机械零件数控加工精度的保障策略探讨

于波

摘要： 在我国机械制造业中，数控加工是一项常用的零件加工方法，具有自动化程度高、加工精度高、满足多品种机械零件加工需求的优势，在机械零件高效、自动化加工领域中得到广泛应用，突破了传统机床加工工艺的局限性。但数控加工精度受多方面因素影响，易产生加工误差，加工的机械零件的良品率有待提升。基于此，本文对机械零件数控加工精度的主要影响因素开展探讨，针对性提出加工精度保障策略，以供参考。

Abstract： In China's machinery manufacturing industry， NC machining is a common part processing method. It has the advantages of high degree of automation， high machining precision and meeting the processing needs of many kinds of mechanical parts. It has been widely used in the field of efficient and automatic machining of mechanical parts， breaking through the limitations of traditional machine tool processing technology. But the NC machining accuracy is affected by many factors， which is easy to produce machining error， and the yield of machined mechanical parts needs to be improved. Based on this， this paper discusses the main influencing factors of NC machining accuracy of mechanical parts， and puts forward the machining accuracy guarantee strategy for reference.

关键词： 机械零件;数控加工;精度;保障策略

Key words： mechanical parts;NC machining;accuracy;security strategy

中图分类号：TG659                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）20-0183-02

1  机械零件数控加工精度的影响因素

1.1 人为因素

人是开展机械零件数控加工活动的主体，也是加工精度的主要影响因素，部分工作人员由于对新型数控机床设备型号、工艺流程与操作要点缺乏深入了解，或是自身操作技能熟练性不足，因下達错误控制指令和不规范操作行为而影响到加工精度与机械零件产品质量。例如，工作人员没有按照预定顺序开展数控加工操作、预先设定的机床参数与实际加工需求不符、工件在夹具上存在定位误差、没有提前开展数控机床设备维护保养与调试工作。当存在上述问题时，将会直接影响到机械零件的数控加工精度，引发工具摩擦受损、机械零件产品尺寸造型偏差。

1.2 刀具因素

从刀具角度来看，机械零件数控加工精度的主要影响因素包括刀具选用不当、刀具更换不及时、走刀线路设定不合理。首先，刀具选用不当问题是没有综合分析机械零件加工需求与造型尺寸、零件表面粗糙度、数控机床种类型号、加工工艺等因素来选择恰当种类的刀具，使得刀具使用寿命缩短，老化磨损速度加快，在使用一段时间后频繁产生机械零件加工误差，如在平面零件内外轮廓的铣削环节并未配置平底立铣刀，没有还用圆弧形或是尖形车刀作为数控车削用刀具。其次，刀具更换不及时问题是在机械零件数控加工期间长时间未更换磨损严重的刀具，致使刀具出现后刀面、月牙洼、切削刃裂纹、切削刃磨钝等磨损问题，在后续加工期间无法取得理想的加工效果。最后，走刀线路设定不合理问题是刀点设定不当，没有提前在控制系统中明确刀具运动坐标，或是仍旧采取传统的手工对刀操作方式，难以将对刀点以及刀位点二者保持为完全重合状态，从而产生机械零件加工误差。

1.3 程序因素

与传统机械零件加工工艺相比，数控加工有着自动化程度高的工艺优势，企业既可以采取常规的手工操作方式，可也预先编制控制程序，由程序基于运行准则自动执行预先导入的方案，替代人工完成对刀定位、换刀、计算刀具轨迹、调整切削速度等工艺参数的操作任务，有效减小了人为因素对机械零件数控加工精度造成的影响。然而，部分企业由于系统开发经验匮乏，所编写数控加工伺服控制程序存在使用功能单一、加工信号传输稳定性差、系统运行不稳、控制方式不合理等一系列问题，在实际加工期间受系统自身与外部环境影响，容易产生加工误差和出现系统运行故障。例如，部分企业所开发的数控加工伺服系统并未采取常规的开环或是闭环控制方式，而是采取半闭环控制方式，主要通过螺旋桨驱动组件和持续采集的加工信号来下达控制指令，在出现信号传输中断或操作错误问题时，系统将出现反向传输以及无效传输现象，产生机械零件加工误差。

2  机械零件数控加工精度的保障策略

2.1 零件图样分析与方案确定

在机械零件数控加工前，做好零件图样分析工作，详细了解图样上标记的零件尺寸公差、基点坐标值、加工精度等信息，将其为凭证开展人员交底工作，以及制定机械零件数控加工方案的主要依据，在方案中合理选择加工方式、刀具种类、控制介质等。同时，考虑到机械零件数控加工精度及质量的影响因素众多，仅通过零件图样分析结果来制定、选择的加工方案操作性缺乏有力保障，因此，还应在现场按照初步拟定的零件数控加工方案，开展首件试加工试验，发现与处理全部的技术问题，对试件的表面粗糙度、加工精度与造型尺寸进行检查，在其基础上选择最佳的机械零件数控加工方案，完成加工工艺文件的定型归档工作。

2.2 刀具更换与完善轨迹

为减小刀具因素对机械零件数控加工精度造成的影响，应采取以下保障措施：第一，刀具选择。综合分析零件表面粗糙度、加工形状、加工工艺等因素，合理选择刀具种类。例如，在机械零件加工精度要求较高时，优先配置具备优异高速切削适应能力的超细粒度硬质合金材质的刀具，在更换机夹可转位刀具时选用寿命在30min左右的刀具即可，在采取铣削加工工艺时更换平底立铣刀，根据机械零件内轮廓面曲率半径、加工高度、轮廓外形等参数来准确计算平底立铣刀的半径值。第二，刀具更换与磨损检查。考虑到刀具磨损程度会受到零件表面粗糙度、切削速度、操作行为等多方面因素影响，刀具更换时间并非固定不变。因此，为合理设定刀具更换时间，避免因刀具提前更换而增加机械零件加工成本，或是因刀具更换不及时而影响到零件加工精度，需要在机械零件加工期间应用到观察铁屑颜色与工件表面、刀具寿命表、仪器检测等方法，准确判断刀具磨损情况，在刀具磨损量超过一定指标，或是出现切削刃裂缝和刻划磨损等问题时，及时更换全新刀具。第三，刀点校正。将刀具相对于机械零件的运动期间设定为起刀点，要求工作人员在系统程序中预先输入准确的起刀点坐标值，并将起刀点设置在夹具上，采取机械控制或是手工对刀方式，将起刀点和刀位点二者保持完全重合状态，以刀具种类为依据来选择刀位点，如将平底立铣刀的底面和轴线交点设定为刀位点，将球头球心设定为球头铣刀的刀位点。同时，部分企业为减小刀点误差，选择在控制系统中额外设置自动对刀装置，替代人工在短时间内完成对刀操作，并在换刀过程中快速切换至设定的换刀点。

2.3 切削量参数设定

切削量参数设定是机械零件数控加工操作的重中之重，切削量设定不当也是常见的操作错误问题，工作人员没有根据加工方法与进给速度等因素来设定最佳的切削用量，从而产生较大加工余量、影响脉冲当量和零件加工精度。因此，工作人员必须正确掌握切削量参数的计算方法，结合实际加工情况与方案内容来设定主轴转速、进给速度、背吃刀量，将计算结果导入V=πdn/1000公式，n为主轴转速、d为工件直径、V为切削速度。其中，主轴转速是通过工件与刀具直径和允许的切削速度来计算。进给速度是根据工件表面粗糙度要求、工件材质、加工方式来设定，如在采取切断与加工深孔工艺时将进给速度设定20-50mm/min范围内。背吃刀量是根据所选刀具刚度值和工件刚度来计算，要求将加工余量和背吃刀量二者数值保持基本等同状态，并预留0.5mm左右的精加工余量作为冗余量。

2.4 做好设备维护保养工作

根据机械零件数控加工生产情况来看，由于设备维护保养工作不到位，机床设备在运行期间偶尔出现故障问题，进而产生较大的加工误差，严重时还将加快设备与零部件的老化模塑速度，缩短机床设备的实际使用寿命。针对这一问题，企业必须提高对设备维护保养工作的开展力度，在机械零件数控加工前后开展设备调试检查工作，发现并解决设备隐性故障，更换磨损老化严重的刀具与钻头等部件。随后，在机械零件加工期间持续采集记录机床等设备的实时运行数据，判断设备运行工况是否符合加工标准，清理设备表面附着的灰尘污渍与破损部件，注入适量润滑油，将设备始终保持在最佳运行状态。最后，定期开展设备拆机检修工作，将机床拆解为若干零部件，逐项检查各部件的使用状况，更换全新部件，清理设备内部结构上附着的杂质与油路内的堵塞物，必要时将存在严重故障和质量缺陷的设备返厂维修。

2.5 优化升级伺服控制系统

为进一步提高机械零件的数控加工精度，在编写数控加工伺服控制程序时，需要采取全闭环控制方式来取代原有的开环或是半闭环控制方式，要求在数控机床工作上台安装一定数量与种类的信息传感装置作为检测元件，在系统运行期间持续采集与分析现场监测信号，掌握实际位移量等参数，将实时参数与预先设定的额定值进行对比分析，根据二者差值自动采取相应的纠偏措施，直至完全消除加工差值，或是将差值控制在允许范围内。如此，机械零件数控加工精度将不会受到机械传动误差、现场环境等外部因素的明显影响。

2.6 加强人员培训力度

为避免因错误操作而影响到机械零件的数控加工精度，企业必须进一步加强人员专业培训力度，将新型机床设备与全新加工工艺的结构原理和操作要点、数控刀具选择依据、切削用量计算公式、数控加工流程、开机前准备工作内容等作为主要的培训内容，定期组织开展模拟实操演练活动，工作人员在模擬的工作场景中针对性强化自身的突发问题应急处置能力，积累起丰富的实践工作经验，将自身掌握的理论基础知识逐渐转换为专业技能，从而预防错误操作问题的出现，并在机械零件数控加工期间出现产生过大加工误差等突发问题时快速采取有效的处理措施，减小问题造成的损失和负面影响。

3  结语

综上所述，为加快我国机械制造业的发展步伐，解决数控加工精度不足的工艺难题，确保机械零件加工质量达到预期要求。因此，企业必须重视机械零件数控加工精度控制问题，正确了解问题产生原因，采纳上述保障策略，尽可量消除不利因素对机械零件加工精度造成的负面影响。

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