經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工中誤差來(lái)源分析及其對(duì)策

杜洪亮 高天翔

摘 要：與其它生產(chǎn)系統(tǒng)相比，數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化生產(chǎn)是其最大的優(yōu)勢(shì)，而經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床則是強(qiáng)化了這一強(qiáng)有力的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和很高的加工精度，加工范圍不受限制。鑒于此，近年來(lái)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)開始引進(jìn)此種設(shè)備，加入到我國(guó)制造業(yè)的龐大隊(duì)伍中來(lái)，但由于其在操作過程中的不穩(wěn)定，極易造成生產(chǎn)上的誤差，這是其唯一而又致命的缺點(diǎn)。為有效地彌補(bǔ)這一缺陷，本文對(duì)此進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床;加工誤差;來(lái)源分析;對(duì)策

引言

隨著我國(guó)數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)水平的全面提高，我國(guó)已經(jīng)逐步進(jìn)入了一個(gè)全新的生產(chǎn)建設(shè)時(shí)代，但為了合理有效地提高我國(guó)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)化水平，同時(shí)又能保證充分展示技術(shù)人員的精湛技藝，加強(qiáng)數(shù)控生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。本文首先討論了我國(guó)技術(shù)人員的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。提高經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)簡(jiǎn)單方法就是加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的使用。這種機(jī)床不僅具有大多數(shù)機(jī)床所不具備的優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格低廉。已成為我國(guó)大型加工制造企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)選擇對(duì)象。

1控制系統(tǒng)誤差一開環(huán)控制系統(tǒng)

1.1數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)應(yīng)用分析

數(shù)控機(jī)床是一種生產(chǎn)設(shè)備，具有高效率的產(chǎn)出，近年來(lái)，在我國(guó)建設(shè)生產(chǎn)加工行業(yè)中經(jīng)常能見到數(shù)控機(jī)床的身影。在生產(chǎn)過程中，具有一般生產(chǎn)設(shè)備所不具備的高效率、高性能、高精度，操作過程簡(jiǎn)單快捷，維護(hù)方便。它是進(jìn)入新世紀(jì)后經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)的重要生產(chǎn)設(shè)備之一。其先進(jìn)而卓越的技術(shù)應(yīng)用理念，徹底改變了過去我國(guó)機(jī)床應(yīng)用中的大部分困難。然而，隨著實(shí)踐的不斷發(fā)展和應(yīng)用，技術(shù)人員逐漸發(fā)現(xiàn)自己也存在很大的誤差源。在數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)過程中，由于一些微妙的因素，常常會(huì)產(chǎn)生誤差，從而使加工精度在一定程度上大大降低。為合理地提高經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)過程中的精度，筆者最近幾年針對(duì)其主要誤差源進(jìn)行了誤差通用性分析，并結(jié)合數(shù)控機(jī)床常見誤差通用性展開了如何有效地避免生產(chǎn)中的誤差展開分析。

1.2控制系統(tǒng)誤差

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的誤差主要是由控制系統(tǒng)誤差引起的，反饋電路不合理，工作時(shí)驅(qū)動(dòng)元件不對(duì)中。前饋系統(tǒng)不包含反饋裝置，前饋通道不能反饋有效信息，輸出位置誤差在一定程度上是不可避免的。通過反復(fù)運(yùn)算，得出控制系統(tǒng)的第一個(gè)誤差是動(dòng)態(tài)誤差的結(jié)論。振蕩的存在會(huì)影響步進(jìn)電機(jī)的停止運(yùn)行，并且在低頻段會(huì)出現(xiàn)單步運(yùn)行。動(dòng)態(tài)誤差是起停誤差，是控制系統(tǒng)在運(yùn)行和停止過程中的誤差，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行和停時(shí)出現(xiàn)過多的問題，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)機(jī)與控制脈動(dòng)相對(duì)，沖擊時(shí)出現(xiàn)哲時(shí)?，F(xiàn)象，造成誤差問題。

2控制系統(tǒng)誤差-閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

2.1閉環(huán)系統(tǒng)

系統(tǒng)在進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)，對(duì)裝置的動(dòng)鏈處產(chǎn)生的誤差進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?。但由于該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在著一些不可避免的問題，修正后可能再次出現(xiàn)錯(cuò)誤。這時(shí)，技術(shù)人員需要使用高精度的檢測(cè)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的檢測(cè)，并通過詳細(xì)的檢測(cè)過程，觀察系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的真正原因。技術(shù)人員要想真正有效地減少閉環(huán)系統(tǒng)中的誤差，就必須在操作過程中盡可能地改善系統(tǒng)的細(xì)節(jié)，以滿足數(shù)控機(jī)床在生產(chǎn)中的要求。與此同時(shí)，當(dāng)開始安裝系統(tǒng)時(shí)，確保按照正確的操作步驟安裝閉環(huán)系統(tǒng)。

2.2程序編制誤差

編程誤差也稱為近似誤差。主要是指近似曲線與表曲線接近時(shí)，方程所示零件形狀與原始形狀的差異，即程序誤差。在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，由于各數(shù)控設(shè)備之間插補(bǔ)功能的不同，對(duì)零件輪廓的逼近是直線，有時(shí)是圓弧。當(dāng)直線或圓弧曲線立即接近零件輪廓曲線時(shí)，曲線與實(shí)際輪廓的原始曲線之間會(huì)產(chǎn)生最大差異，這通常稱為插值誤差。

3影響數(shù)控加工精度的因素

有效地抑制或消除數(shù)控機(jī)床的加工誤差是提高數(shù)控機(jī)床加工精度的關(guān)鍵，主要有：編程時(shí)數(shù)學(xué)近似、插補(bǔ)時(shí)數(shù)學(xué)近似、插補(bǔ)時(shí)近似、控制算法、檢測(cè)裝置、機(jī)床幾何誤差、刀具及對(duì)刀誤差、工件定位誤差、熱變形、力變形等。還有一些由機(jī)床自身來(lái)確定，如測(cè)量系統(tǒng)，機(jī)床幾何精度等等。有一些措施可以避免，例如：編程時(shí)的數(shù)學(xué)近似，插補(bǔ)時(shí)的近似近似，機(jī)床間隙，力變形及熱因素等。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床的加工精度不僅與加工工藝有關(guān)，而且與編程階段密切相關(guān)。程序錯(cuò)誤是由程序控制原理引起的不可避免的錯(cuò)誤。在編程階段，將圖形中的信息轉(zhuǎn)換成可用于數(shù)控機(jī)床控制的形式，產(chǎn)生近似運(yùn)算誤差、插補(bǔ)誤差、尺寸舍入誤差、累積誤差、刀具理論軌跡與實(shí)際軌跡的誤差等。程序誤差的大小與所使用的數(shù)控機(jī)床的脈沖等效關(guān)系密切。對(duì)這幾種誤差，只要在編程過程中對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)采取相應(yīng)的措施，就可以減少數(shù)控機(jī)床的編程誤差。

4系統(tǒng)故障與參數(shù)不當(dāng)設(shè)置

在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工誤差的形成中，系統(tǒng)故障和參數(shù)設(shè)置不當(dāng)是主要原因之一。包括如下4種情況：

4.1電纜的不良連接

線纜系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)之間的線纜不能很好地連接，會(huì)影響到系統(tǒng)脈沖指令傳遞的準(zhǔn)確性，當(dāng)指令對(duì)執(zhí)行電機(jī)起作用時(shí)，會(huì)形成失步誤差。這類誤差的特點(diǎn)是：時(shí)有時(shí)無(wú)，因此，當(dāng)有時(shí)沒有加工誤差時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查所有電纜接頭的連接情況，以消除電纜連接不良造成的加工誤差。

4.2脈沖編碼器存在故障

當(dāng)主軸需要聯(lián)動(dòng)或進(jìn)給時(shí)，脈沖編碼器發(fā)出脈沖指令執(zhí)行，并作用于進(jìn)給電機(jī)。在此過程中，如果主軸與編碼器連接不良，編碼器盤損壞，則產(chǎn)生的脈沖指令異常，導(dǎo)致亂牙等錯(cuò)誤。為了避免這種錯(cuò)誤，我們應(yīng)該仔細(xì)檢查編碼器本身的完整性以及布線的合理性和安全性，從而消除這種錯(cuò)誤的原因。

4.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器或數(shù)控系統(tǒng)的工作環(huán)境溫度過高

電機(jī)驅(qū)動(dòng)放大器和數(shù)控系統(tǒng)都屬于電子產(chǎn)品，對(duì)工作環(huán)境有--定的溫度要求，而且都配有風(fēng)扇，用于冷卻。但是，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障或其他原因?qū)е买?qū)動(dòng)器或系統(tǒng)工作環(huán)境溫度過高時(shí)，就很難保證正常運(yùn)行，從而導(dǎo)致誤差的形成。一般來(lái)說(shuō)，這種類型的誤差在長(zhǎng)時(shí)間工作后，加工誤差會(huì)有明顯的增加，而在機(jī)床停機(jī)后，經(jīng)過一段時(shí)間的再運(yùn)轉(zhuǎn)，加工誤差會(huì)有明顯的減少。從而可以據(jù)此判斷出這些誤差的來(lái)源，進(jìn)而有針對(duì)性地對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù)、更換以及其他溫度影響因素的檢測(cè)。

4.4不當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置

在數(shù)控系統(tǒng)中，一些參數(shù)設(shè)置不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致加工誤差的產(chǎn)生。當(dāng)設(shè)定G0O指令時(shí)，如果設(shè)定的速度參數(shù)太大，將會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在停機(jī)時(shí)因失步變大而產(chǎn)生誤差。另外，如果編碼器波特率參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致螺紋加工中出現(xiàn)螺紋誤差。所以，為了避免這類誤差，必須按要求進(jìn)行嚴(yán)格的參數(shù)設(shè)置，使這類誤差保持在最低限度。

5機(jī)械故障與絲桿間隙的存在

機(jī)械故障和絲桿間隙的存在是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工誤差形成的另一個(gè)重要方面，歸納起來(lái)，包括以下三個(gè)方面：

第一，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，絲桿螺母接頭、絲桿軸向止推軸承接頭和絲桿接頭等部位會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，從而形成加工誤差。由于這類因素引起的加工誤差一般較大，因此，當(dāng)加工誤差存在較大時(shí)，可將位置松動(dòng)因素列入考慮范圍，對(duì)連接松動(dòng)等故障進(jìn)行檢查，并加以排除;

第二，電控旋轉(zhuǎn)刀架鎖緊不夠或刀架夾進(jìn)了異物，則會(huì)引起加工誤差。為了避免這類錯(cuò)誤，需要對(duì)刀架鎖進(jìn)行定期緊固，以確保刀架夾內(nèi)清潔。

第三，絲桿縫隙的存在是產(chǎn)生加工誤差的重要原因。通常，雖然經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)具有-定間隙補(bǔ)償能力，但由于在切削加工過程中，由于切削力的作用，會(huì)導(dǎo)致刀具向間隙傾斜，從而產(chǎn)生加工誤差。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，新技術(shù)的應(yīng)用還將推動(dòng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床技術(shù)的提高、誤差的減少、精度的提高，從而使數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍得到進(jìn)一步的擴(kuò)大。

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