淺議數(shù)控車床精度加工

韋洪喜

[摘要]在數(shù)控機床生產(chǎn)加工中，精度控制對產(chǎn)品質(zhì)量具有重要影響。加工精度則由機床的精度、編程精度、伺服精度以及插補精度決定。為提高機床精度，在其設(shè)計環(huán)節(jié)通過CAD設(shè)計和計算機模擬技術(shù)可以有效提高機床加工精度。在使用過程中通過加強對機臺的保養(yǎng)，保持良好狀態(tài)，保持數(shù)控機床的高精度要求。

[關(guān)鍵詞]幾何精度 精度補償 誤差分析

[中圖分類號]G71 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0338-01

1、數(shù)控機精度分析

目前對數(shù)控數(shù)控機床的分類主要包括集合精度、位置精度以及加工精度。數(shù)控機床材質(zhì)的剛度和工作時的溫度，對機床的精度都會造成不同程度的影響。將數(shù)控車床的幾何精度繼續(xù)細分有可以分成主軸幾何精度和直線運動精度。

在數(shù)控機床加工運作的過程中主動軸與回轉(zhuǎn)軸之間的相對位置應(yīng)該是保持相對固定的，在實際生產(chǎn)的過程中與設(shè)計的情況是不完全相同的，兩軸之間的相對空間位置也并非固定不變的，因為構(gòu)成主軸的軸承零部件在其制造的環(huán)節(jié)中會出現(xiàn)不同程度的誤差，在使用過程中又會受到溫度、工作強度、潤滑等條件的影響。主動軸的軸承精度、主軸箱在裝配是的質(zhì)量都會造成主軸和其回轉(zhuǎn)部件在運行是發(fā)生不平衡，另外主動軸的支承軸頸在制造過程中會存在圓度誤差，其前后同軸度也會存在一定程度的誤差，再加之主軸在運轉(zhuǎn)的過程中都會受熱發(fā)生形變，這些因素都對數(shù)控機床的主軸幾何精度造成影響。

在數(shù)控機床除主動軸造成的幾何精度之外，導(dǎo)軌因為摩擦力以及機床所用的伺服電機可能會存在慣量匹配問題會對機床的位置精度造成影響。在數(shù)控機床中有部分需要不間斷工作的部件如油缸油泵、電動機、液壓機等，都需要長時間連續(xù)工作。在它們運轉(zhuǎn)的過程中因為摩擦?xí)a(chǎn)生一定的熱量，其內(nèi)部零件會受熱膨脹發(fā)生形變，造成構(gòu)件的實際尺寸與設(shè)計尺寸有出入，零件的結(jié)構(gòu)也會因內(nèi)部熱應(yīng)的作用變的不對稱，發(fā)生構(gòu)件的形變，因此數(shù)控機床運轉(zhuǎn)部件受熱發(fā)生形變會對機床的位置精度帶來重要影響。

數(shù)控機床的加工精度與上述兩種精度不同，它是整臺機床在各種因素綜合影響下的結(jié)果，與機床的幾何精度和位置精度是密切相關(guān)的，與機床的傳動系統(tǒng)誤差、檢查校正系統(tǒng)誤差、零件固定部件無擦、刀具位置的誤差等都有關(guān)聯(lián)。而且數(shù)控機床的程序編輯是否正確、生產(chǎn)工藝是否合理對機床的加工生產(chǎn)的穩(wěn)定型造成影響。因此在實際生產(chǎn)中，為提高數(shù)控機床的加工精度就需要提高機床的幾何精度和位置精度。

2、檢測數(shù)控機床精度

數(shù)控機床與所有其他電器、機械設(shè)備相同，在使用一段時間后，都會面臨電子元件老化、零部件生銹、機械部件磨損等情況。因此為保持機床能夠保持較好的狀態(tài)，應(yīng)定期對機床進行周期性的保養(yǎng)，對數(shù)控機床的精度進行檢測和補償。

2.1 檢測幾何精度

通常在加工中心機床的幾何精度檢測項目中，對直線運動軸的直線度檢測項目所選用的工具是平尺和千分表，一般是測試運動部件在垂直于其運動軸的其他兩個坐標軸上的線性偏差。在一臺常見的普通立式數(shù)控加工中心為例，對其集合精度的檢測內(nèi)容主要包括對機床工作臺面的平面度，運動軸在空間坐標各方向移動的相互垂直度。主軸在中心孔徑向的跳動，主軸、回轉(zhuǎn)軸軸心線與機床工作臺面的垂直度。機床運動軸在X、Y坐標方向移動時工作臺面的平行度；X坐標方向移動時工作臺面T形槽側(cè)面的平行度；主軸箱在延z軸的坐標方向移動時的直線度以及與主軸的軸心線的平行度，主軸的軸向竄動等。

2.2 檢測位置精度

數(shù)控機床所需要的定位精度可以分為定位精度、反向偏差精度和重復(fù)定位精度三項。定位精度主要的內(nèi)容指的是數(shù)控機床的工作臺面或者機床的其他運動部件，在生產(chǎn)中實際的運動位置與程序指令位置相一致的程度；其不一致程度的差量就是定位誤差。在機床各系統(tǒng)中，伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等的誤差，以及運動部件導(dǎo)軌的幾何誤差都是造成定位誤差的重要因素，定位誤差是會對機床加工零件的尺寸精度產(chǎn)生直接影響。

3、提高機床精度的措施

3.1 提高設(shè)計水平

目前我們大量使用的數(shù)控機床是以國產(chǎn)機床為主，機床的生產(chǎn)企業(yè)基本上的都具有部分的自主研發(fā)能力，可以自行設(shè)計、制造、改進產(chǎn)品的主體部分，機床的功能件部分人需外購。閉眼機床局部因受力過大而造成較大變形，影響加工精度。

機床主動軸在使用過程中要受到耐磨性和溫度升高的影響，因此對其溫度特性進行優(yōu)化設(shè)計可以有效的保持機床的加工精度。通常在對主軸系統(tǒng)設(shè)計的是有，會將對機床加工精度造成較大影響的構(gòu)件安裝到一個與主動軸中心相交，而且與機床底座想垂直的安裝面上，然后在主軸箱的兩側(cè)對稱的安裝其他構(gòu)件，這樣可以有效的改善機床因受熱對加工精度。

3.2 提高機床幾何精度

數(shù)控機床的幾何精度能夠?qū)C床的生產(chǎn)精度起到?jīng)Q定性作用，因此在機床生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計中要能夠合理的設(shè)定機床的工作精度，選擇適合的加工負荷。在機床加工零件的過程中，主軸軸頸與軸承發(fā)生的摩擦?xí)蛊錅囟壬撸c主軸箱的箱體孔的空間位置如果存在較大誤差，會造成軸承滾到的變形，嚴重影響到軸承的旋轉(zhuǎn)精度。所以要嚴格控制主軸軸承的選配間隙。

數(shù)控機床在加工零件時長時間處于高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)，通常機床制造企業(yè)會采用鑲鋼滑動導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)來提高機床的剛性和精度。該結(jié)構(gòu)可以使數(shù)控機床具有最好的幾何精度。

3.3 綜合提高加工精度

數(shù)控機床從設(shè)計到制造、裝配、使用值一個復(fù)雜的過程，對其加工精度的控制也是一個綜合性的系統(tǒng)問題，不能僅僅依靠對某個或某幾個量的控制來獲取較高加工精度。在生產(chǎn)制造環(huán)境，應(yīng)充分考慮到制造工藝中會對機床精度造成影響的因素，消除鑄造加工、機械加工對機床個構(gòu)件引起的幾何精度的改變。然后通過對數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)進行補償值的設(shè)定，可有效的提升機床的加工精度。

4、結(jié)束語

目前我們國內(nèi)采用數(shù)控機床雖然比傳統(tǒng)的加工機床有更高的加工精度，但是與世界先最先進的數(shù)控設(shè)備還有這很大的差距。在現(xiàn)有的條件加，為提高機床的加工質(zhì)量，保持更高的加工精度，需要對生產(chǎn)工藝精益求精，不斷提高設(shè)計制作能力。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家標準GB/T16462-2007，數(shù)控車床和車削中心檢驗條件[S]

[2]《機床設(shè)計手冊》編寫組，機床設(shè)計手冊（3）[M]，京：機械工業(yè)出版社，1986