數(shù)控機床機械加工精度提升中誤差補償法的實踐研究

趙秀芹

摘 要：誤差問題是數(shù)控領(lǐng)域的常見問題。硬件靜態(tài)補償法等誤差處理方法的應(yīng)用，可以讓數(shù)控機床的機械加工精度得到有效提升。本文主要從數(shù)控機床機械加工中的誤差因素的內(nèi)容入手，對基于機械加工精度提升的誤差補償法進行了分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；機械加工；精度提升；誤差補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.020

0 前言

隨著機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控加工對機械工件額精度要求表現(xiàn)出了逐漸提高的特點，在數(shù)控加工設(shè)備的精度進行了不斷更新的情況下，誤差補償機制的應(yīng)用，成為了提升工件加工精度的一項重要措施。在科學技術(shù)不斷進步的現(xiàn)代社會，數(shù)控機床加工精度的提升，可以在對機械工業(yè)的加工水平進行提升的基礎(chǔ)上，為我國國防能力和科學水平的發(fā)展提供幫助。

1 數(shù)控機床機械加工中的誤差因素

（1）加工原理誤差。加工原理誤差是數(shù)控機床機械加工中的一種常見誤差。加工技術(shù)、機床的刀具輪廓和傳動比等因素是這一誤差的主要影響因素[1]。從加工原理誤差的產(chǎn)生原因來看，在數(shù)控機床的實際加工過程中，實際應(yīng)用的加工原理和理論上的差距，是引發(fā)誤差問題的一個重要原因。第二，數(shù)控機床實際加工中所采用模具與理論模具之間的差異性會在刀具輪廓的加工工作帶來一定的誤差。從理論上看，數(shù)據(jù)加工對加工刀具的曲面有著較為嚴格的要求，但是在實際生產(chǎn)中，應(yīng)用于數(shù)控加工的刀具的曲面只能用弧線或直線等線形曲面進行替代，這就會讓數(shù)控加工的實際結(jié)果與理論結(jié)果之間產(chǎn)生一定的差異性。

（2）工藝系統(tǒng)誤差。工藝系統(tǒng)誤差與機械零件的受力點位置和機械加工的受力程度之間存在著一定的聯(lián)系。從機械加工的生產(chǎn)實際來看，數(shù)控系統(tǒng)的切削著力點會隨著切削位置的變化而產(chǎn)生一定的變化。二者的變化會讓加工零件的受力點產(chǎn)生一定的變化。受力點的變化是加工誤差的產(chǎn)生因素。在工件的受力點在機械加工中不斷變化的情況下，不同受力點所承受的切削程度會表現(xiàn)出一定的差異性。零件自身在材質(zhì)、行諸強和尺寸等方面所表現(xiàn)出來的差異性，也會讓零件在數(shù)控加工階段表現(xiàn)出上述問題。

2 數(shù)控機床機械加工精度提升誤差補償技術(shù)的實踐分析

（1）硬件靜態(tài)補償法。硬件靜態(tài)補償法是通過添加外部硬件結(jié)構(gòu)的方式進行機械加工精度控制的方法。在外力的作用下，外部硬件結(jié)構(gòu)可以讓機床的運用副位置產(chǎn)生與誤差方向相反的運動。螺距校正尺的應(yīng)用可以對絲杠之間的螺距進行處理。但是從這一技術(shù)的應(yīng)用情況來看，它只能在機床停止以后，通過數(shù)值調(diào)整和硬件參數(shù)調(diào)整的方式進行誤差補償。

（2）靜態(tài)補償法和動態(tài)補償法的綜合應(yīng)用。動態(tài)補償法是在數(shù)控加工工作的進行過程中，從機床的工況和環(huán)境條件等因素入手，進行參數(shù)補償?shù)恼`差補償措施。它可以從加工的實施狀況入手進行誤差補償。靜態(tài)補償法與動態(tài)補償法之間的綜合應(yīng)用，可以對硬件靜態(tài)補償法在實際應(yīng)用過程中存在的一些缺陷進行補償。

（3）進給伺服系統(tǒng)補償法。在數(shù)控機械之中，伺服系統(tǒng)對各個加工坐標軸進行驅(qū)動的傳動裝置，在實際應(yīng)用過程中，這一系統(tǒng)可以進行正反兩個方向的驅(qū)動工作。從數(shù)控機床機械加工對加工軌跡的要求來看，這一系統(tǒng)在正向運動及反向運動的進行過程中，可以將加工控制精度精確至0.1微米。調(diào)速范圍廣和響應(yīng)過程的快速性是這一系統(tǒng)的主要特點。開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng)是系統(tǒng)的主要組成部分。步進電機在開環(huán)控制系統(tǒng)中發(fā)揮著較為重要的作用。它的角位移和線位移與機床的脈沖數(shù)之間呈現(xiàn)的是一種正相關(guān)的關(guān)系，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率之間也可以表現(xiàn)出一種正相關(guān)關(guān)系。將數(shù)控機床的指令脈沖轉(zhuǎn)化為電機輸出軸的旋轉(zhuǎn)運動，是開環(huán)控制系統(tǒng)對數(shù)控生產(chǎn)過程進行控制的表現(xiàn)。對指令脈沖進行控制，是利用開環(huán)系統(tǒng)進行誤差補償?shù)挠行Т胧?。閉環(huán)伺服系統(tǒng)的驅(qū)動裝置為直流伺服電動機或交流伺服電動機。它可以借助檢測裝置的作用，將機床工作臺的實際位移情況反饋至數(shù)控裝置的比較器中，進而對指令位移信號進行比較。位置控制單元和速度控制單元是半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的主要內(nèi)容。在這一系統(tǒng)用中，光電脈沖編碼器所發(fā)乎的脈沖發(fā)揮的是位置信號反饋作用和測速信號的作用。它可以在對伺服電機的轉(zhuǎn)速進行控制Hi的基礎(chǔ)上，對加工誤差進行降低。

（4）G代碼修改補償法。G代碼是數(shù)控機床生產(chǎn)實踐領(lǐng)域經(jīng)常應(yīng)用的一種實踐語言[2]。刀具補償功能是這一系統(tǒng)中的主要功能。在對刀位信息進行修改的基礎(chǔ)上，對誤差范圍進行補償，是G代碼的刀具補償功能的主要表現(xiàn)。從誤差補償機制的應(yīng)用時間來看，五軸機床誤差補償模型的構(gòu)建，可以對CAM軟件所生成的一些初始刀位進行修改。在對G代碼進行修改的過程中，相關(guān)工作人員需要對工件的幾何形狀進行確定，進而在對工藝過程和刀具軌跡進行確定的基礎(chǔ)上，完成機械加工的誤差補償工作。針對一些工作量相對較大、零件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的誤差補償工作，工作人員在對G代碼進行修改的過程中需要借助計算機的輔助作用完成編程工作。

（5）坐標偏置補償法。在數(shù)控機床加工實踐領(lǐng)域，坐標偏置補償法對以下幾種機制進行了應(yīng)用：意識數(shù)控系統(tǒng)的坐標原點偏移機制；二是參照位置等信號的反饋機制。在數(shù)控加工的實際操作過程中，零件加工的誤差校對機制建立在數(shù)控系統(tǒng)的直觀顯示過程之中。在誤差現(xiàn)象產(chǎn)生以后，操作人員可以在對原點坐標進行重新設(shè)置的基礎(chǔ)上，對誤差現(xiàn)象進行補償。從這一誤差補償方法在加工實踐中的應(yīng)用效果來看，它主要適用于一些三軸坐標基礎(chǔ)上的數(shù)控機床之中。

3 結(jié)論

誤差補償法在數(shù)控機床加工實踐中的應(yīng)用，可以讓數(shù)控機床的機械加工精度得到有效的提升，也可以讓數(shù)控機床的經(jīng)濟效益得到提升。在對數(shù)控機床機械加工的零件精度進行嚴格控制的基礎(chǔ)上，在原有數(shù)控機床的基礎(chǔ)上，利用科學化的技術(shù)手段對零件設(shè)計的理論值進行優(yōu)化，可以讓數(shù)控加工技術(shù)更好地使用高精度化、高質(zhì)量化的生產(chǎn)需求。誤差補償技術(shù)的創(chuàng)新，可以為一些精密工程的發(fā)展提供幫助。

參考文獻：

[1]王少彬.數(shù)控機床機械加工精度提升中誤差補償法的實踐研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（10）：163.

[2]牛鵬程.數(shù)控機床熱誤差建模理論技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學，2014.endprint