數控加工質量控制技術應用研究

謝學浩

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.22.002

摘 要：隨著社會的不斷進步，經濟的快速發展，我國人民的生活水平有了很大提高。與此同時，各種新興產業也如同雨后春筍般蓬勃發展起來，其中集機械、電力、溶液、氣、光于一體的數控機床現代化技術就是這些新興產業中的重要一員。數控加工產業的出現，為其他產業的發展提供了便利條件，在發展自身的同時，也為其他產業展開了一扇嶄新的大門，促進了我國綜合國力的提升。隨著數控加工產業逐漸走進人們的生活，人們對它的理解和認識越來越深入，隨之人們對其工藝水平的發展越來越重視，對其工藝水平要求越來越高。該文首先對數控加工、數控加工精度的概念及內容進行了闡述，然后分析了引起數控加工誤差的各種原因，接下來提出了幾種有效的減小數控加工誤差的技術，最后介紹了數控加工質量控制技術的應用，希望人們能夠對數控加工質量控制技術有更深入的理解。

關鍵詞：數控加工 質量控制 技術 應用 研究

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）08（a）-0002-03

數控加工技術在新興產業中占據非常重要的地位，它不僅是一種先進的加工技術，還是一種高效率、高精度的加工技術，為小型精密零件的加工帶來很大便利，當然，其在大型零件加工中也具有得天獨厚的優勢，帶來的經濟效益不可估量。隨著數控機床作用的發揮，這種高科技產物已經被越來越多的人所認可，受到越來越多的人關注。雖然數控加工的優勢非常多，但是隨著其加工零件越來越精密，其局限性也逐漸顯現出來。因此，非常有必要研究數控加工質量控制技術，以進一步推進數控加工質量控制技術的發展。

1 數控加工、數控加工精度的概念及內容

1.1 數控加工的概念

數控加工是指在數控機床上進行零件加工的一種工藝方法。從整體來看，數控機床加工與傳統機床加工在工藝流程上差別并不大。但從細節來看就會發現，與傳統機床加工相比，數控機床加工在工藝流程上發生了明顯變化。數控機床加工是由數字信號控制零件和刀具相對位移的一種機械加工工藝。相對來說，數控機床加工更適合小批量、形狀復雜、品種多樣、精度要求高的高效自動化零件加工。

1.2 數控加工精度的概念及內容

數控加工精度指的是零件成品相對于理想模型在各種參數上的精確度，是衡量數控加工質量的重要指標。數控加工精度是一個綜合概念，它包含四大方面的內容。

1.2.1 尺寸精度

與零件模型相比，零件實際尺寸的精確程度。

1.2.2 形狀精度

與理想要素相比，零件的被測要素的精確程度。

1.2.3 位置精度

相對于圖樣標注的位置誤差，零件實際位置誤差的精確程度。

1.2.4 表面粗糙度

就算加工工藝再好，加工出來的零件表面也不可能是完全平整的，總有一些由微觀幾何圖形造成的粗糙。

1.3 對數控加工的認識

數控加工過程中，影響數控加工精度的因素非常多，比如溫度、濕度等。因此，在數控加工中，就算采用同一種加工方法，其精度也存在很大差異。不管采用何種加工工藝，只要操作細心，切削參數選用正確，再加上精心調整，其最后的零件質量都會很好。但是人們都知道，誤差和成本之間是成反比的，低誤差必然伴隨著高成本。一味地提高數控加工精度，不僅會大大降低生產效率，還會增加成本投資。因此，一種數控加工工藝的加工經濟精度不是一個確定的值，而是一個范圍。只要這種加工工藝的精度在規定的范圍內，就可以認為它是經濟的。

2 數控加工造成誤差的主要原因

2.1 機床系統誤差

機床系統本身不是完美的，其在制造、安裝、調試過程中會產生一定的誤差，并且經過長時間的使用，機床也會產生一定的磨損，這都會直接影響數控加工的精度。具體來說，分為三大部分。

2.1.1 主軸的回轉誤差

刀具和零件都是以主軸為基準安裝的，因此，主軸的誤差對零件的加工精度影響非常大。主軸的回轉誤差有3種主要形式：徑向園跳動、軸向園跳動和傾角擺動。

2.1.2 導軌的直線誤差

零件加工的很多環節都會用到導軌，它負責很多傳動工作，因此，導軌的誤差會對加工運動的基準產生很大沖擊。機床導軌的誤差主要有兩種形式：導軌的直線誤差和導軌的平行誤差。

2.1.3 傳動系統誤差

傳動鏈中包含很多元件，元件本身存在誤差，元件的裝配、傳動鏈的使用也會產生誤差。局部的誤差綜合起來，會積累成整個傳動鏈的誤差。

2.2 刀具參數誤差

刀具類型不同，刀具參數對加工誤差的影響也存在很大差異。定尺寸刀具對加工的尺寸精度影響較大，成形刀具對形狀精度影響較大，常見的定尺寸刀具和成形刀具有：拉刀、鉸刀、鉆頭、成形砂輪等等。如果采用展成刀具加工零件，刀具切削刃的幾何形狀誤差、尺寸誤差將會直接對工件的形狀、尺寸造成誤差，常見的展成刀具有：花鍵滾刀、插齒刀等等。而人們常見的刀具，比如銑刀、車刀，結構簡單，操作也簡單，對工件造成的誤差就可以忽略不計了。

2.3 工件定位誤差

若加工中的工件存在夾具定位不準確，會產生一定的誤差，這種誤差就是工件定位誤差。一般對于同一批工件，調整好刀具與工件的相對位置后，會一直保持到這批工件加工結束。所以，工件定位誤差一般都是由于前期調整不準確造成的。

若工件加工時的定位基準與產品設計時零件圖上的設計基準以及工序基準不一樣，也會造成誤差。

定位工具本身也不是完美的，模具、夾具本身就存在一定的誤差，這種誤差會使得基準不重合。此外，長時間加工工件后，模具、夾具自身會發生變形，這也會增加工件定位誤差。

2.4 工藝系統受力變形

2.4.1 工件剛度

由于在加工中會受到切削力，工件會發生變形，這會對加工精度產生一定的影響。若相對機床、刀具、夾具來說，工件剛度遠遠不足，會加劇工件變形，進而加劇加工精度。

2.4.2 刀具剛度

在加工工藝系統中，會用到多種剛度不同的刀具。對于剛度很大的刀具，加工過程對其造成的磨損可忽略不計。而對于那些剛度相對較小的刀具來說，在工件加工過程中，會對其造成嚴重的磨損，極為影響工件精度，比如內孔車刀、立式銑刀等。

2.4.3 機床部件剛度

機床是由很多部件組成的，剛度難以計算，迄今為止，機床的剛度只能用實驗的方法獲得。需要提醒的是，機床部件變形是非線性的，其變形具有卸載回滯現象。卸載回滯現象指的是，荷載消失后，卸載曲線和加載曲線存在一些偏移，整體滯后于加載曲線，兩條線之間包圍的面積可以認為是摩擦力、接觸變形產生的熱能。一般來說，第一次卸載后，變形是無法完全恢復的，這說明有殘余變形存在。但是經過多次加載、卸載，卸載曲線的終點會和加載曲線的起點完全重合，這時殘余變形就不存在了。

2.5 工藝系統熱變形

工藝系統在運作過程中，涉及到多種器件的碰撞、摩擦，這將會產生大量的熱量，器件和工件的溫度都會升高，發生嚴重變形，不僅會對機床、刀具等造成破壞，還會影響工件的加工精度，產生非常大的誤差。相關研究發現，對于重載加工、精密加工來說，熱變形引起的誤差占總誤差的60%左右，可見熱變形的危害。

2.6 調整不當

工件加工設計多道工序，不同的工序對工藝系統的要求不同，這就涉及到工藝系統的調整。然而，加工工藝系統的調整一般都是人為操作的，這就不可避免會產生一些偏差。另外，工序之間不是完全獨立的，存在一定的重復，因此工序銜接處的精度難以控制。

3 數控加工質量控制技術

3.1 減小原始誤差

原始誤差，指的是由于加工工藝中所用的部件誤差引起的誤差。想要減小數控加工的原始誤差，應該從以下幾方面下手。

（1）提高機床主軸的回轉精度。

（2）提高機床導軌的直線度、平行度精度。

（3）提高夾具、量具、刀具制造精度。

（4）提高整個工藝系統的剛度。

當加工工藝系統受力、受熱時，會產生很嚴重變形。為了減小變形所帶來的誤差，應該對產生的誤差一一分析，找出產生誤差的原因，從而對癥下藥，消除誤差。

對于精密加工零件來說，不僅要提高加工系統的幾何精度、機床系統的剛度，還要采取有效措施，盡量減少加工過程產生的熱量，或者設置高效冷卻設施。

對于成形時的表面加工工藝來說，應該使用形狀更符合標準的刀具，另外，刀具的安裝定位一定要準確，以免造成誤差，影響整個工藝流程。

3.2 誤差抵消法

在實際加工中，涉及到的部件不可能是完美的，總會存在一定的誤差，而且原始誤差的減小非常難，存在很大的局限性。針對這種現狀，可以采用誤差抵消法。

誤差抵消法指的是，分析原始誤差產生的結果，然后在此基礎上，人為地制造一些原本加工工藝系統不存在的反向誤差，以此來抵消原有工藝系統所存在的誤差，進而提升數控加工的精度。

3.3 分解或者均布原始誤差

對于批量加工來說，可以分解原始誤差，以此來減小原始誤差帶來的影響，提高工件加工精度。然而對于那些精密工件來說，采用分解原始誤差的方法就不合適了，這時可以通過不斷試切來均布原始誤差。

3.3.1 原始誤差的分解

原始誤差的分解是通過分析誤差的規律，然后將工件按精度要求分成不同的組，這樣每個組的誤差范圍就會縮小。接下來，根據每組的參數要求調整刀具的位置，這樣以來，各組的誤差中心就會基本重合起來。局部決定整體，總誤差將會大大減小。

3.3.2 原始誤差的均布

為了減小精密工件的誤差，可以采用均布誤差的方法。均布誤差指的是憑借特定的方法將原有誤差逐漸均布到各個生產環節。通過比較、檢驗工件的誤差，找出誤差之間存在的不同，然后相互修正加工基準，以均布誤差。

3.4 轉移原始誤差

在誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常明顯。而在非誤差敏感方向上，原始誤差的影響非常不明顯。對于這種情況，可以在加工過程中，想一些辦法，將誤差轉移到非敏感方向上，這樣一來，原始誤差的影響就會大大減小，工件的精度也就可以大幅度提高了。

3.5 多次測量法減小誤差

多次測量法，顧名思義，就是通過多次測量，增大余量，進行多次精加工以及調整，逐漸使得尺寸符合要求。多次測量法操作簡單，比較好掌握，只要工作人員有足夠的耐心，并且做好記錄，就可以達到預期的標準。需要提醒的是，多次測量法花費的時間比較長，但是對于一些精密工件的加工，采用多次測量法是非常恰當的。

3.6 提高操作人員的專業素質

在現在的工業生產中，數控加工行業的很多員工都是非正式員工，不是從專業院校畢業的，而且沒有專門的上崗證，專業素質不高，對于一些緊急情況，沒有處理能力。對于這個問題，一定要給予重視，采取一定的措施，予以解決。

3.6.1 提高上崗要求

數控企業招收員工時，要從專業院校挖掘人才，并且一定要有工作經驗，因為數控加工操作失誤造成的損失非常嚴重。

3.6.2 加強員工培訓力度

一時間要想找到優秀人才是不現實的，因此，對于現有的工作人員，要采取各種措施提高他們的專業素質，比如，定期培訓，定期舉辦員工間的技能比拼，活躍工作氛圍。此外，數控企業要制定有效的激勵機制，激勵員工提升專業素質。

4 結語

綜上所述，該文首先從數控加工、數控加工精度的概念及內容進行了概述，然后分析了影響數控加工精度的各種因素，最后提出了幾種行之有效的提高數控加工精度的措施，希望能對工業生產起到一定的輔助作用。數控加工是一項要求很高的高科技技術，但是其復雜的工序就決定了其有多種誤差。各種誤差都有不同的原因，只有分析了產生誤差的原因，然后從原因出發，對誤差分組分析，提出解決策略。對于誤差，一方面，要盡量消除原始誤差，但是原始誤差的減小是有一定限度的，這時就要從其他方面利用其他方法入手，比如，誤差抵消法、分解或均布原始誤差法、轉移原始誤差法、多次測量法等，從而提高數控加工的精度。在如今的工業化時代，數控加工質量控制技術在一個程度上可以反映一個國家或地區的經濟發展程度，因此，要重視數控加工質量控制技術的研究。

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