馮洪華，曾增權(quán)，鄭啟貴

（珠海格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

超精密加工體現(xiàn)了工業(yè)的實力，對于工業(yè)加工精度和穩(wěn)定性的研究一直是世界加工領(lǐng)域的難題。在這個問題上，現(xiàn)階段的加工控制方式已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是在影響因素和評價方法上，依然有很多應(yīng)用需要改進(jìn)和完善[1]。

2 測試環(huán)境溫度對機(jī)床加工精度的影響

測試環(huán)境溫度對機(jī)床加工精度的影響，在同一時間內(nèi)，從復(fù)測試定位精度，如圖1所示。

（1）現(xiàn)象分析：要實現(xiàn)精度要在±0.005mm的加工精度，加工環(huán)境必需控制在恒溫22℃。

圖1 定位精度測試

（2）解決方法：作以下操作，消除冷機(jī)與熱機(jī)時的精度誤差，如圖2所示。

注意事項：①坐標(biāo)的建立在工作臺中間；②根據(jù)機(jī)床行程進(jìn)行更改XY的范圍。

圖2 消除冷熱機(jī)時精度誤差

3 測試主軸加工發(fā)熱后，加工精度的變化

經(jīng)測試，主軸在停機(jī)啟動后預(yù)熱10s對刀后進(jìn)行加工，與預(yù)熱180s后進(jìn)行對刀進(jìn)行加工，分別要同一平面上進(jìn)行加工，檢測出預(yù)熱180s后進(jìn)行對刀加工的，兩臺階相差0.005mm 左右。當(dāng)預(yù)熱180s 后，再曾加預(yù)熱250s，加工出來的結(jié)果不變，在0.001mm的范圍內(nèi)。

現(xiàn)象分析：精加工前先預(yù)熱主軸，確保加工過程中不會因主軸因溫度變化，而導(dǎo)致到加工過程中Z方向的精度發(fā)生變化。

解決方法：采取圖3所示的方法進(jìn)行補(bǔ)正。

圖3 補(bǔ)正方法

注意：后處理出來的NC 程式默認(rèn)為10s，所以編程員需要在NC程式中手動更改。

4 消除過數(shù)誤差

用探頭分中過數(shù)后，在四周加工基準(zhǔn)，分別檢測各臺階的值，檢測實際加工與過數(shù)的誤差。

實際的加工過程中發(fā)現(xiàn)，分中加工四周，分別檢測四周臺階，如果過數(shù)與加工一致的，臺階的檢測數(shù)應(yīng)該是一樣的。但是，如圖4所示，臺階有誤差，分中過數(shù)的誤差達(dá)0.002～0.014mm。

圖4 臺階誤差

解決方法：測試臺階修正。對正和臺階的相對值，然后按相差值進(jìn)行補(bǔ)償：

（1）當(dāng)-0.05mm 余量加工出臺階后，利用機(jī)床的在機(jī)檢測功能，用光電探頭檢測四周分中的數(shù)值。

（2）再用千分表檢測四周臺階差的對稱程度。

（3）結(jié)合在機(jī)檢測與千分表測數(shù)來判斷本工序是否存過數(shù)誤差。當(dāng)發(fā)生偏中時，把偏中數(shù)在機(jī)床上偏置回來后，再-0.10mm 加工基準(zhǔn)。加工完后，從新按上述方法進(jìn)行檢驗。

（4）如果檢驗結(jié)果還是偏位，繼續(xù)在原負(fù)量的基礎(chǔ)上，再-0.05mm加工，直至檢驗合格為止。

5 消除檢測誤差

校正探頭，在機(jī)檢測過程中探頭起到了關(guān)系性的作用，所以探頭精度必須控制，每一次從刀庫里取出來都需要檢測同心度，利用千分表進(jìn)行檢測，同心度需要效正到0.002mm的范圍內(nèi)。

加工前先檢測探頭分中偏差：

（1）先用千分表校驗探頭同軸度，精度要求在2μm 內(nèi)。

（2）再用探頭分中校正規(guī)外圓，得出圓心位置坐標(biāo)值（記錄此時探頭角度位置）。

（3）然后機(jī)頭歸圓心點，用千分表手動拉表外圓，觀察圓度跳動。

（4）手動調(diào)整機(jī)頭位置點，校正圓度跳動在3μm 內(nèi)。

（5）記錄誤差值，探頭分中后進(jìn)行坐標(biāo)值補(bǔ)償。

6 消除刀具誤差

用6R0.5mm 的刀具加工平面時，如圖5 所示，正常參數(shù)會產(chǎn)生振刀紋。試驗更改參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)毒唛L度大于4 倍，且余量少于0.04mm 加工時，就會產(chǎn)生這和現(xiàn)象。

圖5 振刀紋

現(xiàn)象分析與解決方法：為了避免零件在加工過程中變形，使用6R0.5mm的刀具加工，刀具較小，剛性不足，所以將刀具長度按制在4倍以下，盡可能裝短，并調(diào)整加工參數(shù)。效果如下：

（1）一方面，購買的刀具存在一定加工誤差，所以當(dāng)加工精密零件時，要求現(xiàn)場挑選和使用精度在±0.005mm公差范圍內(nèi)的刀具。

（2）另一方面，采用左補(bǔ)償?shù)姆椒?，通過機(jī)床的對刀儀進(jìn)行刀具的檢測，測出來的誤差值，再通過機(jī)床的左補(bǔ)償功能，進(jìn)行對刀路軌跡的補(bǔ)正，從而現(xiàn)實對小于5°的陡峭面精度控制在±0.005mm的加工技術(shù)。

左補(bǔ)償?shù)墓δ苁切露鄼C(jī)床都具備的，指令是G43。但是，以往使用時只局限于人工手動輸入相對應(yīng)的值進(jìn)行補(bǔ)償再進(jìn)行加工，使用不方便也不夠智能，所以在模具加工行業(yè)基本上不用。

所以提出在加工時，進(jìn)行刀具直徑的檢測后，機(jī)床按照檢測出來的數(shù)據(jù)進(jìn)行與理論值進(jìn)行求差，得出誤差值自動輸入到機(jī)床的相應(yīng)的IP地址，調(diào)用程序時自動執(zhí)行左補(bǔ)償?shù)墓δ埽瑥亩F(xiàn)實精度控制在±0.005mm的加工技術(shù)。

經(jīng)過羅德斯機(jī)床的工程師和編程軟件的工程師的共同努力下，終于實現(xiàn)羅德斯機(jī)床的左補(bǔ)償功能，可以現(xiàn)實自動檢測刀具直徑的誤差值，實現(xiàn)左補(bǔ)償自動補(bǔ)正功能。因左補(bǔ)償是以2D 的方式進(jìn)行的，所以只對小于5°的陡峭面效果較好。

數(shù)控加工刀具直徑有誤差，要加工出超高精零件必須要半徑左補(bǔ)償，但在NC 里半徑左補(bǔ)償有很多限制，不然很容易出錯。

以下是左補(bǔ)償使用規(guī)范：

（1）限制只有等高策略（不能用螺旋下刀）才能使用半徑左補(bǔ)償。

（2）只能用于順銑加工。

（3）只能用于純直身和5°以下的斜頂（不能有R角）。

（4）在NC里刀具補(bǔ)償?shù)陌霃竭x“左”。

（5）所有用了左補(bǔ)償?shù)牡堵?，都要把編程公差設(shè)為0.001mm。

7 結(jié)語

通過以上分析可以得知，數(shù)控超精密加工過程中，機(jī)床自身加工精度、刀具切削力、刀具擺動、磨損量、程序參數(shù)等因素都會對超精密加工最終結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，提升數(shù)控加工精度應(yīng)該從多個角度入手，通過選用合理控制方法，根據(jù)加工需求與數(shù)控機(jī)床特點，進(jìn)行合理編程，從系統(tǒng)上提升加工精確度。此外，實際加工路線對于數(shù)控加工機(jī)床的加工效果也有著重要影響，刀具進(jìn)退以及具體加工方式如果不得當(dāng)，都會導(dǎo)致加工零件達(dá)不到預(yù)期超精密加工效果。本文提出的其中幾點要素及解決方案，希望能對同行有所幫助，共同推進(jìn)我國機(jī)加工行業(yè)健康發(fā)展。