影响自动编程的数控加工精度的因素及对策

段银芹

(云南CY集团有限公司云南昆明650217)

摘要：数控机床加工技术是一种支持自主编程的自动控制技术,数控车床加工技术的适用范围主要是精密零件的设计与批量加工。因数控车床本身的加工精度直接影响着加工出来的零件质量,故而人们对可能影响加工精度的各项因素都特别重视。本文以通过自动编程对零件进行数控加工为前提,分析了可能对数控加工精度造成影响的众多因素，对数控加工的零件精度进行有效控制。

关键词：自动编程;数控加工;误差;加工精度;

1工艺方案

数控车床加工零件的过程中主要包括两大部分，首先是自动编程部分，然后才是车床加工部分。所谓的自动编程其实就是编程人员按照零件图样当中的的设计要求，对加工工艺进行合理确定的过程；工序的划分需要按工序集中原则进行,尽可能在一次安装下将全部至少也是大部分表面加工问题确定下来,并按照工艺要求选择编程CAM—Lathe模块的所有车削方式，譬如MasterCAM—Lathe模块的加工就有7种车削方式,包括精车、粗车、车端面、截断、车槽、车螺纹、钻孔等，接下来就是选择夹具和刀具,确定工序以及工步切削用量等,虽然这些基本和普通机床的零件加工工艺没有多大差异,但上述所提及的刀具、机床还有切削用量这些都是需要在编程的过程中按切削模块,通过选择参数项,还有设定参数值来生成自动编程的刀位数据。

选择工艺方案的过程中,可能产生误差的因素主要有:

a)选择的基准不一致所引起的基准不重合误差。当工件台面或机床主轴上安装完工件后,应先对刀,从而在机床坐标系与工件坐标系之间建立联系,进行自动编程的时候应先将工件坐标系建立起来。遵循选择刀点的原则,以提高加工精度为目标,尽量将对刀点Rt设置在零件的工艺基准或者是设计基准上,同时兼顾对刀的方便性,使其便于测量和观察，使设计基准、工艺基准和测量基准之间尽可能完全重合；若基准之间存在不重合现象,就会产生基准不重合误差,也叫做零件的定位误差。

b)工序的不当安排造成的误差。出于对加工精度、毛坯材料的变形、刚性等因素的考虑,通常会把粗、精加工的工序给分离开,总是先粗后精,按照需要有时还会插入一个工序，就是半精加工。譬如某些套筒类或轴类铸钢件,因铸造精度不够而在圆周上的某些部位造成余量不均匀现象,这个时候要是粗车一结束直接就进行精车，或直接去进行精镗,而未对粗加工后余量的不均问题不符合精加工要求进行考虑,就会导致误差复映现象的出现，对加工精度造成不良影响,故而对于这一类在几何形状和表面精细度方面有较高要求的孔、轴零件,可在粗加工与精加工之间，加入一个半精加工工序,并选择MasterCAM—Lathe车削模块中的多次分层的方式进行切削加工,尽量使所留余量满足精加工时对均匀性的要求,以避免出现误差复映,提高零件的加工精度。另外这个切削参数S、F、Ap的取值在进行粗、精加工时是完全不一样的。粗加工是为了在精加工前，花费较短的时间,去除毛坯材料上面大量的余量,尽量使毛坯材料在精加工时表面余量处于均匀状态,因此这个S在粗加工时的取值可以低一些,而切深Ap和进给量F往往就是一个比较大的值；精加工则是要得到一个精度非常高、表面品质特别好的加工效果,故S往往取值较高、切深Ap与进给量F则取值比较小。精车时其余量一般取值范围在0.2mm～0.5mm。

c)表面品质受制于进刀方向。对零件进行车削时,无论是切入还是切出应都不可以在径向上进行,最好是全部沿着零件的切向上进行,不得在工件表面留下刀痕,以提高表面品质。

d)对刀误差。尽量把零件的设计基准或者是工艺基准选为Rt（对刀点）,以便于促进零件加工精度的提高。因加工时,所用刀具类型不同，其刀位点也有所不同,虽然对刀时要求刀位点应保持与对刀点Rt一致,但要在实际操作时让不同刀具把各自的刀位点都放到同一点上，其实是存在着很大的难度。譬如镗刀、外圆车刀还有带半径的机夹刀，这些刀具的刀尖偏离对刀点的距离还挺大。还有一些经济型的数控机床进行对刀时往往只是凭借经验来完成对刀操作,这时的对刀精度就完全取决于工人自身的熟练程度与经验是否丰富了,也更容易产生人为的对刀误差。要把对刀误差问题解决好,可通过光学对刀仪在机上或者机外进行对刀；譬如进行车削时,可以先以能够与对刀点Rt完全重合的精加工刀具的刀尖为基准,利用光学对刀仪对不同刀具刀尖的位置偏差ΔX、ΔY、ΔZ进行测量,并将差值输入数控车床的控制系统中,加工时对偏差值予以补偿,这样一来在编程时,就可以不用再去考虑不同刀具之间的刀位点偏差,这个方法的好处很大,编程时，完全无须考虑任何因素引起的对刀点偏差,只要将刀尖的位置偏差值输入数控车床的控制系统即可,加工时系统会自动予以补偿。另外，在使用数控机床的过程中,定时对机床上的刀具实施一次返回参考点的操作,可以消除操作中产生的对刀点累计误差。

2刀位点偏离工件回转中心的高度导致的误差

若刀尖所在高度恰好与机床轴心线高度一致,那么工件加工后的径向尺寸就完全取决于刀具径向移动量与位置,如果刀尖所在高度与机床主轴线高度之间存在差异,那么刀具即便移动进给一样取a值,工件也会产生径向尺寸误差。刀尖位置的高度偏差对加工件的具体影响见图1,刀具T1的刀尖恰好与机床轴心线等高，进给距离由1″→2″时为a，而刀具T1的刀尖比轴心线高时进给距离由1→2同样为a,尽管1与1″开始时都在同一位置上,但相对于2″而言仍然存在着一定的直径误差。而当刀尖位置比轴心线低时，同样也会产生类似的加工误差。因刀尖偏离轴心线会对刀具前角造成影响,对外圆进行车削时,刀如果尖比轴心线高就会使刀具前角变大,而刀尖要是比轴心线低则会减小刀具前角。

图1刀尖高度偏差在加工外圆时的影响

对上图进行简化得到图2,由1※2可知刀尖的进给距离确实为a

图2

3编程中的误差标准

自动编程过程中的允许误差范围指的是，在进行自动编程时逐渐向零件轮廓逼近时所生成的理论曲线和由于插补加工所产生的线段之间，难免会存在一定的误差，需要对这个误差预先设定一个程序允许的波动范围。这个误差通常包括三个组成部分。

其一是逼近误差:就是由于在向零件轮廓逼近时所采用的近似算法所产生的误差,经常采用的近似算法有等弦长直线逼近、等间距直线逼近、圆弧直线逼近以及等误差直线逼近。

其二是插补误差:这是在用圆弧直线向零件轮廓曲线逼近时所生成的理论曲线和实际插补加工时产生的线段之间存在的误差。在加工零件轮廓时,自动编程误差大多数来自插补误差。使用时应按照零件设计图中的加工要求对插补误差值予以确定,通过CAM软件的自行计算来确保刀具的实际步进轨迹和加工模型的偏差保持在允许范围内；自动编程时,对于粗加工过程中加工误差的取值可稍微大一些,还能够提高粗加工的工作效率；等到精加工时,就必须按照零件加工图纸对于表面方面的要求来确定一个比较精细的加工误差。

其三是圆整误差,也就是在处理编程数据的小数圆整时生成的一种误差。

自动编程误差通常情况下在工件允差中的占比应该在10%～20%。

4伺服系统的误差

在数控机床的开环控制进给系统中,步进电动机、传动部件的运行精度，包括如齿轮之间的啮合情况，伺服系统各组成环之间的配合程度，以及床身导轨与工作台之间的摩擦大小等,都会对进给位移和角位移的加工精度产生直接影响。因此需要尽可能提高组成环的配合程度，也就是尽量消除或者减小组成环的间隙，并将组成环的精度尽量提高，以提高整个伺服系统的进给控制精度。

同时,进给伺服系统本身所具有的特性也会对零件的加工精度生成影响。在数控加工零件的圆弧轮廓、直线轮廓或者拐角部位的时候，可采用刀补方式对拐角、圆弧或直线进行加工,但这种速度的变换往往也会造成一种加工误差。在加工具有90º外拐角的零件时(见图3),在原加工方向上输入指令停止的同一时刻,与原加工方向垂直的方向上接受到一个新的位置指令,而且速度也要快速从零增加至指定的大小,工件的拐角处往往会因系统的增益低、高,生成一个内陷的小圆弧，又或者是留下一个微微向外的凸起。

图3加工90º拐角时的常见误差

另外，因工件原料问题、刀具问题也会在加工时引起误差,因此在对零件进行数控加工之前一定应认真检查工件毛坯、刀具状况等因素,选合理的工艺与参数,确保加工效果。

5结论

因可以对自动编程数控加工精度造成影响的因素来自很多方面,这就要求程序员在进行自动编程的时后，一定要全面了解这些影响因素，并进行综合考虑,将各种参数尽量设置的更加合理,进而使生成的刀具轨迹达到最佳,对不同的数控系统采取有针对性的措施进行后置处理,确保切削加工的品质。因CAD/CAM设计过程与仿真处理均可以在计算机中完成,无须占用机床的工作时间,效率方面可以得到大幅度的提高,同时也能够降低成本,更适用于现代制造业。

参考文献:

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