數(shù)控機(jī)床的精度影響和維持

摘 要：隨著“中國制造2025”綱要的實(shí)施，很多企業(yè)進(jìn)行自動化，柔性化，智能化改造，作為智能制造單元，加工中心以自動化程度高、柔性好、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)，特別在智能化升級中得到廣泛應(yīng)用，做為智能制造重要的單元之一，精度穩(wěn)定，防止精度非預(yù)期變異，是加工中心生產(chǎn)企業(yè)和使用單位都十分關(guān)注的問題，本文針對加工中心精度變異進(jìn)行了分析，并對預(yù)防精度變異和保證精度穩(wěn)定的方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；精度影響和維持

隨著制造業(yè)的發(fā)展，企業(yè)對零部件的加工精度要求越來越高，為了保證和維持加工中心精度，本人對加工中心生產(chǎn)過程和使用單位反饋進(jìn)行匯總分析，通過匯總分析不同精度誤差的產(chǎn)生現(xiàn)況，查找誤差產(chǎn)生原因，和通過試驗(yàn)設(shè)計，摸索經(jīng)驗(yàn)，掌握了很多減少加工中心在生產(chǎn)和使用過程中的精度損失，保持加工中心在作業(yè)過程的精度穩(wěn)定性的經(jīng)驗(yàn)和方法，匯總?cè)巳缦?，以供參考?/p>

一、加工中心制造過程中形成精度誤差的預(yù)防

制造過程中形成的誤差，主要是零組件的精度誤差，床身結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力變形，制造工藝上的缺失，人員工藝執(zhí)行上的一些問題所致。

近幾年國家在機(jī)床行業(yè)精密傳動部件進(jìn)行了大量的投入，產(chǎn)品質(zhì)量有了比較大的提高，國產(chǎn)的線軌，螺桿的傳動精度已經(jīng)與臺灣產(chǎn)品相當(dāng)，但是與日本，歐洲知名品牌，還有差距，所以基礎(chǔ)傳動部件的選擇，要匹配加工中心的精度要求。

結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力變形方面，設(shè)計上要采用合理的結(jié)構(gòu)布局，進(jìn)行有限元分析，保證應(yīng)力最小，兼顧結(jié)構(gòu)的承重平衡，避免變形造成精度衰減。鑄件件必須進(jìn)行時效處理，可以采用回火退應(yīng)力，粗加工之后，精加工之前，采用噴丸、振動等方法進(jìn)行應(yīng)力的消除，防止精加工后應(yīng)力變形所造成的精度衰減。

制造工藝設(shè)計，如關(guān)鍵硬軌滑動面，固定面刮花的點(diǎn)數(shù)，軸承的預(yù)壓力，螺桿的預(yù)拉力，都會對加工中心的定位精度和最小移動精度造成影響，通過試驗(yàn)設(shè)計，評估出最佳的工藝，是維持精度穩(wěn)定性的關(guān)鍵，組裝過程嚴(yán)格執(zhí)行工藝，根據(jù)客戶反饋，持續(xù)改善，才能不斷提升精度的穩(wěn)定性。

二、加工中心伺服系統(tǒng)誤差的預(yù)防

伺服系統(tǒng)是以機(jī)械位置或角度作為控制對象的自動控制系統(tǒng)，是加工中心的重要組成部分，是精度定位功能的直接執(zhí)行系統(tǒng)，其計算速度，執(zhí)行方式，以及命令的響應(yīng)性，直接影響著定位精度和加工精度。雖然國內(nèi)伺服系統(tǒng)研究有了突破性的進(jìn)展，但在高精端的伺服系統(tǒng)的研究方面，特別高速多軸聯(lián)動的伺服控制系統(tǒng)方面，與歐洲，日本產(chǎn)品還有很大的差距，所以控制系統(tǒng)的選擇適應(yīng)加工中心的精度要求。

三、熱變形精度誤差的防止

隨著加工中心精度要求的提高，熱變形精度誤差在總誤差中的比重不斷增大，尤其在精密、超精密加工領(lǐng)域，熱變形誤差已經(jīng)成了影響加工精度的最主要因素之一，成為提高加工精度的瓶頸。加工中心產(chǎn)生的熱變形誤差主要有兩種，一種是機(jī)床馬達(dá)，傳動部件，主軸等運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量，傳動部件升溫產(chǎn)生的熱變形誤差，另外一種是環(huán)境溫度變化，造成加工中心本體，傳動部件，工件溫度變化，產(chǎn)生的加工誤差。

傳動部件的熱誤差主要由馬達(dá)、軸承、傳動件等運(yùn)轉(zhuǎn)過程中生熱，產(chǎn)生熱變形，發(fā)熱部件的熱量通過接觸面或輻射向周圍傳遞，從而導(dǎo)致零部件變形而產(chǎn)生誤差，具有多變量、長時滯、非線性和強(qiáng)耦合的特點(diǎn)。對于此類熱變形誤差，一般采用暖機(jī)的方式解決，對于精度要求比較高的工序，需要增加中空螺桿，主軸油冷等附加機(jī)構(gòu)，通冷卻劑對發(fā)熱部位進(jìn)行強(qiáng)制型冷卻，減少熱變形對加工精度的影響。

溫度的變化，會導(dǎo)致機(jī)床本體溫度發(fā)生變化，加工中心的底座，鞍座工作臺等部件也會有相應(yīng)的尺寸變化，在機(jī)床發(fā)生溫度變化的同時，工件也會有相對的溫度變化，在某些情況下這種溫度變化造成的誤差會有抵消，但是因不同材料的熱膨脹系數(shù)差異和機(jī)床本身設(shè)計結(jié)構(gòu)影響，這種誤差不容易確定。在設(shè)計過程中，加工中心的主體結(jié)構(gòu)必須要考慮熱平衡性，溫度變化后，保證結(jié)構(gòu)的對稱和穩(wěn)定，避免非預(yù)期的熱膨脹，加工高精度產(chǎn)品，生產(chǎn)車間需要恒溫，工件加工前也需要進(jìn)行等溫處理，消除溫度差異而形成的精度影響。

四、加工中心震動引起的誤差防止

震動對機(jī)床精度的影響主要在精密、超精密加工領(lǐng)域，振動源主要來自加工中心內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)震動和外部干擾震動。內(nèi)部震動一般是傳動部件運(yùn)轉(zhuǎn)的振動和切削時工件時刀具受力產(chǎn)生的震動，一般可以通過合理的工藝參數(shù)設(shè)計，有效減小和消除此類震動；主軸旋轉(zhuǎn)，直線軸運(yùn)行，也可能會與機(jī)床的某些部件引起共震，此類共震可以通過機(jī)床參數(shù)的調(diào)整進(jìn)行消除；對機(jī)床地基進(jìn)行二次灌漿，采用地腳螺栓進(jìn)行固定，可以增加阻尼抑制震動，提升加工質(zhì)量。外來的震動也會影響機(jī)床的加工精度，料件的搬運(yùn)不可避免，叉車，貨車的震動都會通過床身傳遞給刀具及工件，產(chǎn)生誤差，所以高精度的加工必須做好地基，如有條件，建議在地基周邊增加防震層，即使對精度要求不高，也要保證加工中心的地基是穩(wěn)固的，并且定期調(diào)整水平，地基不穩(wěn)，很容易造成機(jī)床結(jié)構(gòu)件變形，造成精度衰減。

五、環(huán)境變化，外界干擾所引起的誤差的防止

溫度，濕度，粉塵濃度都會對機(jī)床的加工精度和正常轉(zhuǎn)造成影響，所以環(huán)境對機(jī)床精度的影響也不可忽視，長期高溫，潮濕，粉塵條件下使用的機(jī)床會出現(xiàn)精度早期衰退的情況。外界的電磁干擾也會造成加工中心執(zhí)行過程異常情況，對加工精度形成影響，所以加工中心的放置應(yīng)避開高頻電爐，高壓線等電磁輻射較強(qiáng)的設(shè)施和區(qū)域，避免與強(qiáng)電設(shè)備共用一條供電線路，做好機(jī)床地線的接駁，有條件的用戶，最好每臺加工中心配備穩(wěn)壓電源。

六、刀具、工件、夾具變形所引起的誤差防止

刀具剛性，動平衡，與工件材料匹配都影響到刀具的壽命，從而影響加工精度，所以選擇合適的刀具是保證加工精度的最基礎(chǔ)保證。工件本身精度，夾具與工件精度要求的匹配程度，也會影響到最終零部件的精度，薄壁件如果夾緊力過大，容易變形；夾具剛性不夠，切削過程中打滑，都會影響到精度。

以上分析主要是影響精度和如何預(yù)防精度誤差的方法，為了獲取加工中心更好的加工精度，也可以采用補(bǔ)償?shù)姆椒?，刀具磨損造成的精度誤差，可以采用刀具測量裝置，每加工一件產(chǎn)品后，對刀具進(jìn)行測量，對磨損量進(jìn)行補(bǔ)償，為了減少熱變形，或者其他不確定的隨機(jī)因素影響，可以分別對工作軸進(jìn)行光柵反饋補(bǔ)償，提升加工中心的加工精度。

作者簡介：廖文杰（1974），男，漢族，黑龍江集賢縣人，本科，工程師，研究方向：數(shù)控機(jī)床，停車設(shè)備等。