数控铣床加工精度的影响因素与解决方法
2023-7-25 来源： 山东科技大学工程实训中心 作者：时慧喆，贝广霞，李安邦，李红娟
摘要：数控铣床是常见机加工设备，在数控铣削加工过程中，加工零件的精度会受到很多因素的影响，如果不采取相应的方法加以解决，则可能会出现所加工零件的尺寸、形状无法达到图纸的设计要求，从而影响最终产品的质量。为了解决这些影响因素，数控铣床操作者需要全方位了解影响数控铣床加工精度的因素，并在大量实际的加工操作后对相关因素进行分析，通过使用合理的解决方法降低甚至消除这些因素的影响，最终提高数控铣床加工零件的精度。
关键词：数控铣床 ；零件精度 ；影响因素 ；解决方法
1、引言
数控铣床加工零件过程中若出现精度问题，会导致加工的零件尺寸出现各种问题。例如，加工出的零件与设计图纸中要求的尺寸偏差较大，零件的粗糙程度达不到设计要求，无法满足该零件的后续使用 。如果是生产企业产生大量的残次品，会严重影响企业的声誉与效益。因此，生产企业需要持续关注影响零件精度的各种因素，解析各种因素的形成原因，通过不断改进，消除这些因素，若涉及多种因素还需要采取控制变量方式 。同时，数控铣床操作者在加工过程中出现的人为干扰因素，更要对其进行分析并提出相关的处理方法，降低加工过程中的不良影响，从而提升零件加工的质量与效率 。
2、影响数控铣床加工精度的因素
对于影响数控铣床加工精度的因素，大致可以从以下3个方面进行分析，即数控铣床设备本体的精度，加工零件使用的毛坯情况，铣削加工过程中使用的各铣削参数的数值。
2.1 数控铣床设备本体的精度
数控铣床是常见的机加工设备，其表现出的零件加工精度会受到多重因素的影响，如数控系统、床身导轨的精度等。现在国内很多机床生产厂家属于组装厂，通过引进国外数控系统，采用自己制作床身然后组装的方式生产数控机床，这无疑增加了装配误差。特别是如果机床本身的材料、导轨等方面无法达到数控系统的控制要求，则会直接严重影响零件加工的精度，导致零件产品质量出现问题。数控机床的性能是否稳定，其刚性是否达标，是否能承受住加工过程中的机械振动等都会影响产品质量。因此，要想提高零件的加工精度，数控铣床本体的精度必须要得到保障。
2.2 零件的毛坯与误差影响
铣削加工时使用的铣刀产生的测量误差等也会影响数控铣床的加工精度。数控铣床使用的刀具涉及到各种因素，包括刀具的材料、刀具的尺寸和刀具的对刀角度等方面。要按照相关的操作技术要求进行选择，如果使用的刀具参数与铣削的材料不能匹配，则会在加工过程中产生误差，从而无法保证加工零件的精度或者表面粗糙度等。目前，国内很多机床生产厂家依旧使用三相异步电机带动滚珠丝杠传输动力的系统。使用这种传动方式的数控铣床，在加工零件过程中，数控铣床运转时，轴承之间会存在空隙。同时，铣床运转时受到振动等外部施加的力的影响，可能会使相关轴承之间产生形变，这样更加剧了零件生产过程中的误差。数控铣床加工不同零件时所承受的力也不同。使得轴承之间的空隙大小也有所不同，导致零件的精度受到影响，从而降低数控铣床的精度。
2.3 切削用量影响
使用数控铣床进行零件加工前，操作人员要结合使用的设备、工具与标记零件尺寸的图纸等，科学合理地选择加工零件所需要的必要条件。为了确保数控铣床所加工零件的质量，在数控铣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，使表面粗糙度达到零件设计要求。在零件铣削加工过程中，刀具的旋转速度、吃刀深度、进给量、铣削速度等要素是很重要的参数。而且不同的零件选用的切削参数的实际应用方式也有不同，反映到零件质量上就会在精度、尺寸、粗糙程度等方面产生差别。
3、数控铣床加工零件精度问题解决方法
数控铣床的操作经验需要长时间实际加工操作才能逐渐积累，操作者要自行总结方法，应对加工不同类型、材料、尺寸零件的精度误差问题，主要采取以下方法。
3.1 毛坯装夹的基准面定位
数控铣床操作者要想提高加工精度，可以在装夹毛坯时通过精确确定基准面降低误差。在使用这一方式降低误差的过程中，需要对基准面予以精确定位，可以用已经加工好的表面作为基准面进行定位，从而实现降低加工误差的目的，提高数控铣床加工精度。由于数控铣床在加工零件过程中，时常会加工各类形状的零件，而且是一些表面粗糙的毛坯材料，如圆柱、方形、球面等。这种材料本身就存在较大误差，在加工过程中会降低加工精度。机床操作者通过确定基准面定位，即可解决加工精度方面的问题，还可以方便操作者测量零件尺寸，提升零件的加工精度。
3.2 采取措施控制设备的温度
目前，很多数控铣床本体缺乏相应的辅助散热措施。在数控铣床加工零件过程中，铣床上相关联的轴承部位就会相互摩擦，产生可观的热量。机械设备本体产生的热量与铣削加工过程中刀具与毛坯之间摩擦产生的热量相叠加。使得加工零件的毛坯温度加速上升，在这种状态下，如果铣床设备无法及时散出热量，加工的零件就会产生形变。对于受到热量而变形的零件来讲，就会造成零件的形状表面不规则，导致零件内部变得不稳定，甚至使数控铣床的不同部位出现各种问题，影响机床加工精度。为此，需要在数控铣床上安装适合的散热装置，增大设备的散热面积。在数控铣床运行过程中，能够自行散热，降低设备运行温度及其所加工零件可能出现的形变问题，对于减小加工误差也能够起到重要作用，进一步提升加工零件的精度。
3.3 在零件加工过程中做误差补偿
使用数控铣床进行铣削加工的过程中会出现一些零件精度问题，影响零件加工质量。如果机床操作者想要减少加工操作方面的误差，提高精度，可使用误差补偿方式。零件设计人员与加工零件的机床操作人员，需要结合零件与机床的实际情况，针对数控铣床的数控系统，研究设置与之相关的补偿功能参数，有效补偿加工时x，y，z 坐标轴存在的误差问题。需要根据数控铣床加工过程中的实际情况，科学合理地使用各种补偿方式。在有条件的情况下，可以通过相关软硬件进行测算，提高加工零件的质量，降低误差。在采用相关误差补偿时可考虑以下两种方式。
（1）方式1。如果数控铣床的操作系统有反向偏差问题，则需要进行误差补偿。数控铣床在加工时会受到反向偏差影响，导致加工精度降低。为了解决这个问题，机床操作者可在加工开始时应用数控编程对其中的某些单位进行定位，从而实现误差补偿，消除反向偏差，进而保障数控铣床的加工精度。
（2）方式2。通过数控编程既能实现铣削加工时的准确定位，还能在不改变数控铣床本体的情况下，实现数控铣床插补。对数控铣床出厂时本体轴承之间所具有的间隙予以插补，对数控铣床运行过程中由于振动或力的作用产生的间隙问题进行及时补给，这对于降低零件加工的误差、提升零件的加工精度有着十分重要的作用。与此同时，使用数控系统编程能够持续强化数控系统自身的性能，在编入调整加工程序命令后，数控系统对反向间隙有关的参数进行读取识别，之后再通过不间断的动态调整进行有效、精准的定位补偿，从而提升数控铣床的加工精度。
3.4 改进数控铣床的零件加工精度
数控铣床操作者或维修人员需要寻找铣床加工过程中温度升高的根本原因，从而避免数控铣床中相关导轨、轴承、本体结构的变化，为此，可以采取以下措施。
首先，有关人员可从数控铣床所处的工作环境因素入手，采取如增大设备周围空气流动性，相关生产单位的机床设备摆放距离需要进行严谨测算后进行设定，机床设备之间的距离需要根据运行环境中的温度进行科学有效且不间断的调整。
其次，对数控铣床的导轨、工作台等部位也需要进行不间断的清洁打扫，保持这些部位整洁，不会受到灰尘、切屑、锈迹等因素的影响，使得数控铣床的适应性不断上升 ；与此同时，相关技术人员需在数控机床安装、调试、生产等各个方面进行科学规划，力争使每个环节节节相扣、准确衔接，尽量避免数控铣床受本体、外界等因素的影响，从而提升数控铣床的精度。
最后，在进行数控铣床的安装或调试工作时，需要确定所加工零件的精度要求，按照规范流程对铣床进行有效安装、调整。在相关部位，特别是那些有间隙接触容易摩擦的部位填充充足的可靠型号的润滑油，以降低摩擦，最终提高零件整体加工质量。另外，从电气控制角度分析，数控铣床需要性能良好的电机，如三相异步或者直流电机。电机的性能要匹配数控系统达到相应的性能，例如，电机的扭矩、步距角等参数达到合理值才能发挥出实际效用，提高数控铣床的应用效果。
3.5 数控铣床操作过程中的监管
数控铣床加工精度的保障也离不开对设备使用现场的监督管理，有效的监督管理可以减少加工过程中很多问题。对现场实际操作者进行监控，可以及时发现操作不当的行为，帮助操作者及时改正，确保其在使用过程中的无失误，从而提升零件的加工质量。通过长时间现场监控，如果发现一些机床操作者水平不高可以安排必要的培训，使其掌握熟练的机床操作步骤、工件加工的流程等。同时，操作者要对现有加工流程使用的工具、材料、加工程序进行检测、查验，及时更换修理不好用的工具、缺损的材料，以及精度有问题的导轨等。另外，对于数控铣床设备中各种油路、气路、电路要经常检查维护，避免影响设备操作，造成精度误差。
3.6 完善数控铣床使用的监管机制
对于数控铣床在加工过程中表现出的运行状态，要不断完善规范数控铣床使用的管理规范条例，建立完善的数控铣床操作标准，以此规范操作者的数控铣床使用过程，减少对零件精度产生负面影响的操作，也可以制定机床操作规范，建立操作者奖惩机制，并以此为标准进行相应的奖励，如增加绩效，发放一些物品，提高技术人员的工作积极性，引起他们重视零件加工精度。对于在零件加工过程中出现失误的人员，视所造成的影响轻重采取不同程度的措施，如当众检讨，扣发绩效。如果造成的影响严重，可以采用调离当前岗位等措施。
4、总结
生产单位对数控铣床加工精度的重视，是关系到单位信誉和生存的重要保证，设法提升加工精度是一个需要长时间探索的过程，相关技术人员要不断地探索和分析影响加工精度的因素，采用合理的方式方法提高加工精度，最终使零件的尺寸满足图纸的设计要求，使零件需求方满意，促进生产单位健康发展。
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