車削加工誤差補償技術(shù)及其應(yīng)用

應(yīng)玉忠

摘 要：數(shù)控加工中有機床的運動精度誤差，刀具的尺寸誤差，刀具、機床及零件的熱變形和彈性變形誤差，還有編程中的計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償技術(shù)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：車削加工 ?誤差 ?補償技術(shù)

中圖分類號：TG5 文獻標識碼：A 文章編號：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，大家對機械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量要求是越來越高。誤差補償技術(shù)由于無需投入大量資金對機床進行硬件改造，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)展成為當今提高數(shù)控機床加工精度的主要方法[1]。

1 數(shù)控機床產(chǎn)生的加工誤差

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

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

2 車削加工誤差補償技術(shù)

法向矢量轉(zhuǎn)動誤差是由于加工表面法向矢量沿插補直線方向的轉(zhuǎn)動引起的，可以對刀心位置進行修改，這樣就就可對法向矢量轉(zhuǎn)動誤差進行補償。在實際處理時，只對凸曲面進行法向矢量轉(zhuǎn)動誤差補償，對凹曲面則不進行補償，這樣就會讓刀具的切削運動軌跡更精確地逼近曲面，這是因為法向矢量轉(zhuǎn)動誤差小于直線逼近誤差，從而能使補償?shù)粢徊糠郑辜庸ぞ饶苡兴岣摺Ａ硗庖环N更為有效的補償方法是細分插補段長度，限制法向矢量的轉(zhuǎn)角，達到自動按曲面曲率變化加密刀位點的目的。

數(shù)控加工誤差補償是通過對點的坐標數(shù)值進行修改，將精度提高來補償誤差。在線檢測模塊自動生成檢測程序，CAD/CAM軟件自動生成NC文件，誤差補償模塊計算誤差數(shù)值和誤差補償，這些都是計算機通過自身強大的功能自動完成的，不但提高了檢測和加工的精度，而且縮短了誤差補償和數(shù)控加工的周期，提高了誤差補償和數(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

盡管在機床裝配時采取了各種措施消除機床傳動系統(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構(gòu)，或者采用消隙的減速箱，但是很難完全消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙。因此可以利用數(shù)控系統(tǒng)提供的反向間隙補償功能對誤差進行補償。要對反向間隙進行補償，首先要準確地測量出反向間隙的大小。由于滾珠絲杠的制造誤差，坐標軸的任何一個位置既有反向間隙也存在絲杠的螺距誤差，因此要在一個位置測量反向間隙往往不能測出實際的反向間隙誤差。通常采用多點測量法，在坐標軸的若干個位置測量出反向間隙，然后計算平均值。最準確的方式是采用激光干涉儀測量坐標軸全程的絲杠螺距誤差，同時可以測出準確的反向間隙。

3.2 補償原始誤差

誤差補償法，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。當原始誤差是負值時人為的誤差就取正值，反之，取負值，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，實際的絲杠不可能達到理想的精度，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。絲杠的誤差可以利用數(shù)控系統(tǒng)的補償功能部分消除或減小。數(shù)控系統(tǒng)對絲杠誤差補償?shù)倪^程實際是通過調(diào)整絲杠的角度使得直線位移達到或接近指令位置。實際上絲杠的誤差表現(xiàn)形式為非線性，而數(shù)控系統(tǒng)對絲杠螺距誤差的補償采用了線性插補法。線性補償與非線性誤差之間的矛盾影響了誤差補償?shù)男Ч?/p>

3.4 均化原始誤差

對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運動過程中對工件進行微量切削，高點逐漸被磨掉，最終使工件達到很高的精度。雖然在誤差測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，在整個補償范圍內(nèi)的補償效果是截然不同的。通過試驗的結(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)的線性補償功能，要達到最佳的補償效果，就要截取具有線性度的誤差段，就是測量誤差的間隔越小，在測量區(qū)間內(nèi)誤差的線性度越高，因而補償?shù)男Ч胶谩?/p>

4 結(jié)語

車削加工誤差補償研究已經(jīng)歷了幾十年的歷史，已達到了一定的成熟階段，但并還會產(chǎn)生問題，特別是在我國數(shù)控機床的大規(guī)模實際應(yīng)用中，還有待于有關(guān)人員的進一步研究。

參考文獻

[1] 王忠祥.數(shù)控機床加工過程綜合誤差分析研究[J].東方企業(yè)文化，2014（5）：22-23.

[2] 程志.數(shù)控機床誤差補償技術(shù)的研究[J].湖南農(nóng)機，2014（2）：174-175.

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

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