高帆

摘要：隨著數(shù)控機(jī)床的不斷普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床加工精度要求也越來(lái)越高，本文嘗試從機(jī)床設(shè)備本身、機(jī)床運(yùn)行過(guò)程、設(shè)備磨損老化和系統(tǒng)編碼設(shè)置等四個(gè)方面對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工誤差原因進(jìn)行分析，并根據(jù)產(chǎn)生誤差原因提出針對(duì)性的改進(jìn)措施，以進(jìn)一步的為數(shù)控機(jī)床加工精度的提升提供參考建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;加工精度;加工誤差;改進(jìn)措施

0? 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備開(kāi)始逐步出現(xiàn)，并日益影響到人們的生產(chǎn)生活。機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)要求的精確性也越來(lái)越高，因此，數(shù)控機(jī)床在實(shí)際的機(jī)械加工過(guò)程中得到廣泛的應(yīng)用。它通過(guò)系統(tǒng)編程把機(jī)械加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)控制機(jī)床自動(dòng)化加工，以此來(lái)提供機(jī)械加工的工作效率和操作精度。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，有多種因素影響到數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)誤差，如何最大限度的降低加工誤差，提高加工精度，對(duì)現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床加工來(lái)說(shuō)，具有重要意義。

1? 數(shù)控機(jī)床加工誤差原因分析

在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，對(duì)于數(shù)控加工來(lái)說(shuō)，我們只能盡可能的降低誤差出現(xiàn)概率，縮小誤差的大小，而無(wú)法完全避免誤差出現(xiàn)。具體來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 機(jī)床設(shè)備本身產(chǎn)生的誤差

1.1.1 機(jī)床本身加工精度不同

數(shù)控機(jī)床也是由各種機(jī)械零件組裝而成，在設(shè)備生產(chǎn)和組裝過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)各種人為或無(wú)意識(shí)的誤差，這必然會(huì)影響的加工過(guò)程中的精度。同時(shí)，不同的機(jī)床設(shè)備本身對(duì)精度要求也不一樣，例如生產(chǎn)鋼珠的設(shè)備精度必然高于生產(chǎn)鋼筆的，如果用精度低的車(chē)床生產(chǎn)出的零配件應(yīng)用于精度需求高的設(shè)備上，必然會(huì)導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)不匹配或效率故障。

1.1.2 伺服系統(tǒng)誤差

在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際加工操作過(guò)程中，伺服系統(tǒng)是推進(jìn)車(chē)床運(yùn)轉(zhuǎn)，并在車(chē)床加工提供充足的動(dòng)力保證。伺服電機(jī)主要是為車(chē)床操作人員進(jìn)行加工零配件的位置固定進(jìn)行精準(zhǔn)控制，一旦伺服系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，則會(huì)導(dǎo)致加工零配件的定位精度出現(xiàn)誤差。

1.2 設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生的誤差

數(shù)控機(jī)床也是屬于機(jī)械的一種，在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，必然由于設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生各種振動(dòng)或運(yùn)作誤差。

1.2.1 傳動(dòng)軸反轉(zhuǎn)誤差

數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)坐標(biāo)軸進(jìn)行移動(dòng)和停止運(yùn)行時(shí)，機(jī)床的驅(qū)動(dòng)軸都會(huì)有一個(gè)加速和減速的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程需要占用一定的時(shí)間，并且傳動(dòng)軸在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)由于系統(tǒng)慣性和加工槽的停頓導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。此外，傳動(dòng)軸的軸承、齒輪和傳動(dòng)絲桿之間都有反轉(zhuǎn)間隙，當(dāng)傳動(dòng)軸反轉(zhuǎn)時(shí)，這種間隙會(huì)導(dǎo)致電機(jī)空轉(zhuǎn)、驅(qū)動(dòng)停止等情況發(fā)生，從而導(dǎo)致機(jī)床生產(chǎn)產(chǎn)生誤差。

1.2.2 電路不穩(wěn)誤差

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中要保持不間斷的穩(wěn)定電流。當(dāng)實(shí)際加工過(guò)程中出現(xiàn)電壓或電流不穩(wěn)定時(shí)，則機(jī)床的數(shù)控加工狀態(tài)也會(huì)起伏變化，甚至由于線纜接觸不良導(dǎo)致電路斷斷續(xù)續(xù)，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的加工誤差。

1.2.3 車(chē)床刀具設(shè)置誤差

數(shù)控機(jī)床的加工主要是通過(guò)機(jī)床車(chē)刀進(jìn)行削切操作，由于在操作過(guò)程中車(chē)刀存在刀尖圓弧和車(chē)刀主偏角。在進(jìn)行操作削切過(guò)程中，必然會(huì)收到刀尖圓弧和車(chē)刀主偏角影響出現(xiàn)細(xì)微偏差，出現(xiàn)精度不準(zhǔn)確現(xiàn)象，當(dāng)這種偏差逐漸累積后，甚至?xí)霈F(xiàn)少切或多切的現(xiàn)象。

1.3 設(shè)備磨損老化產(chǎn)生的誤差

1.3.1 滾珠絲杠傳動(dòng)誤差

在數(shù)控機(jī)床的操作傳動(dòng)過(guò)程中，傳動(dòng)鏈條上的滾珠絲杠由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)使用會(huì)持續(xù)過(guò)熱變形，加上傳承受支架從長(zhǎng)期負(fù)載變形，會(huì)加大滾珠絲杠中的間距，長(zhǎng)期累積后滾珠絲杠的準(zhǔn)確程度會(huì)顯著下降，從而出現(xiàn)傳動(dòng)誤差。

1.3.2 環(huán)境溫度誤差

在數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，環(huán)境的影響因素至關(guān)重要，首先，由于振動(dòng)、電磁、粉塵等這些因素，都會(huì)干擾到設(shè)備加工的精確程度;其次，機(jī)床的零部件大多是電子產(chǎn)品，對(duì)工作環(huán)境溫度的要求比較嚴(yán)格，當(dāng)設(shè)備持續(xù)性工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，如果沒(méi)有相應(yīng)的降溫措施，就會(huì)影響到機(jī)床設(shè)備的正常運(yùn)行;另外，進(jìn)行加工的零部件材料本身在進(jìn)行加工處理過(guò)程中，由于機(jī)床車(chē)刀和加工材料之間的剛性摩擦作用產(chǎn)生熱變形，這個(gè)時(shí)候，被加工配件、車(chē)刀、機(jī)床等部件都會(huì)由于環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生加工誤差。

1.3.3 刀具磨損誤差

數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行設(shè)備加工生產(chǎn)過(guò)程中必然會(huì)對(duì)機(jī)床的各種工具如連桿傳動(dòng)軸、齒輪、球頭等造成不同程度的磨損損耗，其中損耗最大的是車(chē)刀。在連續(xù)工作情況下，車(chē)刀會(huì)在高溫作用下出現(xiàn)變形、磨損，并且刀尖的磨損最嚴(yán)重，在這種情況下，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的加工誤差。另外，在對(duì)磨損刀具換刀時(shí)，若不小心劃到車(chē)床的加工面，也同樣會(huì)影響到零配件的加工精度，若同一個(gè)零配件是由不同的車(chē)刀加工而成，那么磨損程度差別較大的兩個(gè)車(chē)刀對(duì)同一個(gè)零配件的加工也會(huì)存在誤差。

1.4 系統(tǒng)編碼設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

1.4.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)誤差

數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)是引起加工誤差的主要原因。數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行操作之前，必須對(duì)數(shù)控參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)校對(duì)和設(shè)置。首先要對(duì)需加工零配件的外形尺寸進(jìn)行精確測(cè)量，并與機(jī)床的數(shù)控編譯基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校對(duì)，并詳細(xì)的設(shè)置具體的加工控制參數(shù)。如果其中的某些具體參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)控制加工誤差。例如，當(dāng)對(duì)編碼器波特率的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時(shí)，若設(shè)置不當(dāng)，就會(huì)使零配件的螺紋在后續(xù)的加工過(guò)程中虛線嚴(yán)重的螺紋誤差;再例如當(dāng)進(jìn)行Goo指令設(shè)置控制的過(guò)程中，若設(shè)置的控制參數(shù)過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度過(guò)大，那么在停止過(guò)程中電機(jī)所用時(shí)也會(huì)變大，并且停運(yùn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生更大的誤差。

1.4.2 脈沖編碼器數(shù)字化處理誤差

在數(shù)控車(chē)床運(yùn)行過(guò)程中，脈沖編碼器會(huì)根據(jù)加工圖紙尺寸規(guī)格要求對(duì)步進(jìn)電機(jī)下發(fā)脈沖指令，以控制主動(dòng)軸和傳動(dòng)軸進(jìn)行精確加工。而根據(jù)加工零配件確定的脈沖當(dāng)量值對(duì)車(chē)床的加工精度起決定性作用。但車(chē)床對(duì)零配件進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化時(shí)，當(dāng)尺寸轉(zhuǎn)化為脈沖當(dāng)量時(shí)，只能進(jìn)行整數(shù)的脈沖當(dāng)量值轉(zhuǎn)換，這必然會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的脈沖轉(zhuǎn)換誤差。

1.4.3 程序編制處理誤差

數(shù)控機(jī)床的加工處理過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)加工零配件進(jìn)行數(shù)字化編程處理的過(guò)程，而在這個(gè)過(guò)程中，首先需要的就是對(duì)數(shù)控機(jī)床的編程原點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。這是進(jìn)行數(shù)控加床加工的參考起點(diǎn)，所有的零配件的加工都要根據(jù)編程原點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)的編譯，若編程原點(diǎn)的確認(rèn)出現(xiàn)誤差，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)零配件的加工出現(xiàn)誤差。此外，在對(duì)零配件進(jìn)行坐標(biāo)編譯后，要與編程原點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并根據(jù)圖紙尺寸設(shè)置合理的公差，若公差設(shè)置不合理，也會(huì)導(dǎo)致加工出來(lái)的產(chǎn)品出現(xiàn)誤差。

2? 誤差改進(jìn)措施

2.1 提高設(shè)備精度和性能

數(shù)控機(jī)床隨著技術(shù)發(fā)展和精度需求提升，其加工的精度也有了很大的提升，但在機(jī)械精度要求不斷提高的情況下，機(jī)床的精度和性能也需要持續(xù)性優(yōu)化和提升。例如開(kāi)發(fā)出高檔液壓全數(shù)字化數(shù)控機(jī)床，會(huì)顯著降低機(jī)床驅(qū)動(dòng)過(guò)程中加速和減速慣性誤差。通過(guò)提升車(chē)床的承載能力和導(dǎo)軌精度，有效提高車(chē)床的振動(dòng)扭曲，在保證車(chē)床穩(wěn)定性的同時(shí)，減少車(chē)床重量。另外，對(duì)于車(chē)床的車(chē)刀也要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，力求在設(shè)備加工過(guò)程中保持車(chē)刀穩(wěn)定性。

2.2 伺服系統(tǒng)誤差校正

伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)各坐標(biāo)組運(yùn)動(dòng)的重要?jiǎng)恿?lái)源，它可以根據(jù)不同的加工要求靈活設(shè)定加工軌跡，并且能達(dá)到0.1微米的精確加工精度，加上它在控制車(chē)刀加工速度范圍和調(diào)整傳動(dòng)組扭矩方面具有相當(dāng)?shù)撵`活性，因此為確保伺服系統(tǒng)的精準(zhǔn)性，首先要陪伺服系統(tǒng)配備高質(zhì)量、高性能的元器件，此外，對(duì)于伺服系統(tǒng)在加工圓弧和直線過(guò)程中的誤差影響，要靈活的選取伺服進(jìn)給系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)控制類(lèi)型，通過(guò)開(kāi)環(huán)增效來(lái)校正伺服系統(tǒng)的誤差。

2.3 誤差補(bǔ)償

在數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，誤差是不可避免的，但我們可以針對(duì)性的在加工之前設(shè)定好誤差的補(bǔ)償值，例如刀尖磨損誤差、圖紙測(cè)量誤差、脈沖轉(zhuǎn)換誤差等都可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)降低和減少，從而提高機(jī)床的加工精度。在機(jī)床的誤差補(bǔ)償過(guò)程中，需要根據(jù)不同的設(shè)備類(lèi)型和生產(chǎn)工藝進(jìn)行誤差補(bǔ)償設(shè)置，并通過(guò)硬件提升和軟件設(shè)置相結(jié)合的方式進(jìn)行誤差彌補(bǔ)，消除在實(shí)際的加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生誤差的因素。強(qiáng)化前期的預(yù)防處理，提高車(chē)床的工作環(huán)境，優(yōu)化軟件的編程方案，從而提高機(jī)床加工的質(zhì)量和效率，確保零配件加工的精度。

2.4 加強(qiáng)保養(yǎng)、降低磨損

數(shù)控機(jī)床在使用過(guò)程中的磨損是不可避免的，但良好的操作規(guī)范和加工工藝可以顯著降低磨損，這就要求在實(shí)際加工過(guò)程中必須提高操作人員的職業(yè)素養(yǎng)，嚴(yán)格按照明確的工藝流程要求進(jìn)行加工操作，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督。對(duì)于設(shè)備根據(jù)規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行定期保養(yǎng)、定期更換零配件。切實(shí)提高一線操作人員的責(zé)任感和技術(shù)熟練程度，降低因設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致的誤差，提高零配件的加工精度。同時(shí)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工環(huán)境要求，高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的打造一個(gè)防塵、降溫、減震的環(huán)境條件。

3? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程中，有很多可能會(huì)導(dǎo)致加工出現(xiàn)誤差的情況出現(xiàn)，我們?cè)诰唧w的使用過(guò)程當(dāng)中，要根據(jù)具體的問(wèn)題進(jìn)行具體分析，對(duì)每個(gè)可能產(chǎn)生加工誤差的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析探究，找出出現(xiàn)誤差的根本原因，如是設(shè)備工藝、環(huán)境影響、系統(tǒng)設(shè)置還是機(jī)械傳動(dòng)等，然后再據(jù)此采取更進(jìn)一步的改進(jìn)措施，例如選取更經(jīng)久耐用的元器件、優(yōu)化編程設(shè)計(jì)等提升數(shù)控加工的精度和質(zhì)量，生產(chǎn)出更精準(zhǔn)的零配件。

通過(guò)本文的綜合歸納分析，希望能促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際生產(chǎn)使用過(guò)程中誤差發(fā)生概率的降低，更進(jìn)一步的發(fā)揮出數(shù)控機(jī)床在我國(guó)機(jī)械制造加工中的重大作用，從而促進(jìn)我們經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)一步快速發(fā)展。

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