提高數(shù)控加工精度方法的研究

福建 呂明霞

提高數(shù)控加工精度方法的研究

福建 呂明霞

數(shù)控機(jī)床在職業(yè)院校實(shí)訓(xùn)場所和相應(yīng)機(jī)械加工企業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛,對于數(shù)控機(jī)床加工的精度要求也越來越高，筆者對影響數(shù)控加工精度的因素進(jìn)行了多方位分析,并在此基礎(chǔ)上對提高數(shù)控機(jī)床加工精度常見的方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。對于正確選擇和應(yīng)用數(shù)控機(jī)床有一定的指導(dǎo)作用。

數(shù)控機(jī)床；加工精度

前言

隨著制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的應(yīng)用已越來越廣泛，但與普通機(jī)床一樣也存在著加工誤差。誤差不僅在加工過程中由于機(jī)床的精度而形成，而且還受控制器插補(bǔ)精度、反向偏差、定位精度和重復(fù)定位精度、工藝措施、程序編制等因素的影響。我們可以通過采取適當(dāng)?shù)拇胧?，來減小這些誤差，并提高機(jī)床的加工精度，更好地保證零件的加工質(zhì)量。

一、插補(bǔ)精度

1.插補(bǔ)誤差

插補(bǔ)就是根據(jù)零件輪廓的形狀，在已知的特點(diǎn)之間插入一些中間點(diǎn)的過程，以此來協(xié)調(diào)各控制軸的運(yùn)動(dòng)軌跡。在插補(bǔ)過程中，由于插入的中間點(diǎn)經(jīng)常處在理論輪廓之外，而導(dǎo)致加工出的實(shí)際輪廓與理論輪廓不一致，由此產(chǎn)生插補(bǔ)誤差。

2.減小插補(bǔ)誤差的措施

用減小插補(bǔ)間距來減小近似運(yùn)算的誤差。插補(bǔ)誤差是由許多因素決定的，有些因素是硬件方面的，例如：機(jī)床的分辨率太小等。有些則是軟件方面的。硬件上則可選擇精度高的數(shù)控系統(tǒng)、控制單元和伺服電動(dòng)機(jī)；軟件上則可通過改變插補(bǔ)的形式及運(yùn)算方法加以控制。

二、反向偏差和定位精度

數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度，對于這二者的測定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑。

1.反向偏差

在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上傳動(dòng)副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動(dòng)時(shí)形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動(dòng)量。反向偏差會(huì)影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。

（1）反向偏差的測定

在所測坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一段距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次)，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。測量直線運(yùn)動(dòng)軸的反向偏差時(shí)，測量工具通常采有千分表或百分表，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。

（2）反向偏差的補(bǔ)償

一般的數(shù)控機(jī)床，通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個(gè)參數(shù)地址，專供存儲(chǔ)各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個(gè)軸被指令改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，數(shù)控裝置會(huì)自動(dòng)讀取該軸的反向間隙值，對坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正，使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機(jī)床精度的不利影響。圖1為GSK928TC反向間隙補(bǔ)償參數(shù)列表，將所測得的Z、X軸反向間隙誤差，存入P07、P08兩個(gè)補(bǔ)償參數(shù)中，重新上電即可。

圖1GSK928TC反向間隙補(bǔ)償

2.定位精度

定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置精度，它與機(jī)床的幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響。

（1）定位精度的測定

目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析，利用激光干涉測量原理，以激光實(shí)時(shí)波長為測量基準(zhǔn)，所以提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測方法如下：

①安裝雙頻激光干涉儀；

②在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置(如圖2)；

圖2 軸方向光學(xué)測量裝置的安裝

③調(diào)整激光頭，使測量軸線與機(jī)床移動(dòng)軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直；

④待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；

⑤按規(guī)定的測量程序?qū)\(yùn)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行測量；

⑥數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。

（2）定位精度的補(bǔ)償

若通過RS232接口將計(jì)算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來，用自動(dòng)校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床定位精度的自動(dòng)檢測及自動(dòng)螺距誤差補(bǔ)償（如圖3），其補(bǔ)償方法如下：備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)：由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機(jī)床CNC程序，并傳送給CNC系統(tǒng)；自動(dòng)測量各點(diǎn)的定位誤差：根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給CNC系統(tǒng)，螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成；重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。

圖3 數(shù)控機(jī)床精度測試和補(bǔ)償系統(tǒng)框圖

采用以上方法對機(jī)床各坐標(biāo)軸的定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和補(bǔ)償，可以很好地減小或消除機(jī)床誤差對機(jī)床精度的不利影響，提高機(jī)床的定位精度，使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài)，從而保證零件的加工質(zhì)置。

三、編程注意事項(xiàng)

程序可以由手工編制，也可以由計(jì)算機(jī)編程軟件自動(dòng)編程。各數(shù)控系統(tǒng)的編程方法均大同小異，但計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序是機(jī)械的，對于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)，其加工能力相對較低。所以其程序必須通過精心編制，以提高其加工精度。

1.盡量用絕對方式編程，可減小數(shù)控系統(tǒng)的累積誤差

絕對方式編程以某一固定點(diǎn) (工件坐標(biāo)原點(diǎn))為基準(zhǔn)，每一段程序和整個(gè)加工過程都以此為基準(zhǔn)。而增量方式編程，是以前一點(diǎn)為基準(zhǔn)，連續(xù)執(zhí)行多段程序必然產(chǎn)生累積誤差。

2.插入回參考點(diǎn)指令

機(jī)床回參考點(diǎn)時(shí)，會(huì)使各坐標(biāo)清零，這樣便消除了數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算的累積誤差。在較長的程序中適當(dāng)插入回參考點(diǎn)指令有益于保證加工精度。有換刀要求時(shí)，可回參考點(diǎn)換刀，這樣一舉兩得。

四、合理加工路線提高加工精度

合適的加工路線是提高加工精度的重要保障，刀具的切向切入和切向切出是始終要堅(jiān)持的一個(gè)原則。另外，在鉆孔、鏜扎時(shí)要正確考慮刀具的引入長度和超出長度，特別是在數(shù)控車床上車削螺紋時(shí)，要有合適大小的引入長度和超出長度，這樣才能避免在進(jìn)給機(jī)構(gòu)加速或減速階段進(jìn)行切削，保證主軸轉(zhuǎn)速和螺距之間的速比關(guān)系。

五、結(jié)束語

影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素主要存在于電氣和機(jī)械甚至編程和工藝措施上。但只要我們充分利用各種監(jiān)測、測量儀器，結(jié)合多種學(xué)科知識(shí)，從多方面綜合考慮分析，經(jīng)過深入的檢查、分析，應(yīng)用軟件補(bǔ)償、工藝編程、機(jī)械調(diào)整等措施還是可以保證數(shù)控機(jī)床的精度的。

福建省廈門技師學(xué)院）