数控机床加工工艺分析和精度分析

数控机床综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机等多方面的技术，是典型的高精度、高效率及高柔性的机电一体化产品，近年来我国的数控机床技术正处在突飞猛进的阶段，在数控机床的使用过程中，加工工艺和精度分析对于机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响，本文结合笔者多年的操作经验，研究了数控加工工艺的主要步骤和精度研究中容易出现的问题以及解决方法。

1　数控机床加工工艺分析
   
数控机床是是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，其数控加工工艺以自动化和高速精密性为主。高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，数控机床的在机械加工中的作用更为突出。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而不断创新的一种应用技术，所谓数控加工工艺就是用数控机床加工零件的一种工艺方法。随着我国数控机床用户的不断增加，数控加工工艺在应用的领域的重要性日益突出，数控加工工艺以改善加工性能和提高加工效率为主要发展方向，并将二者融合到控制程序之中，运用自动化控制系统的规范处理方式，融合多种加工方法，以达到工序集中的复合加工方式为目的，提供更高水平的加工技术，从而进一步推动数控技术在制造业中应用与发展。数控加工技术的地位如此重要就必须首先了解数控加工工艺的主要特点和技术原则要求：(1)数控加工的工艺内容要按照零件加工的要求进行工步细化，所以在进行施工的过程中必须要依据加工要求进行准确编程；(2)数控加工工艺路线设计应合理，以保证数控机床的加工所产生的误差最小化；(3)数控加工的工序相对集中，以提高加工效率，对于复杂的加工过程，需要进行必要的数控仿真技术支持。

1.1　数控加工工艺的设计
   
数控机床有着高度的自动化特点，其加工工艺要依靠数控模块对设计好的程序进行实施，因此要求加工的工艺线路在规划时必须精准，同时要把握好加工程序的编制，因为编程函盖了数控机床加工的重要内容，也是工艺质量得以保证的重要指标。对于数控机床来说，必须先有合理有效的编程工艺路线设计，然后才能保证加工工艺进程的完整。

1.1.1　分析加工工艺路线
  
数控机床的加工工艺路线设计要考虑到具体的加工环节，尤其是对数控镗铣床的加工环节更要重视，要根据具体情况做出明确的分辨。在数控车、镗铣床或加工中心上加工有同轴度要求的内、外圆柱面或端面与外圆、内孔有垂直度要求时，均应在一次装夹中完成。在数控镗铣床或加工中心上加工有孔与端面有垂直度要求或平面与平面有位置精度要求时，应注意尽可能在一次装夹中完成。

1.1.2　编程原点的选择
   
编程原点的设计基础和工艺基准尽量重合，避免产生尺寸链误差及不必要的尺寸换算。设定的编程原点应使工件容易找正，方便对刀，编程简便，有利于编程数值的计算。对称零件的编程原点应选在零件的对称中心。在加工零件上的工件原点应容易准确的确定，尽可能使加工余量均匀。例如：以孔定位的零件，应以孔的中心作为编程原点，对于一些形状不规则的零件，可在其基准面(或线)上选择编程原点，当加工路线呈封闭形式时，应在精度要求较高的表面选择编程原点(或加工起始点)。

1.2　模拟仿真技术
   
智能化模拟仿真技术，可以通过对数控机床的加工工艺路线进行仿真模拟而得出适合加工的一种软件控制手段，结合运用成组技术可以提高数控加工编程效率。例如：根据其外形结构、技术要求和加工方法的相似性，把零件分成若干组，在每一组零件中选出一个代表性零件(它可以是实际存在的，也可以是假想的，但必须包括组内所有零件的加工要素)，根据这个代表零件模拟出一套典型的工艺规程，选定和设计一组机床及工艺设备，并把它们组成一个专门的加工设计，如果模拟仿真技术成功就只需要略微做一下调整，便可以进行加工生产。例如，运用奥匹兹分类方法拆分代号为12031的零件结构，如图1所示。该零件是一个回转体零件， 所以第一位数是1；一端有台阶，并有紧固螺纹，所以第二位数是2；无内孔，所以第三位数是0；需要加工键槽，所以第四位数是3；有四个轴向孔，与其他要素无位置要求，所以第五位数是1。按成组方式来组织零件生产时，首先按照零件的结构特征、工艺特征以及加工设备的特征，将各种零件进行分组、归类与编码，然后建立每类零件的典型图库和成组加工工艺库。

2　数控机床的精度影响及分析
   
数控机床的加工精度目前已经有了高速的发展，数控机床的加工精度已从原来的丝级(0.01mm)提升到目前的微米级(0.001mm)。而超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级(0.001μm)。可以说，数控机床的精度已经进入亚微米、纳米级超精加工时代。在这样高精密度要求下，必须要把握数控机床的精度分析，保证不会出现由于操作问题而导致的精度误差。

2.1　间隙误差的影响
   
进给机构的机械传动机构由减速齿轮、连轴节、滚珠丝杠副及支承轴承组成。在这些机构的组成之中，如果出现一定的连接不稳定就会导致间隙的产生，产生的间隙就会改变整体的加工环节误差。滚珠丝杠与螺母之间的间隙直接影响工作台的进给精度。设滚珠丝杠与螺母之间的间隙为SF，则反转时造成工作台进给误差δ1=SF。不仅如此，丝杠螺母副的间隙还影响丝杠螺母副的刚度，进而影响工作台进给精度。针对这些误差问题必须要转变为自动化操作控制方式，在机械换向时，对换向时间和换向方式做出改变。而对于滚珠丝杠与螺母之间间隙的消除方法，要重视对间隙的偏差测定，通过反复的间隙测量来确定出具体的偏差基数，要求测出机床各轴的各项原始误差，比较成熟的测量方法是激光干涉仪，测量精度高。用双频激光干涉仪进行误差测量，需时间长，对操作人员调试水平要求高，主要是对误差测量环境要求高，常用于三坐标测量机的检测，不适宜生产现场操作。相对误差分解、合成补偿法，测量方法相对简单，一次测量可获得整个圆周的数据信息，同时可以满足机床精度的检测和机床评价。目前也有不少的误差分解的方法，由于机床情况各异，难以找到合适的通用数学模型进行误差分解，并且对测量结果影响相同的原始误差项不能进行分解，也难以推广应用。测定之后要再将这种基数输入到程序控制之中，这样就可以最大限度地保证数控程序进行时的偏差数据最小化，做到补偿适当。具体的补偿方法如下：(1)备份CNC 控制系统中的已有补偿参数；(2)由计算机产生进行逐点定位精度测量的机床CNC 程序，并传送给CNC 系统；(3)自动测量各点的定位误差；(4)根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数，并传送给CNC 系统，螺距自动补偿完成；(5)重复进行精度验证。除此之外，对于脉冲当量补偿就是指每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量它的大小视机床精度而定，一般为0.01~0.0005mm。脉冲当量影响数控机床的加工精度，它的值取得越小，加工精度越高。当然，数控机床的误差调正有两种方法，一种是靠数控系统补偿，一种是调整机械部分，如果对于数控系统来说进行数控补偿程序会十分复杂困难，可通过调整丝杠间隙进行消除。