對加工精度的（de）影響不大。在主軸高速轉（zhuǎn）動時，由於主軸的摩擦，會產生大量的熱，從而導致主軸溫度不均勻，結果表明，機床（chuáng）的主軸軸線升高（gāo）、傾斜，嚴重地影響了（le）機床的加工精度。

（四）擬合誤差（chà）

在實際生產中，由於工藝（yì）條件、銑削方法、刀具（jù）等因素的限製，某些輪廓、曲麵在精加工過程中往往會出（chū）現以零件圖樣為基礎，但最終的加工效果並不理想（xiǎng）的情形。目前，大部分數控係統都不具備非（fēi）圓曲線的插補功（gōng）能，因此一般都是采（cǎi）用直線擬合法或（huò）圓弧擬合來實現。等距擬合法是目前應用最廣泛的一種非圓曲線擬合方（fāng）法。節點坐（zuò）標值的計算采用數（shù）控銑床對三軸曲麵零件進行精加工，一般采用球銑刀具。一般而言，無論刀具路徑如何設定，隻要（yào）將球銑刀的（de）中心點定位在（zài）被（bèi）加（jiā）工的曲麵等距（jù）表麵，就可以得到滿足所需（xū）的（de）零件；然而（ér），由於擬合誤差，使得所（suǒ）有精加工零（líng）件都不能完全（quán）準確。在實際生產中，可以采用增大擬（nǐ）合結點數目、減少擬合線段長等措施來提高加（jiā）工精度，但這會使程序編製和加工時間大大延長。

四、數控銑床加工零件精度問題解決方法（fǎ）

（一）毛坯夾（jiá）裝基準麵定位

為了提高機（jī）床（chuáng）的加工精度（dù），可以（yǐ）通過準確定位基準麵來減少工件誤差。采用這種（zhǒng）方法來減小測量（liàng）誤差（chà）時，必須（xū）準確地確定基準麵，並將已加工的表麵用作（zuò）參考麵，以減少加（jiā）工誤差（chà），改（gǎi）善數（shù）控銑（xǐ）削加工的精確度（dù）。由（yóu）於數控銑床在加工工件時，經常（cháng）會遇到（dào）各種形狀的工件，如圓柱、方形、球麵等。由於其自身的誤差比較大，加工（gōng）時的精度（dù）也會下降。機床操作人員隻需確定基準麵的位（wèi）置，就（jiù）能解決加工精度（dù）問題，同（tóng）時也能使操（cāo）作人員對工件的尺寸進行測量，提高加工精度。

（二）采取措施控製設備的溫度

當前（qián），許多數控機床的主體缺少配套散熱措施。在（zài）數控銑削零件時，各支座之間存在著一定的摩擦，從而產生大量（liàng）熱量。機床主（zhǔ）體發熱和銑削時工件與工件間摩擦所產生的熱（rè）是相互影響的（de）。在此情況下，若不能及時將熱（rè）能（néng）排出，則被加工的工件將會發（fā）生（shēng）變形。在高溫下，零件的（de）外形（xíng）會（huì）發生不規則的變化，引起零件內部不（bú）穩定，從而引起銑床各個零件產生故障，降低銑床的加工精度。因此，必須在數控銑床（chuáng）上加裝適當的散（sàn）熱器，增加其（qí）散熱麵積。數控銑床在工作時，可以自動散熱，減少銑床工作溫度和工件（jiàn）變（biàn）形，減少加（jiā）工誤差，提高加工部件的精確度。

（三）在零件加工過程中做誤差補償

利用數控銑床進（jìn）行銑削時，存在著零件精度問題，從而對零件的加工質量造成一（yī）定的影（yǐng）響。若要降低加工過程中的誤差，提（tí）高加工精度，可（kě）以采用誤差補償方法。零件設計者和機床操作人員應根據工件和（hé）機床的具（jù）體條件，對數控係統進行（háng）相應的補（bǔ）償函數參數的設定，對（duì）加工過程中 X、Y、Z 軸上的誤差進行有效補償。必須依據數控銑床的（de）實際條件，對不同的補償方法進行科學、合理地用。如果有條件，可以采用相應的（de）軟件和硬件，對其進行測量，從而改善加工質量，減少誤差。下麵兩種方法可（kě）以（yǐ）用於進行（háng）誤差補償。

1. 當數控銑床的操作係統出現逆（nì）向偏差時（shí），必須對其進行誤差補償，數控銑床在加工過程中會產生逆（nì）向偏差，從而（ér）降低了加工的精度。為解決此問題，在加工初期，利用數控程序對部分零件進行定位，以（yǐ）達到誤差（chà）補償和（hé）消除逆向偏差的目的，從而保證了數（shù）控銑床（chuáng）的精（jīng）確性。

2. 利用數控程序，可以在銑削過程中精確地進行定位（wèi），也可以在不影響銑床的基礎上完成對數控銑床的插補。為了減（jiǎn）少加（jiā）工誤差，提高加工精度，對銑（xǐ）床的加工精度起到了很好的補充作用。同時，通過數控係統（tǒng）編程，可以不斷增強（qiáng）數控係統（tǒng）性能，當輸（shū）入調節指令後，數控係統可以讀（dú）取和識別反向間隙相關的參數，在此（cǐ）基礎上，通過持續動態調整，實現精確定位，提高銑床的加工精度。

五、結語

隨（suí）著數控銑（xǐ）床在實際生產中的應用日益增多，數控技術人員必須在實際工（gōng）作中不斷（duàn）地反思、總（zǒng）結，不（bú）斷地積累經驗，把所學的知識與技能結合起來，隻有這樣，才能真（zhēn）正地掌握數控（kòng）加工的實際操作技巧，才能使其實現高精（jīng）度、高效率、高（gāo）難（nán）度的加工，從而真正地發揮（huī）數控銑床的優越（yuè）性。

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