數控銑床加工精度的影響因素與解決方法
2023-7-25 來源： 山東科技大學工程實訓中心 作者：時慧喆，貝廣霞，李安邦，李紅娟
摘要：數控銑床是常見機加工設備，在數控銑削加工過程中，加工零件的精度會受到很多因素的影響，如果不采取相應的方法加以解決，則可能會出現所加工零件的尺寸、形狀無法達到圖紙的設計要求，從而影響最終產品的質量。為了解決這些影響因素，數控銑床操作者需要全方位了解影響數控銑床加工精度的因素，并在大量實際的加工操作后對相關因素進行分析，通過使用合理的解決方法降低甚至消除這些因素的影響，最終提高數控銑床加工零件的精度。
關鍵詞：數控銑床 ；零件精度 ；影響因素 ；解決方法
1、引言
數控銑床加工零件過程中若出現精度問題，會導致加工的零件尺寸出現各種問題。例如，加工出的零件與設計圖紙中要求的尺寸偏差較大，零件的粗糙程度達不到設計要求，無法滿足該零件的后續使用 。如果是生產企業產生大量的殘次品，會嚴重影響企業的聲譽與效益。因此，生產企業需要持續關注影響零件精度的各種因素，解析各種因素的形成原因，通過不斷改進，消除這些因素，若涉及多種因素還需要采取控制變量方式 。同時，數控銑床操作者在加工過程中出現的人為干擾因素，更要對其進行分析并提出相關的處理方法，降低加工過程中的不良影響，從而提升零件加工的質量與效率 。
2、影響數控銑床加工精度的因素
對于影響數控銑床加工精度的因素，大致可以從以下3個方面進行分析，即數控銑床設備本體的精度，加工零件使用的毛坯情況，銑削加工過程中使用的各銑削參數的數值。
2.1 數控銑床設備本體的精度
數控銑床是常見的機加工設備，其表現出的零件加工精度會受到多重因素的影響，如數控系統、床身導軌的精度等。現在國內很多機床生產廠家屬于組裝廠，通過引進國外數控系統，采用自己制作床身然后組裝的方式生產數控機床，這無疑增加了裝配誤差。特別是如果機床本身的材料、導軌等方面無法達到數控系統的控制要求，則會直接嚴重影響零件加工的精度，導致零件產品質量出現問題。數控機床的性能是否穩定，其剛性是否達標，是否能承受住加工過程中的機械振動等都會影響產品質量。因此，要想提高零件的加工精度，數控銑床本體的精度必須要得到保障。
2.2 零件的毛坯與誤差影響
銑削加工時使用的銑刀產生的測量誤差等也會影響數控銑床的加工精度。數控銑床使用的刀具涉及到各種因素，包括刀具的材料、刀具的尺寸和刀具的對刀角度等方面。要按照相關的操作技術要求進行選擇，如果使用的刀具參數與銑削的材料不能匹配，則會在加工過程中產生誤差，從而無法保證加工零件的精度或者表面粗糙度等。目前，國內很多機床生產廠家依舊使用三相異步電機帶動滾珠絲杠傳輸動力的系統。使用這種傳動方式的數控銑床，在加工零件過程中，數控銑床運轉時，軸承之間會存在空隙。同時，銑床運轉時受到振動等外部施加的力的影響，可能會使相關軸承之間產生形變，這樣更加劇了零件生產過程中的誤差。數控銑床加工不同零件時所承受的力也不同。使得軸承之間的空隙大小也有所不同，導致零件的精度受到影響，從而降低數控銑床的精度。
2.3 切削用量影響
使用數控銑床進行零件加工前，操作人員要結合使用的設備、工具與標記零件尺寸的圖紙等，科學合理地選擇加工零件所需要的必要條件。為了確保數控銑床所加工零件的質量，在數控銑床上使用不同的加工工具需采取不同的加工方式，提高零件加工精度，使表面粗糙度達到零件設計要求。在零件銑削加工過程中，刀具的旋轉速度、吃刀深度、進給量、銑削速度等要素是很重要的參數。而且不同的零件選用的切削參數的實際應用方式也有不同，反映到零件質量上就會在精度、尺寸、粗糙程度等方面產生差別。
3、數控銑床加工零件精度問題解決方法
數控銑床的操作經驗需要長時間實際加工操作才能逐漸積累，操作者要自行總結方法，應對加工不同類型、材料、尺寸零件的精度誤差問題，主要采取以下方法。
3.1 毛坯裝夾的基準面定位
數控銑床操作者要想提高加工精度，可以在裝夾毛坯時通過精確確定基準面降低誤差。在使用這一方式降低誤差的過程中，需要對基準面予以精確定位，可以用已經加工好的表面作為基準面進行定位，從而實現降低加工誤差的目的，提高數控銑床加工精度。由于數控銑床在加工零件過程中，時常會加工各類形狀的零件，而且是一些表面粗糙的毛坯材料，如圓柱、方形、球面等。這種材料本身就存在較大誤差，在加工過程中會降低加工精度。機床操作者通過確定基準面定位，即可解決加工精度方面的問題，還可以方便操作者測量零件尺寸，提升零件的加工精度。
3.2 采取措施控制設備的溫度
目前，很多數控銑床本體缺乏相應的輔助散熱措施。在數控銑床加工零件過程中，銑床上相關聯的軸承部位就會相互摩擦，產生可觀的熱量。機械設備本體產生的熱量與銑削加工過程中刀具與毛坯之間摩擦產生的熱量相疊加。使得加工零件的毛坯溫度加速上升，在這種狀態下，如果銑床設備無法及時散出熱量，加工的零件就會產生形變。對于受到熱量而變形的零件來講，就會造成零件的形狀表面不規則，導致零件內部變得不穩定，甚至使數控銑床的不同部位出現各種問題，影響機床加工精度。為此，需要在數控銑床上安裝適合的散熱裝置，增大設備的散熱面積。在數控銑床運行過程中，能夠自行散熱，降低設備運行溫度及其所加工零件可能出現的形變問題，對于減小加工誤差也能夠起到重要作用，進一步提升加工零件的精度。
3.3 在零件加工過程中做誤差補償
使用數控銑床進行銑削加工的過程中會出現一些零件精度問題，影響零件加工質量。如果機床操作者想要減少加工操作方面的誤差，提高精度，可使用誤差補償方式。零件設計人員與加工零件的機床操作人員，需要結合零件與機床的實際情況，針對數控銑床的數控系統，研究設置與之相關的補償功能參數，有效補償加工時x，y，z 坐標軸存在的誤差問題。需要根據數控銑床加工過程中的實際情況，科學合理地使用各種補償方式。在有條件的情況下，可以通過相關軟硬件進行測算，提高加工零件的質量，降低誤差。在采用相關誤差補償時可考慮以下兩種方式。
（1）方式1。如果數控銑床的操作系統有反向偏差問題，則需要進行誤差補償。數控銑床在加工時會受到反向偏差影響，導致加工精度降低。為了解決這個問題，機床操作者可在加工開始時應用數控編程對其中的某些單位進行定位，從而實現誤差補償，消除反向偏差，進而保障數控銑床的加工精度。
（2）方式2。通過數控編程既能實現銑削加工時的準確定位，還能在不改變數控銑床本體的情況下，實現數控銑床插補。對數控銑床出廠時本體軸承之間所具有的間隙予以插補，對數控銑床運行過程中由于振動或力的作用產生的間隙問題進行及時補給，這對于降低零件加工的誤差、提升零件的加工精度有著十分重要的作用。與此同時，使用數控系統編程能夠持續強化數控系統自身的性能，在編入調整加工程序命令后，數控系統對反向間隙有關的參數進行讀取識別，之后再通過不間斷的動態調整進行有效、精準的定位補償，從而提升數控銑床的加工精度。
3.4 改進數控銑床的零件加工精度
數控銑床操作者或維修人員需要尋找銑床加工過程中溫度升高的根本原因，從而避免數控銑床中相關導軌、軸承、本體結構的變化，為此，可以采取以下措施。
首先，有關人員可從數控銑床所處的工作環境因素入手，采取如增大設備周圍空氣流動性，相關生產單位的機床設備擺放距離需要進行嚴謹測算后進行設定，機床設備之間的距離需要根據運行環境中的溫度進行科學有效且不間斷的調整。
其次，對數控銑床的導軌、工作臺等部位也需要進行不間斷的清潔打掃，保持這些部位整潔，不會受到灰塵、切屑、銹跡等因素的影響，使得數控銑床的適應性不斷上升 ；與此同時，相關技術人員需在數控機床安裝、調試、生產等各個方面進行科學規劃，力爭使每個環節節節相扣、準確銜接，盡量避免數控銑床受本體、外界等因素的影響，從而提升數控銑床的精度。
最后，在進行數控銑床的安裝或調試工作時，需要確定所加工零件的精度要求，按照規范流程對銑床進行有效安裝、調整。在相關部位，特別是那些有間隙接觸容易摩擦的部位填充充足的可靠型號的潤滑油，以降低摩擦，最終提高零件整體加工質量。另外，從電氣控制角度分析，數控銑床需要性能良好的電機，如三相異步或者直流電機。電機的性能要匹配數控系統達到相應的性能，例如，電機的扭矩、步距角等參數達到合理值才能發揮出實際效用，提高數控銑床的應用效果。
3.5 數控銑床操作過程中的監管
數控銑床加工精度的保障也離不開對設備使用現場的監督管理，有效的監督管理可以減少加工過程中很多問題。對現場實際操作者進行監控，可以及時發現操作不當的行為，幫助操作者及時改正，確保其在使用過程中的無失誤，從而提升零件的加工質量。通過長時間現場監控，如果發現一些機床操作者水平不高可以安排必要的培訓，使其掌握熟練的機床操作步驟、工件加工的流程等。同時，操作者要對現有加工流程使用的工具、材料、加工程序進行檢測、查驗，及時更換修理不好用的工具、缺損的材料，以及精度有問題的導軌等。另外，對于數控銑床設備中各種油路、氣路、電路要經常檢查維護，避免影響設備操作，造成精度誤差。
3.6 完善數控銑床使用的監管機制
對于數控銑床在加工過程中表現出的運行狀態，要不斷完善規范數控銑床使用的管理規范條例，建立完善的數控銑床操作標準，以此規范操作者的數控銑床使用過程，減少對零件精度產生負面影響的操作，也可以制定機床操作規范，建立操作者獎懲機制，并以此為標準進行相應的獎勵，如增加績效，發放一些物品，提高技術人員的工作積極性，引起他們重視零件加工精度。對于在零件加工過程中出現失誤的人員，視所造成的影響輕重采取不同程度的措施，如當眾檢討，扣發績效。如果造成的影響嚴重，可以采用調離當前崗位等措施。
4、總結
生產單位對數控銑床加工精度的重視，是關系到單位信譽和生存的重要保證，設法提升加工精度是一個需要長時間探索的過程，相關技術人員要不斷地探索和分析影響加工精度的因素，采用合理的方式方法提高加工精度，最終使零件的尺寸滿足圖紙的設計要求，使零件需求方滿意，促進生產單位健康發展。
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