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數控銑削加工精度與加工誤差分析

發布日期:2018-07-04 作者: 點擊:

數控銑床就是按照加工要求預先編制程序,由數字控制系統發出數字量作爲指令信息對工件進行自動加工的銑床。在整個數字控制系統中將主軸起停、主軸變速、進退刀、刀具與工件相對位移等操作都用數字化來表示,大大的提高了整個加工過程中的穩定性,從而提高了數控銑削的加工精度,減小了加工誤差。但是,由于存在數控銑床本身的精度和加工過程中的控制誤差,所以,提高加工精度和降低加工誤差仍是反映數控銑床加工能力的重要方面。
 
一.數控銑床系統誤差對加工誤差和加工精度的影響及補償
1. 数铣工艺系统的几何误差。由于数控铣床系统中各组成环节的实际几何参数和位置相对于理想几何参数和位置也会发生偏离而引起误差,所以也会存在几何误差。
例如螺距誤差,在數控銑床的定位精度主要取決于絲杠,目前使用的高精密滾珠絲杠也會存在一定的螺距誤差。爲了減小這種影響,一般采用螺距誤差補償,主要是將某軸的實際運動位置和高精度測量系統測量結果進行對比,並記錄對比誤差,這樣數控系統可在該軸運動到該位置時自動進行誤差補償。
又例如數控銑床關鍵部位加工精度決定了數銑工件的加工精度等級。目前簡易型數銑其Z小運動分辨率爲0.01mm,運動精度和加工精度都在0.03mm以下,超精密型用于特殊加工其精度可達0.001mm以下。
1 数控铣床精度特征

精度項目

普通型

精密型

單軸定位精度mm

0.02/全長

0.005/全長

單軸重複定位精度mm

0.008

<0.003

銑圓精度mm

0.03~0.04/Φ200

0.015/Φ200

由上表可以看出,定位精度和重複定位精度綜合反映了該軸在加工過程中是否穩定可靠的工作。
2. 数铣工艺系统受力变形引起的误差。数铣工艺系统在切削力、夹紧力、重力和惯性力等作用下会产生变形,从而破坏工艺系统各组成部分的相互位置关系,产生加工误差并影响加工过程的稳定性。
補償措施:
(1)提高接觸剛度,改善機床主要零件接觸面的配合質量,如機床導軌及裝配面進行刮研。
(2)設輔助支承,提高局部剛度,如細長軸加工時采用跟刀架,提高切削時的剛度。
(3)采用補償或轉移變形的方法。
3. 数铣工艺系统受热变形引起的误差。在加工过程中,由于受切削热、摩擦热及工作场地周围热源的影响,工艺系统的温度会产生复杂的变化。在各种热源的作用下,工艺系统会发生变形,导致改变系统中各组成部分的正确相对位置,使工件与刀具的相对位置和相对运动产生误差。
補償措施:
(1)機床結構設計采用對稱式結構。
(2)采用主動控制方式均衡關鍵件的溫度。
(3)采用切削液進行冷卻。
(4)加工前先讓機床空轉一段時間,使之達到熱平衡狀態後再加工。
(5)改變刀具及切削參數。
(6)大型或長工件,在夾緊狀態下應使其末端能自由伸縮
(7)熱變形補償,例如通過測量機床主要部件的溫度變化和熱變形量,建立熱變形量與溫度的函數式並輸入系統,在加工過程中通過溫度測量進行相應的補償。
二.數控編程工藝對加工誤差和加工精度的影響及補償措施
1. 加工路线因素
  (1)進退刀方式對工件輪廓加工精度影響較大,由于存在刀具直徑、機床進給速度突變等原因,所以盡可能采取圓弧切入切出。
  (2)数铣加工尽量采用顺铣,有利于提高加工表面质量,同时也可以提高刀具寿命。但有些情况下却应该采用逆铣的方式:例如工件表面有硬化或夹砂时,需要采用逆铣, 可以防止刀具损伤;加工非金属材料特别是含纤维材料时,采用逆铣才可完全切断纤维,获得较高的加工精度。
 
      图 3 顺铣和逆铣  a)顺铣    b)逆铣
  (3)如下图中所示,在数铣孔的路线选择中,如果对位置精度要求不高的话,应选择a图中所示,采用了Z短加工路线,但会产生Y向误差;如果对位置精度要求较高,则应选择b 图中所示加工路线,虽然加工路线较长,但避免了Y向误差。
 
                图4 数铣孔加工路线选择
2. 编程原点的确定。编程原点存在尺寸公差换算所引起的误差,所以编程原点的选择直接影响零件加工误差和精度。
補償措施:
1) 爲避免尺寸鏈換算,應選取數值計算簡單的點。
2) 盡量選擇精度較高的表面,
3) 盡可能選擇設計基准或工藝基准。
三.工件本身和人爲因素對數銑加工精度和加工誤差的影響和補償
1. 工件内应力引起的加工误差。内应力是工件自身的误差因素。工件经过冷热加工后会产生一定的内应力。通常情况下,内应力处于平衡状态,但对具有内应力的工件进行加工时,工件原有的内应力平衡状态被破坏,从而使工件产生变形。
補償措施:
(1)合理設計零件結構,設計零件時盡量簡化零件結構
(2)合理安排工藝過程,如粗精加工分開,使粗加工後有充足的時間讓內應力重新分布,保證工件充分變形,再經精加工後,就可減少變形誤差。
(3)對工件進行熱處理和時效處理。
2. 测量误差。在工序调整及加工过程中测量工件时,由于测量方法、量具精度及工件和环境温度等因素对测量结果准确性的影响而产生的误差,都统称为测量误差。
 
結論
除了上述數銑機床本身系統誤差和編程工藝誤差、人爲誤差外,還有其他一些因素,在實際的加工過程中都要考慮進去,這就需要在進行加工過程中,能夠了解並有效地限制這些因素,才能減小加工誤差,提高加工精度。


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