數(shù)控機(jī)床加工誤差原因分析及改進(jìn)措施

高帆

摘要：隨著數(shù)控機(jī)床的不斷普及應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床加工精度要求也越來越高，本文嘗試從機(jī)床設(shè)備本身、機(jī)床運(yùn)行過程、設(shè)備磨損老化和系統(tǒng)編碼設(shè)置等四個方面對數(shù)控機(jī)床的加工誤差原因進(jìn)行分析，并根據(jù)產(chǎn)生誤差原因提出針對性的改進(jìn)措施，以進(jìn)一步的為數(shù)控機(jī)床加工精度的提升提供參考建議。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;加工精度;加工誤差;改進(jìn)措施

0? 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的自動化機(jī)械設(shè)備開始逐步出現(xiàn)，并日益影響到人們的生產(chǎn)生活。機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)要求的精確性也越來越高，因此，數(shù)控機(jī)床在實(shí)際的機(jī)械加工過程中得到廣泛的應(yīng)用。它通過系統(tǒng)編程把機(jī)械加工過程進(jìn)行計算機(jī)語言處理，通過計算機(jī)數(shù)控技術(shù)控制機(jī)床自動化加工，以此來提供機(jī)械加工的工作效率和操作精度。但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，有多種因素影響到數(shù)控機(jī)床的加工運(yùn)行，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)誤差，如何最大限度的降低加工誤差，提高加工精度，對現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床加工來說，具有重要意義。

1? 數(shù)控機(jī)床加工誤差原因分析

在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床加工過程中，產(chǎn)生誤差的原因很多，嚴(yán)格來說，對于數(shù)控加工來說，我們只能盡可能的降低誤差出現(xiàn)概率，縮小誤差的大小，而無法完全避免誤差出現(xiàn)。具體來說，產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個方面。

1.1 機(jī)床設(shè)備本身產(chǎn)生的誤差

1.1.1 機(jī)床本身加工精度不同

數(shù)控機(jī)床也是由各種機(jī)械零件組裝而成，在設(shè)備生產(chǎn)和組裝過程中，會出現(xiàn)各種人為或無意識的誤差，這必然會影響的加工過程中的精度。同時，不同的機(jī)床設(shè)備本身對精度要求也不一樣，例如生產(chǎn)鋼珠的設(shè)備精度必然高于生產(chǎn)鋼筆的，如果用精度低的車床生產(chǎn)出的零配件應(yīng)用于精度需求高的設(shè)備上，必然會導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)不匹配或效率故障。

1.1.2 伺服系統(tǒng)誤差

在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際加工操作過程中，伺服系統(tǒng)是推進(jìn)車床運(yùn)轉(zhuǎn)，并在車床加工提供充足的動力保證。伺服電機(jī)主要是為車床操作人員進(jìn)行加工零配件的位置固定進(jìn)行精準(zhǔn)控制，一旦伺服系統(tǒng)出現(xiàn)誤差，則會導(dǎo)致加工零配件的定位精度出現(xiàn)誤差。

1.2 設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生的誤差

數(shù)控機(jī)床也是屬于機(jī)械的一種，在機(jī)床運(yùn)行過程中，必然由于設(shè)備的運(yùn)行會產(chǎn)生各種振動或運(yùn)作誤差。

1.2.1 傳動軸反轉(zhuǎn)誤差

數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，當(dāng)坐標(biāo)軸進(jìn)行移動和停止運(yùn)行時，機(jī)床的驅(qū)動軸都會有一個加速和減速的過程，這個過程需要占用一定的時間，并且傳動軸在運(yùn)行過程中會由于系統(tǒng)慣性和加工槽的停頓導(dǎo)致出現(xiàn)誤差。此外，傳動軸的軸承、齒輪和傳動絲桿之間都有反轉(zhuǎn)間隙，當(dāng)傳動軸反轉(zhuǎn)時，這種間隙會導(dǎo)致電機(jī)空轉(zhuǎn)、驅(qū)動停止等情況發(fā)生，從而導(dǎo)致機(jī)床生產(chǎn)產(chǎn)生誤差。

1.2.2 電路不穩(wěn)誤差

在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中要保持不間斷的穩(wěn)定電流。當(dāng)實(shí)際加工過程中出現(xiàn)電壓或電流不穩(wěn)定時，則機(jī)床的數(shù)控加工狀態(tài)也會起伏變化，甚至由于線纜接觸不良導(dǎo)致電路斷斷續(xù)續(xù)，都會產(chǎn)生嚴(yán)重的加工誤差。

1.2.3 車床刀具設(shè)置誤差

數(shù)控機(jī)床的加工主要是通過機(jī)床車刀進(jìn)行削切操作，由于在操作過程中車刀存在刀尖圓弧和車刀主偏角。在進(jìn)行操作削切過程中，必然會收到刀尖圓弧和車刀主偏角影響出現(xiàn)細(xì)微偏差，出現(xiàn)精度不準(zhǔn)確現(xiàn)象，當(dāng)這種偏差逐漸累積后，甚至?xí)霈F(xiàn)少切或多切的現(xiàn)象。

1.3 設(shè)備磨損老化產(chǎn)生的誤差

1.3.1 滾珠絲杠傳動誤差

在數(shù)控機(jī)床的操作傳動過程中，傳動鏈條上的滾珠絲杠由于長時間的運(yùn)轉(zhuǎn)使用會持續(xù)過熱變形，加上傳承受支架從長期負(fù)載變形，會加大滾珠絲杠中的間距，長期累積后滾珠絲杠的準(zhǔn)確程度會顯著下降，從而出現(xiàn)傳動誤差。

1.3.2 環(huán)境溫度誤差

在數(shù)控機(jī)床加工過程中，環(huán)境的影響因素至關(guān)重要，首先，由于振動、電磁、粉塵等這些因素，都會干擾到設(shè)備加工的精確程度;其次，機(jī)床的零部件大多是電子產(chǎn)品，對工作環(huán)境溫度的要求比較嚴(yán)格，當(dāng)設(shè)備持續(xù)性工作時間過長時，就會導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，如果沒有相應(yīng)的降溫措施，就會影響到機(jī)床設(shè)備的正常運(yùn)行;另外，進(jìn)行加工的零部件材料本身在進(jìn)行加工處理過程中，由于機(jī)床車刀和加工材料之間的剛性摩擦作用產(chǎn)生熱變形，這個時候，被加工配件、車刀、機(jī)床等部件都會由于環(huán)境溫度的變化而產(chǎn)生加工誤差。

1.3.3 刀具磨損誤差

數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行設(shè)備加工生產(chǎn)過程中必然會對機(jī)床的各種工具如連桿傳動軸、齒輪、球頭等造成不同程度的磨損損耗，其中損耗最大的是車刀。在連續(xù)工作情況下，車刀會在高溫作用下出現(xiàn)變形、磨損，并且刀尖的磨損最嚴(yán)重，在這種情況下，會出現(xiàn)嚴(yán)重的加工誤差。另外，在對磨損刀具換刀時，若不小心劃到車床的加工面，也同樣會影響到零配件的加工精度，若同一個零配件是由不同的車刀加工而成，那么磨損程度差別較大的兩個車刀對同一個零配件的加工也會存在誤差。

1.4 系統(tǒng)編碼設(shè)置不當(dāng)產(chǎn)生的誤差

1.4.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)誤差

數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)是引起加工誤差的主要原因。數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行操作之前，必須對數(shù)控參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)校對和設(shè)置。首先要對需加工零配件的外形尺寸進(jìn)行精確測量，并與機(jī)床的數(shù)控編譯基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校對，并詳細(xì)的設(shè)置具體的加工控制參數(shù)。如果其中的某些具體參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，就會產(chǎn)生系統(tǒng)控制加工誤差。例如，當(dāng)對編碼器波特率的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置時，若設(shè)置不當(dāng)，就會使零配件的螺紋在后續(xù)的加工過程中虛線嚴(yán)重的螺紋誤差;再例如當(dāng)進(jìn)行Goo指令設(shè)置控制的過程中，若設(shè)置的控制參數(shù)過高，會導(dǎo)致電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度過大，那么在停止過程中電機(jī)所用時也會變大，并且停運(yùn)過程中也會產(chǎn)生更大的誤差。

1.4.2 脈沖編碼器數(shù)字化處理誤差

在數(shù)控車床運(yùn)行過程中，脈沖編碼器會根據(jù)加工圖紙尺寸規(guī)格要求對步進(jìn)電機(jī)下發(fā)脈沖指令，以控制主動軸和傳動軸進(jìn)行精確加工。而根據(jù)加工零配件確定的脈沖當(dāng)量值對車床的加工精度起決定性作用。但車床對零配件進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)化時，當(dāng)尺寸轉(zhuǎn)化為脈沖當(dāng)量時，只能進(jìn)行整數(shù)的脈沖當(dāng)量值轉(zhuǎn)換，這必然會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的脈沖轉(zhuǎn)換誤差。

1.4.3 程序編制處理誤差

數(shù)控機(jī)床的加工處理過程實(shí)際上就是對加工零配件進(jìn)行數(shù)字化編程處理的過程，而在這個過程中，首先需要的就是對數(shù)控機(jī)床的編程原點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。這是進(jìn)行數(shù)控加床加工的參考起點(diǎn)，所有的零配件的加工都要根據(jù)編程原點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)的編譯，若編程原點(diǎn)的確認(rèn)出現(xiàn)誤差，將會導(dǎo)致整個零配件的加工出現(xiàn)誤差。此外，在對零配件進(jìn)行坐標(biāo)編譯后，要與編程原點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并根據(jù)圖紙尺寸設(shè)置合理的公差，若公差設(shè)置不合理，也會導(dǎo)致加工出來的產(chǎn)品出現(xiàn)誤差。

2? 誤差改進(jìn)措施

2.1 提高設(shè)備精度和性能

數(shù)控機(jī)床隨著技術(shù)發(fā)展和精度需求提升，其加工的精度也有了很大的提升，但在機(jī)械精度要求不斷提高的情況下，機(jī)床的精度和性能也需要持續(xù)性優(yōu)化和提升。例如開發(fā)出高檔液壓全數(shù)字化數(shù)控機(jī)床，會顯著降低機(jī)床驅(qū)動過程中加速和減速慣性誤差。通過提升車床的承載能力和導(dǎo)軌精度，有效提高車床的振動扭曲，在保證車床穩(wěn)定性的同時，減少車床重量。另外，對于車床的車刀也要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，力求在設(shè)備加工過程中保持車刀穩(wěn)定性。

2.2 伺服系統(tǒng)誤差校正

伺服系統(tǒng)作為驅(qū)動各坐標(biāo)組運(yùn)動的重要動力來源，它可以根據(jù)不同的加工要求靈活設(shè)定加工軌跡，并且能達(dá)到0.1微米的精確加工精度，加上它在控制車刀加工速度范圍和調(diào)整傳動組扭矩方面具有相當(dāng)?shù)撵`活性，因此為確保伺服系統(tǒng)的精準(zhǔn)性，首先要陪伺服系統(tǒng)配備高質(zhì)量、高性能的元器件，此外，對于伺服系統(tǒng)在加工圓弧和直線過程中的誤差影響，要靈活的選取伺服進(jìn)給系統(tǒng)的開環(huán)、閉環(huán)及半閉環(huán)控制類型，通過開環(huán)增效來校正伺服系統(tǒng)的誤差。

2.3 誤差補(bǔ)償

在數(shù)控機(jī)床的加工過程中，誤差是不可避免的，但我們可以針對性的在加工之前設(shè)定好誤差的補(bǔ)償值，例如刀尖磨損誤差、圖紙測量誤差、脈沖轉(zhuǎn)換誤差等都可以通過數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償來降低和減少，從而提高機(jī)床的加工精度。在機(jī)床的誤差補(bǔ)償過程中，需要根據(jù)不同的設(shè)備類型和生產(chǎn)工藝進(jìn)行誤差補(bǔ)償設(shè)置，并通過硬件提升和軟件設(shè)置相結(jié)合的方式進(jìn)行誤差彌補(bǔ)，消除在實(shí)際的加工過程中會產(chǎn)生誤差的因素。強(qiáng)化前期的預(yù)防處理，提高車床的工作環(huán)境，優(yōu)化軟件的編程方案，從而提高機(jī)床加工的質(zhì)量和效率，確保零配件加工的精度。

2.4 加強(qiáng)保養(yǎng)、降低磨損

數(shù)控機(jī)床在使用過程中的磨損是不可避免的，但良好的操作規(guī)范和加工工藝可以顯著降低磨損，這就要求在實(shí)際加工過程中必須提高操作人員的職業(yè)素養(yǎng)，嚴(yán)格按照明確的工藝流程要求進(jìn)行加工操作，并進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督。對于設(shè)備根據(jù)規(guī)范嚴(yán)格進(jìn)行定期保養(yǎng)、定期更換零配件。切實(shí)提高一線操作人員的責(zé)任感和技術(shù)熟練程度，降低因設(shè)備問題導(dǎo)致的誤差，提高零配件的加工精度。同時，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的加工環(huán)境要求，高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求的打造一個防塵、降溫、減震的環(huán)境條件。

3? 結(jié)束語

綜上所述，在數(shù)控機(jī)床的加工過程中，有很多可能會導(dǎo)致加工出現(xiàn)誤差的情況出現(xiàn)，我們在具體的使用過程當(dāng)中，要根據(jù)具體的問題進(jìn)行具體分析，對每個可能產(chǎn)生加工誤差的環(huán)節(jié)進(jìn)行分析探究，找出出現(xiàn)誤差的根本原因，如是設(shè)備工藝、環(huán)境影響、系統(tǒng)設(shè)置還是機(jī)械傳動等，然后再據(jù)此采取更進(jìn)一步的改進(jìn)措施，例如選取更經(jīng)久耐用的元器件、優(yōu)化編程設(shè)計等提升數(shù)控加工的精度和質(zhì)量，生產(chǎn)出更精準(zhǔn)的零配件。

通過本文的綜合歸納分析，希望能促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際生產(chǎn)使用過程中誤差發(fā)生概率的降低，更進(jìn)一步的發(fā)揮出數(shù)控機(jī)床在我國機(jī)械制造加工中的重大作用，從而促進(jìn)我們經(jīng)濟(jì)社會的進(jìn)一步快速發(fā)展。

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