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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製程序,由數字控製係統發出數字量作為指令信息對工件進行自動加工的銑床。在整個數字控製係統中將主軸起停、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,由於存在數控銑床本身的精度和加工過程中的控製誤差,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麵。
 
一.數控銑床係統誤差對加工誤差和加工精度的影響及補償
1. 數銑工藝係統的幾何誤差。由於數控銑床係統中各組成環節的實際幾何參數和位置相對於理想幾何參數和位置也會發生偏離而引起誤差,所以也會存在幾何誤差。
例如螺距誤差,在數控銑床的定位精度主要取決於絲杠,目前使用的高精密滾珠絲杠也會存在一定的螺距誤差。為了減小這種影響,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係統測量結果進行對比,並記錄對比誤差,這樣數控係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。目前簡易型數銑其最小運動分辨率為0.01mm,運動精度和加工精度都在0.03mm以下,超精密型用於特殊加工其精度可達0.001mm以下。
1 數控銑床精度特征

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. 數銑工藝係統受力變形引起的誤差。數銑工藝係統在切削力、夾緊力、重力和慣性力等作用下會產生變形,從而破壞工藝係統各組成部分的相互位置關係,產生加工誤差並影響加工過程的穩定性。
補償措施:
(1)提高接觸剛度,改善機床主要零件接觸麵的配合質量,如機床導軌及裝配麵進行刮研。
(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. 數銑工藝係統受熱變形引起的誤差。在加工過程中,由於受切削熱、摩擦熱及工作場地周圍熱源的影響,工藝係統的溫度會產生複雜的變化。在各種熱源的作用下,工藝係統會發生變形,導致改變係統中各組成部分的正確相對位置,使工件與刀具的相對位置和相對運動產生誤差。
補償措施:
(1)機床結構設計采用對稱式結構。
(2)采用主動控製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係統,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. 加工路線因素
  (1)進退刀方式對工件輪廓加工精度影響較大,由於存在刀具直徑、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)數銑加工盡量采用順銑,有利於提高加工表麵質量,同時也可以提高刀具壽命。但有些情況下卻應該采用逆銑的方式:例如工件表麵有硬化或夾砂時,需要采用逆銑, 可以防止刀具損傷;加工非金屬材料特別是含纖維材料時,采用逆銑才可完全切斷纖維,獲得較高的加工精度。
 
      圖 3 順銑和逆銑  a)順銑    b)逆銑
  (3)如下圖中所示,在數銑孔的路線選擇中,如果對位置精度要求不高的話,應選擇a圖中所示,采用了最短加工路線,但會產生Y向誤差;如果對位置精度要求較高,則應選擇b 圖中所示加工路線,雖然加工路線較長,但避免了Y向誤差。
 
                圖4 數銑孔加工路線選擇
2. 編程原點的確定。編程原點存在尺寸公差換算所引起的誤差,所以編程原點的選擇直接影響零件加工誤差和精度。
補償措施:
1) 為避免尺寸鏈換算,應選取數值計算簡單的點。
2) 盡量選擇精度較高的表麵,
3) 盡可能選擇設計基準或工藝基準。
三.工件本身和人為因素對數銑加工精度和加工誤差的影響和補償
1. 工件內應力引起的加工誤差。內應力是工件自身的誤差因素。工件經過冷熱加工後會產生一定的內應力。通常情況下,內應力處於平衡狀態,但對具有內應力的工件進行加工時,工件原有的內應力平衡狀態被破壞,從而使工件產生變形。
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. 測量誤差。在工序調整及加工過程中測量工件時,由於測量方法、量具精度及工件和環境溫度等因素對測量結果準確性的影響而產生的誤差,都統稱為測量誤差。
 
結論
除了上述數銑機床本身係統誤差和編程工藝誤差、人為誤差外,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製這些因素,才能減小加工誤差,提高加工精度。


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