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數(shù)控車床加工精度的影響因素及提高措施

文章出處: 人氣：1522 發(fā)表時間：2020-09-26 16:13:15

數(shù)控車床在如今的機(jī)械制造業(yè)中已得到廣泛的應(yīng)用，為企業(yè)和社會創(chuàng)造十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械產(chǎn)品的精度直接影響著產(chǎn)品的工作性能，而數(shù)控車床的精度控制直接影響著所加工機(jī)械產(chǎn)品的精度。隨著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的精度要求越來越高，相應(yīng)地對于數(shù)控車床的加工精度也提出了更高的要求。就一般數(shù)控車床而言，其加工精度大體由4 部分決定：車床本身制造的精度；數(shù)控編程精度；車床伺服系統(tǒng)精度；插補環(huán)節(jié)的精度。車床在加工過程中每一個過程因素也都有可能影響到加工精度，例如卡緊環(huán)節(jié)、檢測環(huán)節(jié)以及外部環(huán)境等。所以對數(shù)控車床的精度控制要進(jìn)行綜合考慮和控制。
　　1、數(shù)控車床的組成
　　數(shù)控車床主要由4 部分組成：主機(jī)系統(tǒng)，數(shù)控編程系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，加工輔助系統(tǒng)［1］。
　　1）主機(jī)系統(tǒng)。主機(jī)系統(tǒng)是機(jī)械加工的主體部分，主要實施對工件的切削加工。其組成部分主要由主軸、床身、立柱、進(jìn)給構(gòu)件等加工部件。
　　2）數(shù)控編程系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)是有別于普通機(jī)床的關(guān)鍵部分，也是數(shù)控加工的核心部件，由硬件設(shè)備和相應(yīng)的軟件組成，主要完成機(jī)械加工的程序輸入和存儲，部分?jǐn)?shù)控機(jī)床也可以完成對輸入?yún)?shù)的加工和處理，完成某些特定的操作功能。
　　3）驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)為數(shù)控車床加工提供原動力，完成機(jī)械加工。主要包括主軸電機(jī)、主軸驅(qū)動結(jié)構(gòu)、進(jìn)給電機(jī)、進(jìn)給結(jié)構(gòu)等，通過伺服機(jī)構(gòu)由驅(qū)動系統(tǒng)控制實現(xiàn)主軸運動和進(jìn)給運動。
　　4）加工輔助系統(tǒng)。加工輔助系統(tǒng)是指在加工生產(chǎn)過程中一些必要的輔助機(jī)構(gòu)，保證切削加工的順利完成。主要包括噴射機(jī)構(gòu)、排屑機(jī)構(gòu)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺、監(jiān)測與檢測機(jī)構(gòu)，主要作用為冷卻、排屑、照明、潤滑等。

　　2、數(shù)控車床的工作原理
　　數(shù)控車床與普通車床在加工過程上有很大的區(qū)別，普通車床加工時需要加工人員根據(jù)零件加工圖不斷改變車刀的運動軌跡，來完成機(jī)械零件的加工。而數(shù)控車床是將刀具以及相關(guān)構(gòu)件通過數(shù)控編程語言進(jìn)行設(shè)定，輸入NC 的裝置，通過伺服系統(tǒng)驅(qū)動相應(yīng)的車床構(gòu)件完成零件的加工，其具體過程如圖1 所示［2］。

　　3、數(shù)控車床加工精度的影響因素
　　數(shù)控車床本身的機(jī)械加工精度以及伺服系統(tǒng)驅(qū)動精度都能夠影響數(shù)控車床的加工精度。具體細(xì)分影響數(shù)控車床加工精度的原因主要有車床本身幾何誤差、車床熱變形誤差、伺服系統(tǒng)驅(qū)動誤差、車刀參數(shù)變化引起的誤差等。在數(shù)控車床加工中，伺服系統(tǒng)驅(qū)動誤差、車刀參數(shù)變化引起的誤差較為普遍。下面對這兩種影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　3.1 伺服系統(tǒng)驅(qū)動因素
　　由數(shù)控車床工作原理可知，伺服系統(tǒng)通過驅(qū)動車床部件完成零件的加工，其具體過程為：數(shù)控車床的定位由滾珠絲杠完成，滾珠絲杠由伺服電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行控制，滾珠絲杠的傳動誤差成為定位精度影響因素之一。
　　數(shù)控車床一般采用半閉環(huán)控制伺服進(jìn)給系統(tǒng)控制，其工作原理如圖2 所示［3］。在正常加工過程，絲杠由伺服電機(jī)控制進(jìn)行反方向運轉(zhuǎn)時，會出現(xiàn)空隙的空運轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成反向間隙誤差。同時數(shù)控車床的傳動和運動機(jī)構(gòu)在外力作用下會產(chǎn)生彈性變形，并且加工部位與車床其他部位受力不同，造成彈性間隙發(fā)生也影響加工精度。此部分誤差為反向間隙誤差和正向傳動運轉(zhuǎn)誤差的疊加。

　　3.2 車刀參數(shù)變化因素
　　數(shù)控車床的加工過程主要是車刀在編程控制下對零件進(jìn)行切削，達(dá)到所需的工件形狀。車削加工的車刀存在主偏角和刀尖圓弧半徑［4］，對棒料類進(jìn)行加工時，其軸線尺寸會存在一定的偏差，這一偏差與主偏角成反比，隨主偏角的增大而減小，與刀尖圓弧半徑成正比。所以，在對數(shù)控車床進(jìn)行編程時需要根據(jù)加工零件的特點，將軸向尺寸的偏差規(guī)律考慮在內(nèi)，對其相關(guān)位移長度進(jìn)行調(diào)整。在數(shù)控車床運轉(zhuǎn)時，車刀的刀尖圓弧半徑、主偏角、刀尖與零件中心的高度偏差等都可能影響數(shù)控車床的加工精度，需要在編程時進(jìn)行考慮和分析。
　　根據(jù)以往的研究，影響數(shù)控車床加工精度因素的影響程度存在一定的差別，對其匯總分類可得：車床本身誤差所占比例為45%~65%，加工中的過程誤差所占比例為25%~40%，檢測誤差所占比例為10%~15%。
　　4、提高數(shù)控車床加工精度的有效措施
　　如何提高數(shù)控車床的加工精度，生產(chǎn)出更加精密的零件，一直是學(xué)者關(guān)注和研究的重點，根據(jù)數(shù)控車床加工精度的影響因素，可通過提高導(dǎo)軌幾何精度、誤差補償法、誤差防止法控制和提高加工精度。
　　1）提高導(dǎo)軌幾何精度。數(shù)控車床的發(fā)展趨勢為高切削速度、高加工精度，較高的切削速度必然會引起振動，所以需要導(dǎo)軌具有較好的精度穩(wěn)定性和較高的剛度，可以采用鋼制滑動軌道整體磨削的方法進(jìn)行提高。具體方法為：數(shù)控車床在設(shè)計時采用淬硬處理后的鋼制滑動導(dǎo)軌，用螺釘固定在由導(dǎo)軌磨床磨削后的平面上，導(dǎo)軌與導(dǎo)軌基座之間縫隙用注塑填充物進(jìn)行充實，最后進(jìn)行整體磨削，獲得較好的幾何精度。
　　2）誤差補償法。誤差補償法是通過數(shù)控系統(tǒng)的補償功能，對已存在的坐標(biāo)軸偏差進(jìn)行補償?shù)姆椒?，精度不高的車床可以通過誤差補償法加工出較高精度的產(chǎn)品。此方法可由硬件或軟件完成。例如采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床，由于反向偏差的影響其定位精度存在誤差，可以采用對反向偏差補償?shù)氖侄蜗`差［5］。
　　3）誤差防止法。誤差防止法是在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計和制造階段通過提高機(jī)械零件的精度來消除可能存在的誤差。此方法能夠從整體上較好地減小加工精度的誤差，但是成本較高，并且此數(shù)控車床在原有基礎(chǔ)上繼續(xù)提高加工精度難度較大。
　　5、結(jié)語
　　隨著制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控車床作為一種高效率的自動化機(jī)床被廣泛應(yīng)用，其加工精度的高低直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能。本文在簡要闡述數(shù)控車床組成和工作原理的基礎(chǔ)上，研究了數(shù)控車加工精度的影響因素，主要對其伺服系統(tǒng)驅(qū)動因素和車刀參數(shù)變化因素進(jìn)行了詳細(xì)分析。并提出了3 種提高數(shù)控車床加工精度的有效措施，分別為：提高導(dǎo)軌幾何精度、誤差補償法，誤差防止法。對于進(jìn)一步研究和分析數(shù)控車床加工精度具有一定的參考價值。

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此文關(guān)鍵字：數(shù)控車床,加工,精度,影響,因素,提高,措施