應(yīng)玉忠

摘 要：數(shù)控加工中有機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度誤差，刀具的尺寸誤差，刀具、機(jī)床及零件的熱變形和彈性變形誤差，還有編程中的計(jì)算誤差及加工方法引起的誤差等，這些都是導(dǎo)致加工誤差的因素。該文將主要探討車削加工誤差補(bǔ)償技術(shù)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：車削加工 ?誤差 ?補(bǔ)償技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（b）-0100-01

現(xiàn)如今隨著科技的發(fā)展，人們生活水平的提高，大家對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求是越來越高。誤差補(bǔ)償技術(shù)由于無需投入大量資金對(duì)機(jī)床進(jìn)行硬件改造，就可以有效地大幅度提高車削加工的加工精度，因此，逐步發(fā)展成為當(dāng)今提高數(shù)控機(jī)床加工精度的主要方法[1]。

1 數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生的加工誤差

數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的最主要差別有兩點(diǎn)：一是數(shù)控機(jī)床具有“指揮系統(tǒng)”——數(shù)控系統(tǒng);二是數(shù)控機(jī)床具有執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)——伺服系統(tǒng)。

加工時(shí)在數(shù)控機(jī)床上與在普通機(jī)床上所加工時(shí)產(chǎn)生的誤差，它們有著許多相同的來源，但是數(shù)控機(jī)床有著獨(dú)特的特點(diǎn)，如伺服進(jìn)給系統(tǒng)的跟蹤誤差、檢測(cè)系統(tǒng)中的采樣延滯誤差等，這些都是普通機(jī)床加工時(shí)所沒有的。所以在數(shù)控加工中，除了要控制在普通機(jī)床上加工時(shí)常出現(xiàn)的那一類誤差源以外，還要有效地抑制數(shù)控加工時(shí)才可能出現(xiàn)的誤差源。數(shù)控機(jī)床是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品[2]。數(shù)控機(jī)床的品質(zhì)，如加工精度和動(dòng)態(tài)特性，不是取決于采用什么檔次的數(shù)控系統(tǒng)，而取決于高質(zhì)量的機(jī)械部件和優(yōu)化的裝配工藝，取決于機(jī)電的密切配合。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床直線位移由位置測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)。有些機(jī)床采用直接測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)坐標(biāo)的位置。直接測(cè)量系統(tǒng)也叫做全閉環(huán)，它是利用光柵尺來檢測(cè)坐標(biāo)軸的實(shí)際位移。有些機(jī)床采用間接測(cè)量系統(tǒng)，或稱為半閉環(huán)，光電編碼器安裝在伺服電機(jī)內(nèi)，檢測(cè)伺服電機(jī)的角位移，由數(shù)控系統(tǒng)通過機(jī)械配比參數(shù)計(jì)算出坐標(biāo)的位置。對(duì)于采用間接測(cè)量系統(tǒng)的機(jī)床，由于編碼器只能檢測(cè)到伺服電機(jī)的角位移，不能檢測(cè)坐標(biāo)軸的實(shí)際位移，坐標(biāo)軸的位置精度由機(jī)械系統(tǒng)的精度和剛性主導(dǎo)。就是說，機(jī)械部件的制造和裝配精度影響機(jī)床的實(shí)際定位精度。傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械部件的制造和裝配誤差可以通過數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能作一定程度上的補(bǔ)償[3]。

2 車削加工誤差補(bǔ)償技術(shù)

法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)誤差是由于加工表面法向矢量沿插補(bǔ)直線方向的轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，可以對(duì)刀心位置進(jìn)行修改，這樣就就可對(duì)法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在實(shí)際處理時(shí)，只對(duì)凸曲面進(jìn)行法向矢量轉(zhuǎn)動(dòng)誤差補(bǔ)償，對(duì)凹曲面則不進(jìn)行補(bǔ)償，這樣就會(huì)讓刀具的切削運(yùn)動(dòng)軌跡更精確地逼近曲面，這是因?yàn)榉ㄏ蚴噶哭D(zhuǎn)動(dòng)誤差小于直線逼近誤差，從而能使補(bǔ)償?shù)粢徊糠?，使加工精度能有所提高。另外一種更為有效的補(bǔ)償方法是細(xì)分插補(bǔ)段長(zhǎng)度，限制法向矢量的轉(zhuǎn)角，達(dá)到自動(dòng)按曲面曲率變化加密刀位點(diǎn)的目的。

數(shù)控加工誤差補(bǔ)償是通過對(duì)點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)值進(jìn)行修改，將精度提高來補(bǔ)償誤差。在線檢測(cè)模塊自動(dòng)生成檢測(cè)程序，CAD/CAM軟件自動(dòng)生成NC文件，誤差補(bǔ)償模塊計(jì)算誤差數(shù)值和誤差補(bǔ)償，這些都是計(jì)算機(jī)通過自身強(qiáng)大的功能自動(dòng)完成的，不但提高了檢測(cè)和加工的精度，而且縮短了誤差補(bǔ)償和數(shù)控加工的周期，提高了誤差補(bǔ)償和數(shù)控加工的效率。

3 提高車削加工精度的改善措施

保證和提高加工精度的方法，大致可概括為以下幾種：減小原始誤差、補(bǔ)償原始誤差、轉(zhuǎn)移原始誤差等。

3.1 減少原始誤差

盡管在機(jī)床裝配時(shí)采取了各種措施消除機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)中可能存在的反向間隙誤差，如滾珠絲杠螺母增加了消除反向間隙的機(jī)構(gòu)，或者采用消隙的減速箱，但是很難完全消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙。因此可以利用數(shù)控系統(tǒng)提供的反向間隙補(bǔ)償功能對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。要對(duì)反向間隙進(jìn)行補(bǔ)償，首先要準(zhǔn)確地測(cè)量出反向間隙的大小。由于滾珠絲杠的制造誤差，坐標(biāo)軸的任何一個(gè)位置既有反向間隙也存在絲杠的螺距誤差，因此要在一個(gè)位置測(cè)量反向間隙往往不能測(cè)出實(shí)際的反向間隙誤差。通常采用多點(diǎn)測(cè)量法，在坐標(biāo)軸的若干個(gè)位置測(cè)量出反向間隙，然后計(jì)算平均值。最準(zhǔn)確的方式是采用激光干涉儀測(cè)量坐標(biāo)軸全程的絲杠螺距誤差，同時(shí)可以測(cè)出準(zhǔn)確的反向間隙。

3.2 補(bǔ)償原始誤差

誤差補(bǔ)償法，是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。當(dāng)原始誤差是負(fù)值時(shí)人為的誤差就取正值，反之，取負(fù)值，并盡量使兩者大小相等;或者利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，也是盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的[4]。

3.3 轉(zhuǎn)移原始誤差

由于制造工藝的原因，實(shí)際的絲杠不可能達(dá)到理想的精度，存在螺距誤差。絲杠螺距誤差的大小決定了絲杠的精度等級(jí)。絲杠的誤差可以利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能部分消除或減小。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)絲杠誤差補(bǔ)償?shù)倪^程實(shí)際是通過調(diào)整絲杠的角度使得直線位移達(dá)到或接近指令位置。實(shí)際上絲杠的誤差表現(xiàn)形式為非線性，而數(shù)控系統(tǒng)對(duì)絲杠螺距誤差的補(bǔ)償采用了線性插補(bǔ)法。線性補(bǔ)償與非線性誤差之間的矛盾影響了誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

3.4 均化原始誤差

對(duì)配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨工藝。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件作相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)工件進(jìn)行微量切削，高點(diǎn)逐漸被磨掉，最終使工件達(dá)到很高的精度。雖然在誤差測(cè)量位置上的誤差完全消除了，但是由于誤差曲線的線性度不同，在整個(gè)補(bǔ)償范圍內(nèi)的補(bǔ)償效果是截然不同的。通過試驗(yàn)的結(jié)果說明，雖然絲杠的螺距誤差在絲杠的總行程內(nèi)是非線性的，但在某一個(gè)小的區(qū)間內(nèi)誤差是線性的或接近線性的。因此用數(shù)控系統(tǒng)的線性補(bǔ)償功能，要達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果，就要截取具有線性度的誤差段，就是測(cè)量誤差的間隔越小，在測(cè)量區(qū)間內(nèi)誤差的線性度越高，因而補(bǔ)償?shù)男Ч胶谩?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

車削加工誤差補(bǔ)償研究已經(jīng)歷了幾十年的歷史，已達(dá)到了一定的成熟階段，但并還會(huì)產(chǎn)生問題，特別是在我國(guó)數(shù)控機(jī)床的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中，還有待于有關(guān)人員的進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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[3] 董魏巍.數(shù)控機(jī)床加工誤差產(chǎn)生的原因及對(duì)策[J].黑龍江科學(xué)，2014（1）：168.

[4] 余蔚荔.五軸數(shù)控機(jī)床輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償技術(shù)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014（7）：29-31.endprint