數控機床定位精度影響因素及控制策略研究

呂正

摘要：本文從生產現場、導軌幾何誤差等方面研究數控機床定位精度影響因素，依靠系統誤差、熱誤差、導軌幾何誤差影響數控機床定位精度，進而影響相關定位精度控制，從而使誤差得以有效改善，提高數控機床定位精度。

關鍵詞：數控機床;定位精度;研究

0? 引言

當前自動化技術背景下要數數控機床最為典型，數控機床可以影響產品質量優良是通過合理的設計與使用做到的。因此，當下我們的重點應該放在數控機床的合理設計與使用。本文根據當前我國實踐研究成果，從數控機床定位精度的影響因素入手，旨在探討數控機床定位精度的有效控制策略。

1? 數控機床定位精度影響因素

1.1 生產現場影響定位精度的因素

1.1.1 干擾對定位精度的影響

在數控生產環境中，各種干擾因素必不可少，同時也不可忽視，筆者根據多年來經驗總結出以下幾點干擾項：①電磁波干擾。電磁波干擾受較多因素影響，如電火花、高頻電源、振蕩電路等，工廠工作過程中產生的電磁波能量較強，這種較強的電磁波會直接借助于空間傳播作用到機床上，若能量足夠大便會導致機床故障。②動力電網電壓波動的干擾。動力電網電壓波動的干擾主要表現為：第一，超壓或欠壓。數控機床有清晰的輸入電壓范圍，日常電源電壓為320～470V通以24V直流電源，若電壓過高或過低便會導致系統誤報引起報警，此時若過電壓較高則數控底盤無信號燈。若電網電壓不穩波動起伏超過峰值也會引起系統報警。③大電感的干擾。變壓器與電機是各大工廠中常用的電力工具，電力工具在運用過程中，難免會產生干擾脈沖，因此，施工人員應加強防范。若應用時停電，電生磁形成高頻峰值脈沖會影響機床運行。從故障現象分析來看，干擾脈沖屬于高頻窄脈沖，峰值大，干擾也大但由于變化過快不會導致電源監控板監測。但是供電線路串入數控系統中則錯誤消息會導致數據中央處理器或可編程控制器停止運行。

1.1.2 熱誤差對定位精度的影響

這其中對數控機床影響最大的是熱誤差。機床在工作時會由于不同部件的碰撞摩擦而產生能量損失與熱消耗，包括電子電器元件也會產生熱能量進而影響機床構件變形。變形主要有兩種形式：熱膨脹導致線性偏差，構件受熱不均勻不對稱也同樣會導致結構扭曲變形。變形是最直接影響機床位置精度，造成定位誤差的主要因素，因此熱誤差對定位精度影響最大且最直接。

1.2 導軌幾何誤差對定位精度的影響

1.2.1 導軌精度對機床定位精度的影響

通過觀察監測發現導軌精度也會對機床性能有所作用，通過研究發現導軌精度對機床運動部件有重要作用，而被加工零件也會受此影響產生誤差，從而產品質量得不到保障。機床在運行狀態時需要不斷位移得到動作，而機身導軌作為工作部件的承受刀架在與副導軌摩擦的同時也會影響其運動性能。若導軌基本運動性能得不到實現則會很難實現低速運動與運動軌跡的精確定位。

1.2.2 導軌直線度對定位精度的影響

導軌直線度也是影響數控機床定位精度的一大因素，通過檢測得出導軌直線度誤差主要表現為導軌中部拱區。導軌中部軌區出現直線度誤差，絲桿在伺服電機驅動下運動產生誤差則會導致與激光干涉儀測量值不一致。如果在實際的數控機床生產過程產生導軌直線度偏差，將會直接影響到刀具進給的定位精度，進而產生誤差，影響生產質量。

2? 數控機床定位精度的有效控制策略

2.1 加強對生產現場的管理

2.1.1 抗干擾措施

①物理隔離。干擾強度與距離平方成反比，我們便可以增大干擾電路與干擾源之間的距離，通過減少二者之間干擾傳播，降低系統的故障率，特別是在電源惡劣的情況下，采用穩壓器可以有效緩解電源波動問題，防止瞬時斷電的產生。另外，還可以在電源與數控機床之間設置隔離變壓器，可以在一定程度上隔離噪聲，減緩電源及大地電纜之間的干擾。如圖1所示。②濾波。濾波器可以通過低通濾波或直流濾波抑制干擾輸入及信號輸入輸出時產生的負干擾。低通濾波器和直流濾波器，通常將其安裝在電源和數控設備之間。③接地。系統地線是數控系統里共同參考電位連接起來形成的新系統參考電位線。系統地線可以根據工作環境的需要連接到不同位置，可以連至公用地板或設備外殼框架。抗干擾便可以通過設備接地系統接地的方式來完成。

2.1.2 采用西門子數控技術進行熱誤差補償

西門子數控技術進行熱誤差補償前，必須要設置補償點。而設置補償點時須注意考慮絲桿長度和用戶需求，注意控制設置點的個數，嚴格按照相關要求設置補償點，通常在一到兩個左右，如果補償點設置過多，則會過多占用內存，影響補償效率，如果補償點設置過少，則達不到補償目的。補償不能正常進行時有可能參數設置顛倒引起。在對進給軸和轉軸補償后，圓度實驗是不可或缺的環節。該環節中首要進行的是參數設置，參數設置完成后應檢查機床定位精度是否合格，待其合格后再次通過設置參數進行圓度測試，通過查看對比軌跡是否準確無誤，若有問題就應重新設置查看。

2.2 導軌幾何誤差的解決對策

2.2.1 消除殘余應力，加強導軌精度

消除殘余應力，加強導軌精度的方式主要有兩種，一是熱時效，是指對鑄件進行加熱，以室溫為最低溫進行加熱，加熱不宜過快，應緩慢、均勻，保持鑄件受熱均勻，直至鑄件溫度達550-650℃左右方可停止加熱，停止加熱后注意對鑄件進行保溫，切忌立刻降溫，待保溫4-8小時后，根據規定要求進行降溫處理，降溫至150℃以下后出爐。二是振動實效，振動時效從字面意思上看是振動過程中產生的變應力，具體來看是利用工件的共振原理，對工件施加一定的附加變應力，注意觀察該過程中附加應力與殘余應力的關系，二者疊加是否超過了材料的極限應力值，如果超過了材料的極限應力值，則工件內部會產生一定的反映，進而在一定程度上降低或者均勻工件內部的參與應力，以達到強化導軌精度的目的。

2.2.2 提高立柱底座彎曲剛度，確保導軌直線度

提高立柱底座的彎曲剛度通常是以“支承”的方式，主要目的是降低梁的最大撓度之。對于數控機床的應用企業來說，要提高立柱底座的彎曲剛度，確保導軌直線度，從機床本身做較大程度的修改是極為不現實的，由此，只有增加“支承”，方可提高立柱底座的彎曲剛度，根據該原理，可繪出橋架圖，如圖2所示，根據圖2結構可以看出，安裝在排屑槽下方立柱底座與工作臺床身相連處，將立柱及主軸箱自重產生的載荷通過螺栓傳遞給地基，最終達到提高立柱底座剛度，確保導軌直線度的目的。

3? 結語

本文從生產現場及導軌幾何誤差兩方面入手，對影響數控機床定位精度的因素進行了分析，進而對應提出幾點定位精度控制策略，取得一定進展。雖然當前針對數控機床的研究還存在一定程度的不足，但隨著數控機床應用的愈加廣泛，更深入的研究分析方法也會層出不窮。

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