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數控車床誤差來源與提高加工精度方法再研究

發(fā)布者：銳峰五金機械發(fā)布時間：2018/7/17 10:13:29

數控機床是工業(yè)自動化的典型形式，與傳統的機床不同，數控機床具有更優(yōu)的精度、更高的

     速度以及自動化程度。但在實際生產環(huán)節(jié)操作中由于多種因素的綜合影響，常會出現加工精度不高的問題，如加工工藝不科學、裝夾方法錯誤、熱變形導致的車床變形等問題均是影響數控車削零件的因素。隨著工業(yè)自動化進程的推進，人們對數控車床的要求也日益嚴苛，找出影響數控車床加工精度的因素并對其進行合理分析以削弱乃至消除影響加工精度的問題保障數控車床的加工精度。

1　數控機床誤差來源
    機床的加工精度包括數控系統的控制精度與車床的機械精度。在數控加工過程中，零件機械加工在機床上通過刀具與零件間相互切削運動來實現的。根據在切削過程中的作用，將切削運動分成了主運動和進給運動。

    主運動是機床提供的運動，促使刀具與工件之間產生相對運動，刀具的前刀面接近工件并剝離工件加工余量。在實際操作過程中，機床主軸的回轉運動即車削加工時工件的旋轉運動屬于主運動，進給運動則是指由機床提供的使刀具與工件之間產生附加相對運動的運動。在操作中，進給運動是刀架下溜板的直線運動（包括縱向運動和橫向運動）。只有進給運動與主運動相配合才能形成車床完整的切削加工過程。

    在切削加工中，加工誤差指實際加工點與理論加工點的偏差程度。典型的數控加工系統包括機床、刀具、工件、夾具和數控系統，各個部分間相互作用完成零件加工的同時也是加工誤差的主要來源。

    零件數控加工的主要誤差來源包括以下幾個方面：
①幾何誤差：幾何誤差由車床安裝時的累積誤差與使用零件的不確定性所造成的誤差共同組成；
②運動誤差：即車床間主運動和進給運動間相對運動誤差；
③熱變形誤差：因溫度上升使機床元件膨脹變形而導致工件與道具間產生相對位移，從而引起加工零件的尺寸誤差，這一點在高精密儀器加工上影響更大；
④其他形式的誤差，如刀具選擇和磨損誤差、裝夾誤差、力變形引起的誤差以及環(huán)境誤差等。

    國內外研究表明：在數控車床的機械加工環(huán)境下，影響其加工精度最主要的要素是數控車床自身機械精度占比在 45%~65% 左右。同時，數控車床加工與普通機床加工的顯著差異在于—數控車床加工的精度不僅與加工過程有關，而且與前期的編程也有密切的聯系，即編程的誤差是影響數控車削加工精度的又一大因素。下面我們從車床機械精度與編程誤差兩個方面來分析對車削精度的影響并提出相應的緩解方式。

2　進給機構對數控車床精度的影響及改進
    一般情況下，通過伺服系統中的滾珠絲杠的驅動來選擇和控制數控車床上工件位置。如果在這個過程中，滾珠絲杠出現了傳動誤差，機床將不能準確的切削零件，從而出現加工零件精度不高的問題。

2.1　滾珠絲杠導程誤差的影響
    研究表明：數控機床精度受到步進系統脈沖當量 K。的影響，而脈沖當量由步進電機步距角 a、齒輪減速比 i 和滾珠絲杠導程 t 決定，即滿足式子 Kσ=ait/360°。滾珠絲杠在制造過程中，因加工設備等多重成分的影響產生的程誤差AT直接影響系統脈沖當量，即絲杠導程誤差造成的脈沖當量誤差△Tσ=ai△t/360°。在加工時選用高精度的機床滾珠絲杠可以減少導程誤差對精度的影響。
數控車床

2.2　進給機構間隙的影響
    進給機構通過減速齒輪、連軸節(jié)、滾珠絲桿副及支撐軸承間的連接與相對運動來實現傳動。這些傳動環(huán)節(jié)間的間隙將影響數控車床工作臺進給精度，特別是在機床換向的時刻，這些間隙對機床加工精度的影響尤為嚴重，減少環(huán)節(jié)間的間隙可大大提高機床的加工精度。

   影響加工精度的間隙因素及其避免方法包括：
①滾珠絲杠與螺母間的間隙影響工作臺的進給精度和進給速率可以通過對絲杠螺母副施加預緊力 F0 來減小間隙。實驗表明在雙螺母定位的滾珠絲桿副中，當預緊力 F0 為 1/3 最大軸向力時，其間隙可以忽略不計。
②軸承軸向間隙和聯軸節(jié)扭轉間隙可以通過定位預緊或定壓預緊消除間隙，但預緊時要考慮絲杠熱變形對間隙的影響。
③齒輪傳動側向間隙。

因齒輪傳動比直接影響脈沖當量進而影響加工精度，所以我們可以通過減小齒輪傳動比和齒輪傳動間隙來保證加工精度。

2.3　合理的走刀路徑可減小進給機構間隙誤差
   走刀路線即刀具相對于被加工工件的運動軌跡與方向。數控機床傳動機構在反向運動時會產生反向間隙，若加工中所采用的走刀軌跡會給零件帶來反向間隙則增大工件的定位誤差，進而影響工件的加工精度與表面粗糙度。合理的走刀路線有利于提高精度減少輔助時間。
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