機(jī)械手加工工藝誤差分析及改進(jìn)措施

□周 微 張 波

一、引言

眾所周知，機(jī)械手的應(yīng)用越來越廣泛，特別是近年來機(jī)械手的控制系統(tǒng)越來越成熟，機(jī)械手的國(guó)產(chǎn)化也日趨完善。機(jī)械工業(yè)的發(fā)展依賴于機(jī)械加工工藝技術(shù)，機(jī)械手臂的加工、制造和安裝需要諸多的工藝才能順利完成，本文結(jié)合實(shí)際機(jī)械手臂關(guān)節(jié)的加工談?wù)剻C(jī)械加工工藝對(duì)機(jī)械手臂的精度影響。

二、機(jī)械手加工誤差產(chǎn)生的原因

機(jī)械手臂由若干個(gè)關(guān)節(jié)組成，各個(gè)關(guān)節(jié)需要裝配在一起，因此對(duì)每一個(gè)關(guān)節(jié)的精度要求都是比較高的，由機(jī)床裝備在加工中產(chǎn)生的誤差有以下幾方面。

(一)機(jī)床制造誤差。在機(jī)械手的加工中，一般都采用數(shù)控機(jī)床或者加工中心完成。雖然數(shù)控機(jī)床的加工精度比較高，但是也不能完全消除誤差。數(shù)控機(jī)床的誤差主要由三方面組成，傳動(dòng)鏈誤差、主軸回轉(zhuǎn)誤差和導(dǎo)軌誤差［1］。在車床上加工機(jī)械手時(shí)，主軸的回轉(zhuǎn)誤差對(duì)加工精度影響較大，特別在外圓和內(nèi)孔加工時(shí)，主軸在回轉(zhuǎn)過程中的偏移會(huì)對(duì)機(jī)械手關(guān)節(jié)的精度造成較大的影響，所以在車床加工中要重點(diǎn)關(guān)注主軸回轉(zhuǎn)誤差。導(dǎo)軌是機(jī)床的一個(gè)重要組成部分，刀架等運(yùn)動(dòng)部件直接安裝在導(dǎo)軌上邊，導(dǎo)軌的精度直接決定刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡。導(dǎo)軌的誤差分為兩個(gè)方面，一是導(dǎo)軌自身制造精度，比如平面度、平行度等等;二是在安裝過程中所產(chǎn)生的誤差，比如安裝的間隙等引起的誤差。

(二)刀具幾何誤差。在機(jī)械手的加工中，選擇刀具十分重要。刀具在加工過程中產(chǎn)生磨損，將會(huì)影響加工精度。刀具材料不同，磨損的速度不同?，F(xiàn)在，高硬度、耐高溫、長(zhǎng)壽命的刀具越來越多，從以前的硬質(zhì)合計(jì)刀具到現(xiàn)在較流行的PCB 刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具和金剛石刀具，它們?cè)诩庸ぶ袘?yīng)用越來越廣泛并取得了很好的效果［2］。刀具幾何角度的合理選擇也十分重要，其中主偏角、刀尖角、副偏角、前角、后角的合理選擇能夠保證加工的事半功倍，為了防止徑向切削力造成工件彎曲變形，主偏角應(yīng)取大一些，端面和臺(tái)階面的主偏角在93°左右比較合適，當(dāng)主偏角75°粗加工時(shí)，刀具的散熱和強(qiáng)度性能都是最好的。但是只選擇好的刀具還是不夠的，加工中的不斷磨損會(huì)使刀具產(chǎn)生幾何變化。在這時(shí)，一個(gè)較好的解決辦法是通過數(shù)控機(jī)床自帶的刀具磨損補(bǔ)償功能來補(bǔ)償由于加工中磨掉的部分，這種方法不用修改數(shù)控程序，方便操作，能夠取得較好的效果。

(三)定位誤差。定位元件不準(zhǔn)確和基準(zhǔn)不重合都是產(chǎn)生定位誤差的原因。特別是在數(shù)控車床加工機(jī)械手臂關(guān)節(jié)時(shí)候，常常選擇三爪夾盤作為定位夾緊元件，雖然使用比較方便便捷，但是其定位精度不高(大約在0．05～0．15mm 之間)，容易影響機(jī)械手的加工精度，因此可選擇四爪單動(dòng)夾盤裝夾，其通過找正后定位精度較高(0．01mm)，并且夾緊力比較大［3］。另外，在加工過程中，盡量要滿足基準(zhǔn)重合原則，避免由于基準(zhǔn)不重合帶來的定位誤差。另外在粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)的選擇中也要遵循其各項(xiàng)原則，比如重要表面原則、余量均勻原則等等。

(四)工藝系統(tǒng)變形誤差。工藝系統(tǒng)在加工工件時(shí)受到外力作用，受力的器件或多或少會(huì)產(chǎn)生一定的形變，比如主軸、刀具、導(dǎo)軌等等，這些形變綜合影響到了加工精度，產(chǎn)生或多或少的誤差。

(五)加工方向的影響。在機(jī)械手關(guān)節(jié)的數(shù)控銑削加工中，順銑和逆銑方式的選擇是影響加工表面質(zhì)量的重要因素。順銑時(shí)切削力的水平分力方向與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相同，逆銑是切削力的水平分力的方向與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向相反，綜合考慮到數(shù)控銑床采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，進(jìn)給傳動(dòng)間隙很小，所以在機(jī)械手加工中順銑工藝優(yōu)于逆銑。

三、降低機(jī)械手加工誤差的措施

(一)直接減少誤差。根據(jù)對(duì)加工精度影響條件的分析，找到影響加工精度較大的因素，直接減少其誤差。比如主軸的回轉(zhuǎn)誤差影響了機(jī)械手關(guān)節(jié)的質(zhì)量，則需要調(diào)整主軸的回轉(zhuǎn)精度，必要時(shí)更換機(jī)床。當(dāng)車削末端機(jī)械手關(guān)節(jié)時(shí)，由于關(guān)節(jié)細(xì)長(zhǎng)，在車床加工中容易產(chǎn)生形變，此時(shí)可以使用跟刀架等輔助措施直接減少誤差［4］。

(二)降低熱變形產(chǎn)生的誤差。機(jī)械手加工中會(huì)產(chǎn)生較大的切削熱，使工件的溫度升高，使刀具的溫度升高，也會(huì)使主軸的溫度升高，溫度升高會(huì)產(chǎn)生較大的形變，引起較大的誤差。因此，針對(duì)這個(gè)問題，主要的措施就是降溫。一種方法是在加工車間內(nèi)采取空調(diào)恒溫的方式，能夠取得較好的效果。另一種就是采用冷水單獨(dú)對(duì)機(jī)床降溫的方式。

(三)合理利用切削用量。數(shù)控加工中切削用量包括背吃刀量、進(jìn)給速度和切削速度，稱切削用量三要素。這三個(gè)參數(shù)的選擇，直接影響到機(jī)械手的加工質(zhì)量。切削用量的選擇原則是粗車一是考慮盡可能選擇大的背吃刀量，因?yàn)樵诖周嚰庸r(shí)，對(duì)精度要求不是很高，在機(jī)床裝備系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)選擇大的背吃刀量可以較大地提升加工效率［5］。二是選擇較大的進(jìn)給量;三是確定一個(gè)合適的切削速度。精車加工時(shí)與粗車相反，應(yīng)選用較小的背吃刀量(但是也不能太小)和進(jìn)給量，同時(shí)還要考慮刀具的各項(xiàng)參數(shù)盡可能提高切削速度，保證加工質(zhì)量和加工效率，選擇相關(guān)的參數(shù)需要查閱切削用量表。

(四)刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)用。很多操作者在數(shù)控車床中往往忽略刀尖半徑補(bǔ)償?shù)氖褂茫@樣很容易產(chǎn)生加工誤差。在實(shí)際加工中，理想刀尖點(diǎn)和實(shí)際刀尖點(diǎn)往往不重合，因此當(dāng)車削加工遇到加工錐面的情形，就會(huì)產(chǎn)生過切削和欠切削，造成偏差。因此，在數(shù)控程序中要靈活使用刀尖補(bǔ)償功能，數(shù)控機(jī)床會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償理想刀尖點(diǎn)和實(shí)際刀尖點(diǎn)產(chǎn)生的偏差［6］。

四、結(jié)語

機(jī)械手的加工也是機(jī)械加工的一種，也遵循其加工原則。在實(shí)際加工過程中應(yīng)仔細(xì)分析產(chǎn)生誤差的原因，制訂相應(yīng)的措施減小或避免誤差，使得機(jī)械手的尺寸精度和表面質(zhì)量能提升一個(gè)臺(tái)階。同時(shí)要合理制訂加工工藝路線，選擇適合的數(shù)控裝備，對(duì)提升機(jī)械手的質(zhì)量也有關(guān)鍵的影響。

［1］吳桂生．機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差與分析［J］．質(zhì)量與安全，2015，21

［2］趙會(huì)民．淺談機(jī)械加工工藝對(duì)產(chǎn)生誤差的影響及其解決措施［J］．裝備制造技術(shù)，2013，11

［3］劉偉鵬．關(guān)于機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差分析［J］．科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，32

［4］楊兆華．機(jī)械加工工藝技術(shù)的誤差與原因探究［J］．山東工業(yè)技術(shù)，2015

［5］張偉．機(jī)械加工工藝對(duì)零件加工精度的影響研究［J］．工業(yè)技術(shù)，2014

［6］劉建華．機(jī)械加工工藝對(duì)加工精度影響研究［J］．應(yīng)用研究，2014