數(shù)控機(jī)床加工中的精度補(bǔ)償技術(shù)研究

劉新元楊天琦

1.中捷機(jī)床有限公司 遼寧沈陽 110142 2. 沈陽精力傳動(dòng)設(shè)備有限公司 遼寧沈陽 110142

數(shù)控機(jī)床加工中的精度補(bǔ)償技術(shù)研究

劉新元1楊天琦2

1.中捷機(jī)床有限公司 遼寧沈陽 110142 2. 沈陽精力傳動(dòng)設(shè)備有限公司 遼寧沈陽 110142

精度補(bǔ)償技術(shù)是一種對(duì)機(jī)床在加工過程中所產(chǎn)生的加工誤差的修正技術(shù)。刀具的磨損老化、溫度的變化、夾具的變形等因素都會(huì)對(duì)機(jī)床加工精度產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，采用精度補(bǔ)償技術(shù)可以對(duì)加工精度的誤差進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)償糾偏，最終實(shí)現(xiàn)理想的加工效果，保障加工質(zhì)量和精度。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床加工運(yùn)行過程中的精度補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行研究和探討。

數(shù)控機(jī)床；精度；補(bǔ)償

數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用標(biāo)志著我國的加工制造業(yè)邁向了新臺(tái)階，是我國制造業(yè)發(fā)展的里程碑。數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用使零部件的加工更加精細(xì)化，在加工效率、加工精度、加工質(zhì)量上都有了明顯的提高，同時(shí)有效降低了生產(chǎn)成本，能夠?qū)?fù)雜的零部件實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的加工，滿足了各行業(yè)領(lǐng)域?qū)α悴考a(chǎn)加工的需求。數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線測(cè)量，自動(dòng)化精度補(bǔ)償，改變了以往傳統(tǒng)的人工產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，有效降低了人工生產(chǎn)、加工、檢測(cè)的誤差。

機(jī)床在運(yùn)行過程中，受多方面因素的影響，如刀具的磨損老化、溫度的升降變化、夾具的變形等會(huì)帶來一定的精度誤差，這是正常現(xiàn)象。精度補(bǔ)償技術(shù)是允許誤差存在的，根據(jù)誤差估算的結(jié)果，采用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行精度補(bǔ)償來盡可能將誤差消除或者降低，最終實(shí)現(xiàn)高精度的加工。數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，在線精度補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，通過測(cè)頭、傳感器、光柵尺等補(bǔ)償修正元件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化精度補(bǔ)償，以加工出高精度的產(chǎn)品。本文以加工某缸體零件為例，主要對(duì)測(cè)頭在數(shù)控機(jī)床加工精度補(bǔ)償中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

一、主軸進(jìn)給方向精加工精度補(bǔ)償

在對(duì)缸體頂面進(jìn)行精銑的過程中，機(jī)床的快速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致溫度快速升高，溫度變化會(huì)造成數(shù)控機(jī)床主軸部件發(fā)生熱變形，加速刀具的磨損，是夾具產(chǎn)生變形，這些都會(huì)對(duì)加工的精度造成不利的影響，難以滿足廠家較高的加工精度要求，在主軸進(jìn)給方向只能達(dá)到±0.15mm/500mm的穩(wěn)定加工精度。本文經(jīng)過多次的試驗(yàn)和研究，利用測(cè)頭精度補(bǔ)償技術(shù)，通過測(cè)頭進(jìn)給接觸夾具上的測(cè)量基準(zhǔn)塊對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量并對(duì)測(cè)量信息進(jìn)行記憶，再將其與理論坐標(biāo)加以比較得出補(bǔ)償信息數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償修正。參見圖1。

圖1 主軸進(jìn)給方向精加工精度補(bǔ)償

此項(xiàng)補(bǔ)償設(shè)計(jì)要求測(cè)頭在執(zhí)行測(cè)量記憶補(bǔ)償量工序所用的時(shí)間與實(shí)際修正的加工時(shí)間之間的時(shí)間差值要控制在10min以內(nèi)，如果時(shí)間間隔過長(zhǎng)會(huì)因?yàn)闇夭畈痪膯栴}而影響補(bǔ)償量的準(zhǔn)確性；另外補(bǔ)償量的公差通常在0.4±0.2的范圍之內(nèi)，否則測(cè)頭會(huì)出現(xiàn)異常報(bào)警。

二、主軸進(jìn)給方向臺(tái)階面半精與精加工精度補(bǔ)償

在對(duì)缸蓋地面進(jìn)行精銑加工的過程中，利用測(cè)頭對(duì)已經(jīng)加工完成額底面進(jìn)行檢測(cè)，能夠?qū)χ鬏S變形伸長(zhǎng)和夾具在主軸方面上的變形引起的誤差進(jìn)行測(cè)量和修正。提高主軸進(jìn)給方向上的加工精度保持良好的穩(wěn)定性。應(yīng)用測(cè)頭精度補(bǔ)償技術(shù)，將變形誤差消除或者最大程度的降低，實(shí)現(xiàn)主軸方面的穩(wěn)定加工精度。應(yīng)用精度補(bǔ)償技術(shù)首先利用精銑刀對(duì)工件進(jìn)行第一次的試切削，將部分加工余量預(yù)先去除掉，再利用測(cè)頭對(duì)工件面進(jìn)行進(jìn)給檢測(cè)，得到檢測(cè)數(shù)據(jù)記憶后退回測(cè)頭。再對(duì)半精加工表明進(jìn)行二次檢測(cè)，并對(duì)變量值進(jìn)行記憶然后將測(cè)頭退回，將測(cè)得的信息與加工理論坐標(biāo)信息進(jìn)行比對(duì)得出誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償修正，最后采用精銑刀以第一次試切面作為基準(zhǔn)面，加入補(bǔ)償量對(duì)工件進(jìn)行精銑，最終完成工件的加工。補(bǔ)償設(shè)計(jì)要同上。

三、孔加工精度補(bǔ)償

在對(duì)缸體凸輪軸孔進(jìn)行精加工的過程中，常用的方法是利用測(cè)頭對(duì)加工后的內(nèi)表面進(jìn)行直接的檢測(cè)，這樣既能夠?qū)椎奈恢眠M(jìn)行準(zhǔn)確的控制，也可以對(duì)孔的直徑誤差進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)孔直徑超出預(yù)先設(shè)定的公差范圍時(shí)，測(cè)頭會(huì)發(fā)生異常報(bào)警。主軸變形和夾具的變形都會(huì)造成孔加工誤差的出現(xiàn)，使用測(cè)頭精度補(bǔ)償技術(shù)可以將其有效的消除，達(dá)到允許范圍內(nèi)的穩(wěn)定精度，并可以根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果及時(shí)對(duì)刀具進(jìn)行更換，以保證加工精度。

孔加工精度補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)要求：孔徑變化量的公差帶范圍通常在0.05±0.025的范圍之內(nèi)，過高或者過低都會(huì)引起測(cè)頭異常發(fā)生報(bào)警。其余補(bǔ)償要求同上。

四、多孔精加工精度補(bǔ)償

在三軸有光柵尺的臥式數(shù)控機(jī)床的加工中心上進(jìn)行缸蓋、缸體定位銷孔的精加工的過程中，一般來說定位銷孔最高能夠達(dá)到±0.05mm/500mm的位置精度，但是僅僅依靠加工中心的光柵尺是不能將因主軸和夾具的變形引起的加工誤差予以徹底消除的。為了能夠有效的修正變形引起的誤差，保證多個(gè)定位銷孔在位置精度上能夠始終保持良好的穩(wěn)定性，采用測(cè)頭精度補(bǔ)償技術(shù)同樣能夠達(dá)到良好的效果。

使用測(cè)頭精度補(bǔ)償技術(shù)首先在被檢測(cè)的基準(zhǔn)塊上沿X方向選定一個(gè)點(diǎn)并利用測(cè)頭進(jìn)給進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)頭記憶變量后退回；再在被檢測(cè)基準(zhǔn)塊沿Y方向選定一個(gè)點(diǎn)利用測(cè)頭進(jìn)給進(jìn)行檢測(cè)，記憶變量后將測(cè)頭退回；更好加工刀具，在進(jìn)行銷孔精加工時(shí)根據(jù)與理論坐標(biāo)信息的對(duì)比結(jié)果得到補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償修正。補(bǔ)償設(shè)計(jì)要求同上。

五、結(jié)語

采用數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行工件切削加工的過程中，利用補(bǔ)償元件可以對(duì)精度誤差進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)并得出補(bǔ)償量，以實(shí)現(xiàn)精度補(bǔ)償修正。數(shù)控機(jī)床應(yīng)用多種先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了加工的自動(dòng)化，具有能夠?qū)庸さ毒叩哪p量自動(dòng)檢測(cè)，準(zhǔn)確確定工件加工位置，自動(dòng)找正工件基準(zhǔn)面，自動(dòng)設(shè)定坐標(biāo)系等的能力。加工過程中，使用精度補(bǔ)償技術(shù)，有效的提高了誤差檢測(cè)的準(zhǔn)確率，并更加準(zhǔn)確的進(jìn)行精度補(bǔ)償，有效的保障了工件加工的精度要求，對(duì)推動(dòng)加工制造業(yè)的發(fā)展具有積極的作用。

[1]張虎,周云飛,等．?dāng)?shù)控機(jī)床空間誤差球桿儀識(shí)別和補(bǔ)償[J]．機(jī)械工程學(xué)報(bào),2013．

[2]曉龍．三軸數(shù)控機(jī)床通用幾何誤差軟件補(bǔ)償技術(shù)的研究[D]．北京:北京工業(yè)大學(xué),2012．

[3]洪邁生,蘇恒,等．?dāng)?shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)誤差檢測(cè)技術(shù)[J]．組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2012．