数控加工质量控制技术应用研究

谢学浩

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

摘 要：随着社会的不断进步，经济的快速发展，我国人民的生活水平有了很大提高。与此同时，各种新兴产业也如同雨后春笋般蓬勃发展起来，其中集机械、电力、溶液、气、光于一体的数控机床现代化技术就是这些新兴产业中的重要一员。数控加工产业的出现，为其他产业的发展提供了便利条件，在发展自身的同时，也为其他产业展开了一扇崭新的大门，促进了我国综合国力的提升。随着数控加工产业逐渐走进人们的生活，人们对它的理解和认识越来越深入，随之人们对其工艺水平的发展越来越重视，对其工艺水平要求越来越高。该文首先对数控加工、数控加工精度的概念及内容进行了阐述，然后分析了引起数控加工误差的各种原因，接下来提出了几种有效的减小数控加工误差的技术，最后介绍了数控加工质量控制技术的应用，希望人们能够对数控加工质量控制技术有更深入的理解。

关键词：数控加工 质量控制 技术 应用 研究

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0002-03

数控加工技术在新兴产业中占据非常重要的地位，它不仅是一种先进的加工技术，还是一种高效率、高精度的加工技术，为小型精密零件的加工带来很大便利，当然，其在大型零件加工中也具有得天独厚的优势，带来的经济效益不可估量。随着数控机床作用的发挥，这种高科技产物已经被越来越多的人所认可，受到越来越多的人关注。虽然数控加工的优势非常多，但是随着其加工零件越来越精密，其局限性也逐渐显现出来。因此，非常有必要研究数控加工质量控制技术，以进一步推进数控加工质量控制技术的发展。

1 数控加工、数控加工精度的概念及内容

1.1 数控加工的概念

数控加工是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。从整体来看，数控机床加工与传统机床加工在工艺流程上差别并不大。但从细节来看就会发现，与传统机床加工相比，数控机床加工在工艺流程上发生了明显变化。数控机床加工是由数字信号控制零件和刀具相对位移的一种机械加工工艺。相对来说，数控机床加工更适合小批量、形状复杂、品种多样、精度要求高的高效自动化零件加工。

1.2 数控加工精度的概念及内容

数控加工精度指的是零件成品相对于理想模型在各种参数上的精确度，是衡量数控加工质量的重要指标。数控加工精度是一个综合概念，它包含四大方面的内容。

1.2.1 尺寸精度

与零件模型相比，零件实际尺寸的精确程度。

1.2.2 形状精度

与理想要素相比，零件的被测要素的精确程度。

1.2.3 位置精度

相对于图样标注的位置误差，零件实际位置误差的精确程度。

1.2.4 表面粗糙度

就算加工工艺再好，加工出来的零件表面也不可能是完全平整的，总有一些由微观几何图形造成的粗糙。

1.3 对数控加工的认识

数控加工过程中，影响数控加工精度的因素非常多，比如温度、湿度等。因此，在数控加工中，就算采用同一种加工方法，其精度也存在很大差异。不管采用何种加工工艺，只要操作细心，切削参数选用正确，再加上精心调整，其最后的零件质量都会很好。但是人们都知道，误差和成本之间是成反比的，低误差必然伴随着高成本。一味地提高数控加工精度，不仅会大大降低生产效率，还会增加成本投资。因此，一种数控加工工艺的加工经济精度不是一个确定的值，而是一个范围。只要这种加工工艺的精度在规定的范围内，就可以认为它是经济的。

2 数控加工造成误差的主要原因

2.1 机床系统误差

机床系统本身不是完美的，其在制造、安装、调试过程中会产生一定的误差，并且经过长时间的使用，机床也会产生一定的磨损，这都会直接影响数控加工的精度。具体来说，分为三大部分。

2.1.1 主轴的回转误差

刀具和零件都是以主轴为基准安装的，因此，主轴的误差对零件的加工精度影响非常大。主轴的回转误差有3种主要形式：径向园跳动、轴向园跳动和倾角摆动。

2.1.2 导轨的直线误差

零件加工的很多环节都会用到导轨，它负责很多传动工作，因此，导轨的误差会对加工运动的基准产生很大冲击。机床导轨的误差主要有两种形式：导轨的直线误差和导轨的平行误差。

2.1.3 传动系统误差

传动链中包含很多元件，元件本身存在误差，元件的装配、传动链的使用也会产生误差。局部的误差综合起来，会积累成整个传动链的误差。

2.2 刀具参数误差

刀具类型不同，刀具参数对加工误差的影响也存在很大差异。定尺寸刀具对加工的尺寸精度影响较大，成形刀具对形状精度影响较大，常见的定尺寸刀具和成形刀具有：拉刀、铰刀、钻头、成形砂轮等等。如果采用展成刀具加工零件，刀具切削刃的几何形状误差、尺寸误差将会直接对工件的形状、尺寸造成误差，常见的展成刀具有：花键滚刀、插齿刀等等。而人们常见的刀具，比如铣刀、车刀，结构简单，操作也简单，对工件造成的误差就可以忽略不计了。

2.3 工件定位误差

若加工中的工件存在夹具定位不准确，会产生一定的误差，这种误差就是工件定位误差。一般对于同一批工件，调整好刀具与工件的相对位置后，会一直保持到这批工件加工结束。所以，工件定位误差一般都是由于前期调整不准确造成的。

若工件加工时的定位基准与产品设计时零件图上的设计基准以及工序基准不一样，也会造成误差。

定位工具本身也不是完美的，模具、夹具本身就存在一定的误差，这种误差会使得基准不重合。此外，长时间加工工件后，模具、夹具自身会发生变形，这也会增加工件定位误差。

2.4 工艺系统受力变形

2.4.1 工件刚度

由于在加工中会受到切削力，工件会发生变形，这会对加工精度产生一定的影响。若相对机床、刀具、夹具来说，工件刚度远远不足，会加剧工件变形，进而加剧加工精度。

2.4.2 刀具刚度

在加工工艺系统中，会用到多种刚度不同的刀具。对于刚度很大的刀具，加工过程对其造成的磨损可忽略不计。而对于那些刚度相对较小的刀具来说，在工件加工过程中，会对其造成严重的磨损，极为影响工件精度，比如内孔车刀、立式铣刀等。

2.4.3 机床部件刚度

机床是由很多部件组成的，刚度难以计算，迄今为止，机床的刚度只能用实验的方法获得。需要提醒的是，机床部件变形是非线性的，其变形具有卸载回滞现象。卸载回滞现象指的是，荷载消失后，卸载曲线和加载曲线存在一些偏移，整体滞后于加载曲线，两条线之间包围的面积可以认为是摩擦力、接触变形产生的热能。一般来说，第一次卸载后，变形是无法完全恢复的，这说明有残余变形存在。但是经过多次加载、卸载，卸载曲线的终点会和加载曲线的起点完全重合，这时残余变形就不存在了。

2.5 工艺系统热变形

工艺系统在运作过程中，涉及到多种器件的碰撞、摩擦，这将会产生大量的热量，器件和工件的温度都会升高，发生严重变形，不仅会对机床、刀具等造成破坏，还会影响工件的加工精度，产生非常大的误差。相关研究发现，对于重载加工、精密加工来说，热变形引起的误差占总误差的60%左右，可见热变形的危害。

2.6 调整不当

工件加工设计多道工序，不同的工序对工艺系统的要求不同，这就涉及到工艺系统的调整。然而，加工工艺系统的调整一般都是人为操作的，这就不可避免会产生一些偏差。另外，工序之间不是完全独立的，存在一定的重复，因此工序衔接处的精度难以控制。

3 数控加工质量控制技术

3.1 减小原始误差

原始误差，指的是由于加工工艺中所用的部件误差引起的误差。想要减小数控加工的原始误差，应该从以下几方面下手。

（1）提高机床主轴的回转精度。

（2）提高机床导轨的直线度、平行度精度。

（3）提高夹具、量具、刀具制造精度。

（4）提高整个工艺系统的刚度。

当加工工艺系统受力、受热时，会产生很严重变形。为了减小变形所带来的误差，应该对产生的误差一一分析，找出产生误差的原因，从而对症下药，消除误差。

对于精密加工零件来说，不仅要提高加工系统的几何精度、机床系统的刚度，还要采取有效措施，尽量减少加工过程产生的热量，或者设置高效冷却设施。

对于成形时的表面加工工艺来说，应该使用形状更符合标准的刀具，另外，刀具的安装定位一定要准确，以免造成误差，影响整个工艺流程。

3.2 误差抵消法

在实际加工中，涉及到的部件不可能是完美的，总会存在一定的误差，而且原始误差的减小非常难，存在很大的局限性。针对这种现状，可以采用误差抵消法。

误差抵消法指的是，分析原始误差产生的结果，然后在此基础上，人为地制造一些原本加工工艺系统不存在的反向误差，以此来抵消原有工艺系统所存在的误差，进而提升数控加工的精度。

3.3 分解或者均布原始误差

对于批量加工来说，可以分解原始误差，以此来减小原始误差带来的影响，提高工件加工精度。然而对于那些精密工件来说，采用分解原始误差的方法就不合适了，这时可以通过不断试切来均布原始误差。

3.3.1 原始误差的分解

原始误差的分解是通过分析误差的规律，然后将工件按精度要求分成不同的组，这样每个组的误差范围就会缩小。接下来，根据每组的参数要求调整刀具的位置，这样以来，各组的误差中心就会基本重合起来。局部决定整体，总误差将会大大减小。

3.3.2 原始误差的均布

为了减小精密工件的误差，可以采用均布误差的方法。均布误差指的是凭借特定的方法将原有误差逐渐均布到各个生产环节。通过比较、检验工件的误差，找出误差之间存在的不同，然后相互修正加工基准，以均布误差。

3.4 转移原始误差

在误差敏感方向上，原始误差的影响非常明显。而在非误差敏感方向上，原始误差的影响非常不明显。对于这种情况，可以在加工过程中，想一些办法，将误差转移到非敏感方向上，这样一来，原始误差的影响就会大大减小，工件的精度也就可以大幅度提高了。

3.5 多次测量法减小误差

多次测量法，顾名思义，就是通过多次测量，增大余量，进行多次精加工以及调整，逐渐使得尺寸符合要求。多次测量法操作简单，比较好掌握，只要工作人员有足够的耐心，并且做好记录，就可以达到预期的标准。需要提醒的是，多次测量法花费的时间比较长，但是对于一些精密工件的加工，采用多次测量法是非常恰当的。

3.6 提高操作人员的专业素质

在现在的工业生产中，数控加工行业的很多员工都是非正式员工，不是从专业院校毕业的，而且没有专门的上岗证，专业素质不高，对于一些紧急情况，没有处理能力。对于这个问题，一定要给予重视，采取一定的措施，予以解决。

3.6.1 提高上岗要求

数控企业招收员工时，要从专业院校挖掘人才，并且一定要有工作经验，因为数控加工操作失误造成的损失非常严重。

3.6.2 加强员工培训力度

一时间要想找到优秀人才是不现实的，因此，对于现有的工作人员，要采取各种措施提高他们的专业素质，比如，定期培训，定期举办员工间的技能比拼，活跃工作氛围。此外，数控企业要制定有效的激励机制，激励员工提升专业素质。

4 结语

综上所述，该文首先从数控加工、数控加工精度的概念及内容进行了概述，然后分析了影响数控加工精度的各种因素，最后提出了几种行之有效的提高数控加工精度的措施，希望能对工业生产起到一定的辅助作用。数控加工是一项要求很高的高科技技术，但是其复杂的工序就决定了其有多种误差。各种误差都有不同的原因，只有分析了产生误差的原因，然后从原因出发，对误差分组分析，提出解决策略。对于误差，一方面，要尽量消除原始误差，但是原始误差的减小是有一定限度的，这时就要从其他方面利用其他方法入手，比如，误差抵消法、分解或均布原始误差法、转移原始误差法、多次测量法等，从而提高数控加工的精度。在如今的工业化时代，数控加工质量控制技术在一个程度上可以反映一个国家或地区的经济发展程度，因此，要重视数控加工质量控制技术的研究。

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