淺談數(shù)控機(jī)床加工操作中的誤差及補(bǔ)償措施研究

葉龍

摘要：數(shù)控車床為零件加工的主要方式，對(duì)于零件加工具有較高的自動(dòng)化水平，但是就實(shí)際情況來(lái)看，零件加工經(jīng)常會(huì)因?yàn)樵O(shè)備自身或者操作不當(dāng)?shù)纫蛩叵拗?，而造成工件精度達(dá)不到專業(yè)要求，存在一定誤差。零件加工精度最終由機(jī)床刀具與零件間相對(duì)位移誤差決定，因此需要確定加工誤差存在的原因，以降低誤差為面對(duì)，采取措施進(jìn)行優(yōu)化。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床加工誤差與補(bǔ)償措施對(duì)策進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；加工；誤差；補(bǔ)償

中國(guó)機(jī)械制造業(yè)從21世紀(jì)初至今，基本上實(shí)現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的全面覆蓋，其普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)達(dá)國(guó)家。但對(duì)于其他方面尚未成熟的中國(guó)制造業(yè)而言，數(shù)控機(jī)床的引入以及其高精度、快速度等特征能否得到充分體現(xiàn)，依然是一個(gè)研究關(guān)鍵。同時(shí)，人們對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程容易產(chǎn)生認(rèn)知誤差，認(rèn)為數(shù)控機(jī)床的精度是可以完全保障的。事實(shí)上，數(shù)控機(jī)床所謂的“數(shù)字化精確度”是在理想環(huán)境下才能得到，但在現(xiàn)實(shí)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，存在大量人為的、非機(jī)械類的干擾要素，數(shù)控機(jī)床自身難免受到影響，出現(xiàn)誤差也是必然。

一、數(shù)控機(jī)床加工操作中的誤差產(chǎn)生原因

鑒于機(jī)械加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及涉及要素的復(fù)雜性，導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床加工操作中產(chǎn)生誤差的原因很多，結(jié)合本人實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，主要的原因有以下幾種：

（一）控制系統(tǒng)誤差

1.開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)中最主要的輸出誤差就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的誤差，主要有兩點(diǎn)。（1）動(dòng)態(tài)誤差。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的單步運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生一定的振蕩現(xiàn)象。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在頻率比較低的地方進(jìn)行工作時(shí)，同時(shí)還會(huì)伴有共振現(xiàn)象產(chǎn)生。（2）起停誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無(wú)論是啟動(dòng)開機(jī)還是關(guān)機(jī)停止，都需要一個(gè)過(guò)渡的過(guò)程，在這里過(guò)程里面，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和控制脈沖相比較的話，前者總是處于滯后的狀態(tài)。

2.閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

由于閉環(huán)系統(tǒng)在進(jìn)行位置檢測(cè)的時(shí)候，已經(jīng)將進(jìn)給傳動(dòng)鏈所具有的全部誤差包含進(jìn)去，所以具有相當(dāng)高的控制精度。但是，位置檢測(cè)進(jìn)行的反饋里面同時(shí)帶有諸多不穩(wěn)定因素，調(diào)試工作進(jìn)行起來(lái)具有很大難度。（1）檢測(cè)裝置通常具有制造誤差和安裝誤差，這兩種誤差會(huì)引起反饋系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。 （2）機(jī)床零件與機(jī)構(gòu)之間經(jīng)常有誤差產(chǎn)生，所以檢測(cè)裝置在檢測(cè)的時(shí)候同樣會(huì)出現(xiàn)誤差，這樣一來(lái)得到的測(cè)量值就不再真實(shí)可靠。

（二）傳動(dòng)系統(tǒng)誤差

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸運(yùn)行時(shí)，需要經(jīng)過(guò)升降速階段，但是因?yàn)椴煌愋蛿?shù)控機(jī)床性能不同，其升降速率便會(huì)存在一定的差異。在零件外形輪廓切削時(shí)，拐角位置出現(xiàn)超程或者過(guò)切問(wèn)題，形成零件加工誤差。針對(duì)此類誤差，在對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要在拐角位置選擇變化的進(jìn)給速度，接近拐角位置時(shí)減速，通過(guò)拐角后加速。

（三）編制程序誤差

這一點(diǎn)誤差主要是由數(shù)控編程軟件的過(guò)程中產(chǎn)生，屬于一種插補(bǔ)誤差，也就是借助直線或圓弧段在于零件輪廓進(jìn)行逼近的時(shí)候產(chǎn)生出來(lái)的一種誤差，在對(duì)零件加工精度起到影響的因素里面，這是非常重要的一個(gè)原因。

（四）刀具磨損誤差

當(dāng)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行連續(xù)工作時(shí)，被加工的零件材料和刀具本身都處在高溫高壓力的環(huán)境里面，刀尖一般都會(huì)出現(xiàn)很大的磨損，這樣也會(huì)導(dǎo)致一定的誤差出現(xiàn)。最開始工作的時(shí)候，刀尖磨損的速度會(huì)比較快，后來(lái)就會(huì)越變?cè)叫。钡阶詈笤俅纬霈F(xiàn)逐漸加快的趨勢(shì)。

二、數(shù)控機(jī)床加工操作中減小誤差的補(bǔ)償措施

在實(shí)際的操作當(dāng)中，數(shù)控機(jī)床加工零件是不可能避免不產(chǎn)生任何誤差的，但是如果針對(duì)數(shù)控機(jī)床在操作上進(jìn)行一定的改進(jìn)，那么就會(huì)有效地在合理范圍內(nèi)對(duì)誤差進(jìn)行一定的控制。

（一）降低系統(tǒng)誤差

一是要控制好元件的質(zhì)量，選用的步進(jìn)角度要在符合電機(jī)要求的前提下保證最小；二是驅(qū)動(dòng)電路必須完好無(wú)損，結(jié)合步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制環(huán)節(jié)，選取最優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電路完成作業(yè)；三是要注意大型設(shè)備運(yùn)行所需的精確度，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。

（二）提高對(duì)數(shù)控機(jī)床的程序編寫的要求

程序編寫直接影響著數(shù)控機(jī)床批量化生產(chǎn)的效果，在零件進(jìn)行數(shù)控加工之前，必須要把具有一定可行度的加工程序編寫出來(lái)，編寫程序通常來(lái)說(shuō)有兩種方法：其一，采取手工編程的方式，這在大量嵌入式設(shè)備中具有體現(xiàn)，其二則是利用計(jì)算機(jī)輔助軟件編程，筆者比較傾向于這一種，計(jì)算機(jī)輔助編程的方式可以規(guī)避很多人為失誤，在精確控制方面也更科學(xué)，甚至可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)模擬。

（三）對(duì)數(shù)控機(jī)床的整體誤差進(jìn)行把控

數(shù)控機(jī)床本身就存在大量的測(cè)量校對(duì)要求，相比普通機(jī)床而言，其管理要求更嚴(yán)格、涉及內(nèi)容也更多，如果采用普通機(jī)床的管理方法來(lái)對(duì)待數(shù)控機(jī)床，很顯然是不合理的。在管理方面要集中展開，按照生產(chǎn)需要合理布局，減少數(shù)控機(jī)床周邊的影響因素。在誤差檢測(cè)方面，可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行整體管理，實(shí)現(xiàn)信息共享，滿足參數(shù)對(duì)比的要求，從中發(fā)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自身存在的問(wèn)題。

（四）機(jī)床精度檢測(cè)與補(bǔ)償

雙頻激光干涉儀是數(shù)控機(jī)床精度檢測(cè)的重要設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床反向偏差、定位精度等的檢測(cè)。具體測(cè)量方法為：（1）將雙頻激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)安裝在需要測(cè)量的坐標(biāo)軸上。（2）在需測(cè)量的機(jī)床坐標(biāo)軸線方向地面上安裝三腳架，并將激光頭安放在三腳架上。（3）測(cè)量反射鏡放置在機(jī)床工作臺(tái)上，干涉鏡放置在激光器與反射鏡之間的光路上。調(diào)整激光頭，使雙頻激光干涉儀的光軸與機(jī)床移動(dòng)的軸線盡量在一條直線上，即將光路調(diào)準(zhǔn)直。（4）待激光預(yù)熱后輸入測(cè)量參數(shù)。（5）根據(jù)測(cè)量條件，制定測(cè)量程序，運(yùn)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量誤差判斷定位精度和反向間隙是否超差，補(bǔ)償后再次進(jìn)行精度測(cè)試，直到各項(xiàng)指標(biāo)符合技術(shù)要求。

三、總結(jié)

在整個(gè)機(jī)械加工的過(guò)程中，誤差都是無(wú)可避免的，但是如果多對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行操作方法上的改進(jìn)，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不管是小批量零件的生產(chǎn)加工中，還是有著中等精度要求的零件，都可以達(dá)到減小誤差的目的，零件也都可以達(dá)到圖紙要求的標(biāo)準(zhǔn)。

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