數(shù)控機床定位精度影響因素及控制策略研究

呂正

摘要：本文從生產(chǎn)現(xiàn)場、導(dǎo)軌幾何誤差等方面研究數(shù)控機床定位精度影響因素，依靠系統(tǒng)誤差、熱誤差、導(dǎo)軌幾何誤差影響數(shù)控機床定位精度，進而影響相關(guān)定位精度控制，從而使誤差得以有效改善，提高數(shù)控機床定位精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;定位精度;研究

0? 引言

當前自動化技術(shù)背景下要數(shù)數(shù)控機床最為典型，數(shù)控機床可以影響產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良是通過合理的設(shè)計與使用做到的。因此，當下我們的重點應(yīng)該放在數(shù)控機床的合理設(shè)計與使用。本文根據(jù)當前我國實踐研究成果，從數(shù)控機床定位精度的影響因素入手，旨在探討數(shù)控機床定位精度的有效控制策略。

1? 數(shù)控機床定位精度影響因素

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)場影響定位精度的因素

1.1.1 干擾對定位精度的影響

在數(shù)控生產(chǎn)環(huán)境中，各種干擾因素必不可少，同時也不可忽視，筆者根據(jù)多年來經(jīng)驗總結(jié)出以下幾點干擾項：①電磁波干擾。電磁波干擾受較多因素影響，如電火花、高頻電源、振蕩電路等，工廠工作過程中產(chǎn)生的電磁波能量較強，這種較強的電磁波會直接借助于空間傳播作用到機床上，若能量足夠大便會導(dǎo)致機床故障。②動力電網(wǎng)電壓波動的干擾。動力電網(wǎng)電壓波動的干擾主要表現(xiàn)為：第一，超壓或欠壓。數(shù)控機床有清晰的輸入電壓范圍，日常電源電壓為320～470V通以24V直流電源，若電壓過高或過低便會導(dǎo)致系統(tǒng)誤報引起報警，此時若過電壓較高則數(shù)控底盤無信號燈。若電網(wǎng)電壓不穩(wěn)波動起伏超過峰值也會引起系統(tǒng)報警。③大電感的干擾。變壓器與電機是各大工廠中常用的電力工具，電力工具在運用過程中，難免會產(chǎn)生干擾脈沖，因此，施工人員應(yīng)加強防范。若應(yīng)用時停電，電生磁形成高頻峰值脈沖會影響機床運行。從故障現(xiàn)象分析來看，干擾脈沖屬于高頻窄脈沖，峰值大，干擾也大但由于變化過快不會導(dǎo)致電源監(jiān)控板監(jiān)測。但是供電線路串入數(shù)控系統(tǒng)中則錯誤消息會導(dǎo)致數(shù)據(jù)中央處理器或可編程控制器停止運行。

1.1.2 熱誤差對定位精度的影響

這其中對數(shù)控機床影響最大的是熱誤差。機床在工作時會由于不同部件的碰撞摩擦而產(chǎn)生能量損失與熱消耗，包括電子電器元件也會產(chǎn)生熱能量進而影響機床構(gòu)件變形。變形主要有兩種形式：熱膨脹導(dǎo)致線性偏差，構(gòu)件受熱不均勻不對稱也同樣會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭曲變形。變形是最直接影響機床位置精度，造成定位誤差的主要因素，因此熱誤差對定位精度影響最大且最直接。

1.2 導(dǎo)軌幾何誤差對定位精度的影響

1.2.1 導(dǎo)軌精度對機床定位精度的影響

通過觀察監(jiān)測發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌精度也會對機床性能有所作用，通過研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌精度對機床運動部件有重要作用，而被加工零件也會受此影響產(chǎn)生誤差，從而產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障。機床在運行狀態(tài)時需要不斷位移得到動作，而機身導(dǎo)軌作為工作部件的承受刀架在與副導(dǎo)軌摩擦的同時也會影響其運動性能。若導(dǎo)軌基本運動性能得不到實現(xiàn)則會很難實現(xiàn)低速運動與運動軌跡的精確定位。

1.2.2 導(dǎo)軌直線度對定位精度的影響

導(dǎo)軌直線度也是影響數(shù)控機床定位精度的一大因素，通過檢測得出導(dǎo)軌直線度誤差主要表現(xiàn)為導(dǎo)軌中部拱區(qū)。導(dǎo)軌中部軌區(qū)出現(xiàn)直線度誤差，絲桿在伺服電機驅(qū)動下運動產(chǎn)生誤差則會導(dǎo)致與激光干涉儀測量值不一致。如果在實際的數(shù)控機床生產(chǎn)過程產(chǎn)生導(dǎo)軌直線度偏差，將會直接影響到刀具進給的定位精度，進而產(chǎn)生誤差，影響生產(chǎn)質(zhì)量。

2? 數(shù)控機床定位精度的有效控制策略

2.1 加強對生產(chǎn)現(xiàn)場的管理

2.1.1 抗干擾措施

①物理隔離。干擾強度與距離平方成反比，我們便可以增大干擾電路與干擾源之間的距離，通過減少二者之間干擾傳播，降低系統(tǒng)的故障率，特別是在電源惡劣的情況下，采用穩(wěn)壓器可以有效緩解電源波動問題，防止瞬時斷電的產(chǎn)生。另外，還可以在電源與數(shù)控機床之間設(shè)置隔離變壓器，可以在一定程度上隔離噪聲，減緩電源及大地電纜之間的干擾。如圖1所示。②濾波。濾波器可以通過低通濾波或直流濾波抑制干擾輸入及信號輸入輸出時產(chǎn)生的負干擾。低通濾波器和直流濾波器，通常將其安裝在電源和數(shù)控設(shè)備之間。③接地。系統(tǒng)地線是數(shù)控系統(tǒng)里共同參考電位連接起來形成的新系統(tǒng)參考電位線。系統(tǒng)地線可以根據(jù)工作環(huán)境的需要連接到不同位置，可以連至公用地板或設(shè)備外殼框架。抗干擾便可以通過設(shè)備接地系統(tǒng)接地的方式來完成。

2.1.2 采用西門子數(shù)控技術(shù)進行熱誤差補償

西門子數(shù)控技術(shù)進行熱誤差補償前，必須要設(shè)置補償點。而設(shè)置補償點時須注意考慮絲桿長度和用戶需求，注意控制設(shè)置點的個數(shù)，嚴格按照相關(guān)要求設(shè)置補償點，通常在一到兩個左右，如果補償點設(shè)置過多，則會過多占用內(nèi)存，影響補償效率，如果補償點設(shè)置過少，則達不到補償目的。補償不能正常進行時有可能參數(shù)設(shè)置顛倒引起。在對進給軸和轉(zhuǎn)軸補償后，圓度實驗是不可或缺的環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)中首要進行的是參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置完成后應(yīng)檢查機床定位精度是否合格，待其合格后再次通過設(shè)置參數(shù)進行圓度測試，通過查看對比軌跡是否準確無誤，若有問題就應(yīng)重新設(shè)置查看。

2.2 導(dǎo)軌幾何誤差的解決對策

2.2.1 消除殘余應(yīng)力，加強導(dǎo)軌精度

消除殘余應(yīng)力，加強導(dǎo)軌精度的方式主要有兩種，一是熱時效，是指對鑄件進行加熱，以室溫為最低溫進行加熱，加熱不宜過快，應(yīng)緩慢、均勻，保持鑄件受熱均勻，直至鑄件溫度達550-650℃左右方可停止加熱，停止加熱后注意對鑄件進行保溫，切忌立刻降溫，待保溫4-8小時后，根據(jù)規(guī)定要求進行降溫處理，降溫至150℃以下后出爐。二是振動實效，振動時效從字面意思上看是振動過程中產(chǎn)生的變應(yīng)力，具體來看是利用工件的共振原理，對工件施加一定的附加變應(yīng)力，注意觀察該過程中附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力的關(guān)系，二者疊加是否超過了材料的極限應(yīng)力值，如果超過了材料的極限應(yīng)力值，則工件內(nèi)部會產(chǎn)生一定的反映，進而在一定程度上降低或者均勻工件內(nèi)部的參與應(yīng)力，以達到強化導(dǎo)軌精度的目的。

2.2.2 提高立柱底座彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度

提高立柱底座的彎曲剛度通常是以“支承”的方式，主要目的是降低梁的最大撓度之。對于數(shù)控機床的應(yīng)用企業(yè)來說，要提高立柱底座的彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度，從機床本身做較大程度的修改是極為不現(xiàn)實的，由此，只有增加“支承”，方可提高立柱底座的彎曲剛度，根據(jù)該原理，可繪出橋架圖，如圖2所示，根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)可以看出，安裝在排屑槽下方立柱底座與工作臺床身相連處，將立柱及主軸箱自重產(chǎn)生的載荷通過螺栓傳遞給地基，最終達到提高立柱底座剛度，確保導(dǎo)軌直線度的目的。

3? 結(jié)語

本文從生產(chǎn)現(xiàn)場及導(dǎo)軌幾何誤差兩方面入手，對影響數(shù)控機床定位精度的因素進行了分析，進而對應(yīng)提出幾點定位精度控制策略，取得一定進展。雖然當前針對數(shù)控機床的研究還存在一定程度的不足，但隨著數(shù)控機床應(yīng)用的愈加廣泛，更深入的研究分析方法也會層出不窮。

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