數(shù)控機床加工精度可靠性探析范文

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摘要：隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，數(shù)控機床加工技術(shù)已經(jīng)變成人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中不可替代的重要技術(shù)之一。數(shù)控機床綜合了精密機械、電子、電力拖動、自動控制、自動檢測、故障診斷和計算機等多方面的能力，是非常典型的機電一體化產(chǎn)品，其具有高精確性、高效性以及高軟性等優(yōu)點。然而，在實際生活中，零件加工經(jīng)常會因為各種各樣的原因，使得工件的精確度達(dá)不到要求，存在誤差。為了提高數(shù)控機床對產(chǎn)品的加工質(zhì)量，減小誤差，則需要對數(shù)控機床的加工工藝及其精度進(jìn)行有效的研究。鑒于此，本文主要針對數(shù)控機床的加工精度的可靠性進(jìn)行詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；加工精度；誤差；可靠性

數(shù)控機床作為機械制造工業(yè)的基礎(chǔ)，為機械制造工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步作出了重要的貢獻(xiàn)。隨著對數(shù)控加工工藝的不斷深入研究，數(shù)控機床的自動化、智能化水平也在不斷的提高，推動了我國機械制造業(yè)的飛速發(fā)展。

1數(shù)控機床的精度影響及分析

1.1間隙誤差的影響

目前數(shù)控機床的加工精度有了飛速的發(fā)展，數(shù)控機床的加工精度由以前的0.01mm的絲級提高到了0.001mm的微米級，超精密數(shù)控機床的精度可以穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右，形狀精度可達(dá)0.01μm左右。數(shù)控機床的機械傳動構(gòu)件主要是由減速齒輪、連軸節(jié)以及滾珠絲杠副及支承軸承組成[1]。然而在構(gòu)件當(dāng)中，如果產(chǎn)生了間隙，將會在整個數(shù)控機床的加工環(huán)節(jié)當(dāng)中產(chǎn)生誤差，因此在組裝的時候，安裝人員需要采用合理有效的方式對機床進(jìn)行測量，將測量結(jié)果通過數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差分解，并將各個基數(shù)輸入到程序控制中，進(jìn)而能夠做到偏差數(shù)據(jù)最小化和補償適當(dāng)。

1.2精度的反向誤差控制

數(shù)控機床的動態(tài)精度可以通過對機床各軸的定位精度、重復(fù)定位精度以及反向誤差進(jìn)行檢測。數(shù)控機床的定位精度對機床的精度有著密不可分的聯(lián)系。反向誤差的檢測方式是在測量的坐標(biāo)軸內(nèi)，在靠近行程的中點擊兩端的三個位置進(jìn)行多次測定，算出每個位置的平均值，平均值中的最大值便是反向偏差測量值，測量的時候務(wù)必記得需要先移動一段距離。

2數(shù)控機床加工操作中的誤差產(chǎn)生原因

2.1開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)中的輸出誤差主要來源于步進(jìn)電動機，因為在步進(jìn)電動機的正常運作當(dāng)中，會產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象，甚至在某些情況下還可能產(chǎn)生共振現(xiàn)象，這些都可能造成動態(tài)誤差；除此以外，誤差還可能來自于步進(jìn)電動機的啟停，無論是啟動還是停止，都需要一定的時間，在這個時間段，電動機的轉(zhuǎn)動基本上都是滯后于控制脈沖的[2]。

2.2閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

對于閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測，基本上已經(jīng)將傳動鏈的誤差考慮進(jìn)去了，具有一定的精度性，然而，在調(diào)試的過程當(dāng)中，還是反饋出了許多的問題。制造誤差和安裝誤差都可能引起反饋系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，并且機床零件以及各個機構(gòu)之間也時常會產(chǎn)生誤差，如此一來，在檢查裝置的時候得到的測量值就出現(xiàn)了誤差，不再精準(zhǔn)。

2.3傳動系統(tǒng)誤差

不同類型的數(shù)控機床，因為其性能不同在坐標(biāo)軸內(nèi)運行時，在升降速階段升降速率也會存在差異，可能會導(dǎo)致在零件切割的時候，拐角位置出現(xiàn)誤差。針對這些誤差。可能需要對數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)不同的數(shù)控機床，在拐角位置進(jìn)行一定的進(jìn)給速度或者減速設(shè)定，通過拐角之后再加速。

2.4刀具磨損誤差

數(shù)控機床剛開始運行的時候，刀尖磨損速度可能會比較快，隨著時間的關(guān)系，會出現(xiàn)一個穩(wěn)定期，到后期又會逐漸的加速。并且因為是在高溫高壓的環(huán)境下，數(shù)控機床又是不停機的持續(xù)工作，被加工的材料就會出現(xiàn)一定的誤差[3]。

2.5編制程序誤差

編程程序誤差主要是產(chǎn)生于數(shù)控編程軟件，可以當(dāng)做是插補誤差，在所有的誤差因素當(dāng)中是影響最大的一個。如果使用不精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，可能會造成整個工序出現(xiàn)比較大的誤差，甚至?xí)喞壽E的加工進(jìn)度造成直接的影響。可能有些數(shù)控機床的系統(tǒng)能夠根據(jù)輪廓的幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行自動計算，也有些必須要經(jīng)過手動計算才能夠完成，在計算過程中，必然會出現(xiàn)誤差。

2.6加工線路誤差

數(shù)控機床對工件進(jìn)行加工操作的時候，刀具的進(jìn)給、退刀以及換刀，都可能在工件的表面留下刮痕或者損害，如果使用磨損嚴(yán)重的刀具，可能對機床的使用性能和使用壽命造成影響。加工工件的時候，如果工件的表面或者位置出現(xiàn)誤差，最直接的影響就是對數(shù)控加工路線產(chǎn)生誤差，進(jìn)而影響工件的加工精準(zhǔn)度，若持續(xù)加工，可能會因為產(chǎn)生的切削熱造成刀具與工件的位置產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致產(chǎn)生加工誤差。

3數(shù)控機床加工精度的優(yōu)化措施

3.1降低數(shù)控機床的系統(tǒng)誤差

首先需要對可能會產(chǎn)生原始誤差的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而制定相對應(yīng)的改進(jìn)措施。如果是因為元件問題，則需要控制好元件的質(zhì)量，在符合電機要求的條件下，選用合適的步進(jìn)角度。然后要保證驅(qū)動電路必須完好，通過步進(jìn)電動機的控制能力，選擇最佳的驅(qū)動電路進(jìn)行作業(yè)。對于大型的設(shè)備，應(yīng)該根據(jù)設(shè)備需要的精準(zhǔn)度，對步進(jìn)電機的步數(shù)進(jìn)行合理的補償。

3.2提高數(shù)據(jù)機床的程序編寫能力

數(shù)控機床的程序編寫對于批量化生產(chǎn)的效果可能會造成直接的影響。在加工之前，可以采取手工編程的方法編寫，也可以利用計算機輔助軟件進(jìn)行編程，采用合理的加工編程程序，可以減少許多人為的失誤，而且能夠更科學(xué)的控制精準(zhǔn)度。

3.3提高數(shù)控機床的設(shè)計

對于數(shù)控機床的整體設(shè)計而言，其本身就有一定的剛度原則，提高機床的設(shè)計合理性，能夠確保機床形變能力傳遞到每個部件中，避免局部結(jié)構(gòu)變形。而且數(shù)控機床本身就有許多的測量需要校對，如果采用普通的管理方式對待數(shù)控機床，是極其不合理的。在管理上需要對生產(chǎn)進(jìn)行合理的布局，盡量減少周邊環(huán)境的影響。在加工的進(jìn)度上，需深入的了解加工要求，綜合考慮各種因素。

3.4提升機床導(dǎo)軌的幾何精度

使用機床加工工件時，需要對機床的導(dǎo)軌進(jìn)行幾何精度的計算和校對。如果是全功能一體式的數(shù)控機床，通常是斜床式的床身，進(jìn)而能減少機床的重量，提高機床的導(dǎo)軌精度，還能夠在一定的程度上提升負(fù)載能力，進(jìn)而能夠保證機床可以在高負(fù)載下進(jìn)行高精度的加工[4]。

3.5事先預(yù)防誤差

加工之前，通過合理的設(shè)計，消除誤差元素，減少在生產(chǎn)過程的誤差概率。誤差預(yù)防可以通過機床結(jié)構(gòu)的改善、優(yōu)化零部件的裝配精準(zhǔn)度以及提升數(shù)控機床的整體剛度來實現(xiàn)。加工的時候，需要注意加工環(huán)境，減少干擾因素的影響，并且要仔細(xì)的分析機床設(shè)備產(chǎn)生的熱量，進(jìn)而提高機械加工的進(jìn)度。

3.6機床精度監(jiān)測及補償

雙頻激光干涉儀是檢測數(shù)控機床的重要設(shè)備之一，能夠檢測機床的反向偏差以及定位精度等。首先需將測量系統(tǒng)安裝在測量的坐標(biāo)軸上，將激光頭安裝在坐標(biāo)軸線方向地面上的三腳架上，并且將機床的工作臺上放置好測量反射鏡，激光器和反射鏡之間的光路上放置好干涉鏡，調(diào)整好激光頭，將光路調(diào)直在一條線上，在激光預(yù)熱之后輸入測量的參數(shù)，依據(jù)機床后邊的測量環(huán)境，制定相應(yīng)的測量程序，判斷定位精度以及方向間隙是否超過了誤差范圍，補償之后再次測試精度，直到各個數(shù)據(jù)符合機床工作的要求。

4結(jié)束語

在整個機械加工過程中，有許多因素會影響數(shù)控機床加工精度，應(yīng)該將各種干擾因素綜合考慮，不管是對小批量的零件加工，還是要求要中等精度的零件，找出解決間隙誤差、編程誤差、環(huán)境誤差等問題的合理方案，以達(dá)到減小誤差的目標(biāo)，進(jìn)而有效提高對數(shù)控機床加工精度的可控性。

參考文獻(xiàn)：

[1]蓋立武，郭聰聰，朱學(xué)超.數(shù)控車床加工中常見問題的分析與解決[J].煤礦機械，2014，35(11)：154-156.

[2]王桂龍.數(shù)控機床加工精度的影響因素及改善措施[J].農(nóng)機使用與維修，2018(9)：10-11.

[3]陳群英.數(shù)控機床加工精度的影響因素及其控制措施[J].科技風(fēng)，2012(7)：153.

[4]周永.基于多類型伺服的三軸數(shù)控機床控制系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

作者:楊啟鑫 單位:貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院