數控機床導軌變形誤差補償技術研究

摘要：機床導軌磨損變形直接影響了它的導向精度，從而影響了加工件的尺寸、形狀、相互位置等各方面的精度，工件表現的平滑度也受到影響。機床導軌的變形影響了其他關聯部件的高精度運行，綜合作用下的加工件精度大打折扣。本文對導軌變形對加工件的精度的影響進行分析，探討導軌變形誤差補償的有效方法，以提高機床對加工零件的加工精度。

關鍵詞：數控機床；導軌變形；誤差補償

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1006-6675（2013）15-

全球經濟的飛速發展帶動了加工制造業的飛躍性發展，各個領域技術的進步對機械加工件的加工質量要求也越來越嚴格。數控機床是機械零部件加工的主要設備，對其加工的機械零部件的加工精度和加工質量的要求也在不斷的提高。如何保證數控機床能夠高精度，高效率的持續運行是當今機械制造業普遍關注的問題。在數控機床中，機床導軌是機床的重要組成部分，擔負著承載和導向的重要作用。機床導軌作為機床各關聯部件的相對位置和運動的基本標準，其是否高精度的運行狀態直接影響機床對于各種零部件的加工精度。機床在運行過程中導軌磨損對加工精度影響最大，導軌的磨損變形帶來的誤差直接影響加工件的尺寸、形狀、相對位置以及工件表面等各方面的精度。機床導軌變形具有的不規則性特點，導軌誤差的消除一直是加工制造業中著重研究的問題之一。

一、引起導軌導向誤差的原因分析

（一）導軌的磨損變形

機床在運行過程中，導軌受到不規則的磨損變形導致導軌的直線度和扭曲度產生誤差，直接影響了導軌的導向精度，從而影響了零部件的加工精度。機床連續的工作，導軌受到持續的承載負荷，難以避免的引起導軌的磨損，如果是在粗加工的條件之下，導軌的磨損變形更加嚴重。而且機床導軌的總長度上因為受到的磨損力不同，使用頻率不同，所以在導軌總體上磨損的程度是不均勻的。

（二）導軌的熱變形

機床導軌在其工作的過程中因為負荷、摩擦和運動等原因引起溫度的升高，從而導致機床導軌在受熱的狀態下發生膨脹變形。機床導軌的熱變形是導軌導向產生誤差的主要原因之一。導軌的熱變形對零部件加工精度的影響在大型數控機床中尤為明顯。

（三）機床的安裝

機床安裝如果其安裝的地基條件不好，水平調整不夠，在重力的影響下也會導致機床導軌發生彎曲變形，影響導軌的導向精度。這種原因如果對于精密度高的大型機床，其影響更為明顯。如果安裝不當，大型機床在自重的作用下，機床導軌很容易產生彎曲變形。

二、機床導軌變形對加工件的影響

機床導軌變形有多種表現形式，其中以彎曲下凹變形為主，因此本文著重對導軌的下凹變形的影響進行分析。導軌產生彎曲變形后的曲線參照下圖1所示：

從上圖1中可以明顯的看出，導軌的下凹變形以靠近原點處的工作處最嚴重，相對來說靠近機床參考處的變形較輕。導軌發生變形，直接對零件的加工精度產生不利的影響。其中以對零件尺寸的影響最直接，導軌下凹后，加工工件的半徑直接產生變化，半徑加大，零件尺寸增加。另外導軌的下凹對加工刀具的受力性能也有不良的影響。

三、導軌變形誤差補償技術

導軌變形對加工工件精度最直接的影響就是加工件的半徑加大，從而是整個加工件的尺寸增加。導軌變形的誤差補償就是將加工件的半徑相應的減小，從而將導軌變形引起的加工件尺寸的增加加以抵消，以滿足加工件的精度要求。參考下圖2所示：

已知加工件的半徑為 ，小凹量 ，可根據下面公式求出補償量 ：

（1）

得出補償量 的值后，是刀具在運行過程中在 方向上補償 ，這樣就達到了導軌變形誤差補償的要求。在安裝有誤差補償的軟件的PC中加入編制完成的加工程序，通過誤差補償軟件在加工程序中嵌入誤差補償量形成新的加工程序，然后下載到數控機床的操作系統中進行生產加工操作。這樣可以良好的彌補導軌變形產生的誤差影響，保證加工的精度。此種方法在車床中進行實際應用，取得良好效果。

另外，消除導軌誤差還可以配合以下方法：在機床安裝過程中，做好安裝地基的處理工作，保證機床安裝在平整的水平面上，并進行精確的調整。在日常運行中，要注意機床導軌的保養，防止人為操作疏忽引起的導軌碰傷，對機床在運行的過程中產生的落在導軌上塵屑及時的進行清理，尤其對于鐵屑等金屬細屑，要注意清理的及時和徹底。對導軌要經常潤滑，減少導軌在運行過程中由于摩擦和生銹對導軌產生的磨損和變形。導軌的形狀選擇要合理，采用恰當的導軌組合形式，根據實際生產環境，盡可能的加大工作臺和機床導軌的配合長度。除此之外，可采用靜壓導軌，利用壓力空氣或者壓力油的均化作用，能夠有效的提高導軌運動的直線精度。

四、結語

綜上所述，機床導軌彎曲變形是導致數控機床導軌導向精度產生誤差的主要表現形式，導軌的完全變形產生導向誤差，直接對于零部件加工精度產生嚴重的不利影響。導軌變形直接影響加工零件的加工尺寸從而影響加工精度。本文提出誤差補償計算方法，在程序中嵌入補償量的加工程序，能夠有效的補償導軌變形引起的誤差，保證加工件的加工精度符合要求標準。另外做好機床導軌的保養工作，也是減少導軌變形引起誤差的有效方法。

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