影響數(shù)控機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的因素及處理方法概述

任煥?田天

摘 要 當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)背景下要數(shù)數(shù)控機(jī)床最為典型，數(shù)控機(jī)床可以影響產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)與使用做到的。因此，當(dāng)下我們的重點(diǎn)應(yīng)該放在數(shù)控機(jī)床的合理設(shè)計(jì)與使用。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)影響數(shù)控機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的因素及處理方法提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床;定位精度;重復(fù)定位精度;處理方法

引言

數(shù)控機(jī)床的定位精度是指機(jī)場(chǎng)各坐標(biāo)軸在數(shù)控裝置的控制下運(yùn)動(dòng)部件所能達(dá)到目標(biāo)位置的準(zhǔn)確度。重復(fù)定位精度指在數(shù)控機(jī)床上反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼所得到的位置精度的一致度。數(shù)控機(jī)床的加工精度最終靠機(jī)床本身的精度來(lái)保證，隨著使用年限的增長(zhǎng)，數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度將出現(xiàn)不可避免的下降。

1數(shù)控機(jī)床定位精度影響因素

1.1 伺服因素影響

伺服系統(tǒng)因素比較常見(jiàn)，這是在操作數(shù)控車床的過(guò)程中，伺服系統(tǒng)發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，該系統(tǒng)能夠?qū)嚧策\(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生重要影響，比如，車床運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)力便是由伺服系統(tǒng)提供。因此，在實(shí)際應(yīng)用數(shù)控車床進(jìn)行機(jī)械零件加工時(shí)，需要數(shù)控車床操縱人員具備專業(yè)的能力，如此才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)伺服系統(tǒng)的精準(zhǔn)控制，并在伺服系統(tǒng)的幫助下，完成對(duì)車床傳動(dòng)系統(tǒng)滾珠絲杠的合理化驅(qū)動(dòng)，在這一過(guò)程中，一旦滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)較大的傳動(dòng)誤差，必然會(huì)直接影響零件的定位精度，出現(xiàn)嚴(yán)重的定位偏差問(wèn)題。

1.2 熱誤差對(duì)定位精度的影響

這其中對(duì)數(shù)控機(jī)床影響最大的是熱誤差。機(jī)床在工作時(shí)會(huì)由于不同部件的碰撞摩擦而產(chǎn)生能量損失與熱消耗，包括電子電器元件也會(huì)產(chǎn)生熱能量進(jìn)而影響機(jī)床構(gòu)件變形。變形主要有兩種形式[1]：熱膨脹導(dǎo)致線性偏差，構(gòu)件受熱不均勻不對(duì)稱也同樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭曲變形。變形是最直接影響機(jī)床位置精度，造成定位誤差的主要因素，因此熱誤差對(duì)定位精度影響最大且最直接。

1.3 環(huán)境溫度

數(shù)控機(jī)床元件大多為金屬，在環(huán)境溫度的變化下，金屬會(huì)發(fā)生熱變形。溫度變化一般為外部而溫度變化和內(nèi)部溫度變化。外部主要是車間晝夜溫差和季度變化造成的溫差。內(nèi)部溫度主要是數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)潤(rùn)滑油循環(huán)利用。數(shù)控機(jī)床潤(rùn)滑油和靜壓油在循環(huán)利用中通常油溫會(huì)高達(dá)40℃以上，會(huì)對(duì)傳動(dòng)元件造成熱膨脹效果[2]。

1.4 導(dǎo)軌直線度對(duì)定位精度的影響

導(dǎo)軌直線度也是影響數(shù)控機(jī)床定位精度的一大因素，通過(guò)檢測(cè)得出導(dǎo)軌直線度誤差主要表現(xiàn)為導(dǎo)軌中部拱區(qū)。導(dǎo)軌中部軌區(qū)出現(xiàn)直線度誤差，絲桿在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誤差則會(huì)導(dǎo)致與激光干涉儀測(cè)量值不一致。如果在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生導(dǎo)軌直線度偏差，將會(huì)直接影響到刀具進(jìn)給的定位精度，進(jìn)而產(chǎn)生誤差，影響生產(chǎn)質(zhì)量。

2數(shù)控機(jī)床定位精度的有效控制策略

2.1 環(huán)境溫度控制

通過(guò)在機(jī)床油箱出油口處安裝一油冷機(jī)（可手動(dòng)設(shè)置油溫，油溫保持在設(shè)定值），將油溫冷卻后輸送到機(jī)床使用，很有效降低機(jī)床自身產(chǎn)生的溫度，也穩(wěn)定機(jī)床因溫度變化而影響機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度。數(shù)控機(jī)床加工大型精密工件，需要穩(wěn)定的環(huán)境溫度，則需要保持室內(nèi)溫度不變就需要將車間改造成恒溫車間。目前很多精密加工車間都采用恒溫恒濕車間，這樣徹底避免環(huán)境溫度變化對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度在成影響[3]。

2.2 伺服系統(tǒng)偏差彌補(bǔ)

在數(shù)控車床眾多構(gòu)件組成中，伺服系統(tǒng)有著非常重要的地位。為有效糾正伺服系統(tǒng)的偏差，應(yīng)在組建伺服系統(tǒng)的過(guò)程中，搭配一些性能優(yōu)良的部件，比如動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越的驅(qū)動(dòng)裝置等，在完成伺服裝置組建后，還應(yīng)立足于系統(tǒng)的參數(shù)，進(jìn)一步做好優(yōu)化設(shè)置，成功形成進(jìn)給軸開(kāi)環(huán)增益。另一方面，伺服系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，還會(huì)對(duì)數(shù)控車床車削直線與圓弧加工精度帶來(lái)誤差影響，比如速度誤差，需要將進(jìn)給軸調(diào)整至45°，可有效提升定位精度。伺服系統(tǒng)在進(jìn)行圓弧加工時(shí)，針對(duì)進(jìn)給軸位置，設(shè)置好開(kāi)環(huán)增益。使開(kāi)環(huán)增益達(dá)到統(tǒng)一，能夠促使工件輪廓的加工精度得到有效提升。

2.3 采用西門子數(shù)控技術(shù)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償

西門子數(shù)控技術(shù)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償前，必須要設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)。而設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)須注意考慮絲桿長(zhǎng)度和用戶需求，注意控制設(shè)置點(diǎn)的個(gè)數(shù)，嚴(yán)格按照相關(guān)要求設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)，通常在一到兩個(gè)左右，如果補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置過(guò)多，則會(huì)過(guò)多占用內(nèi)存，影響補(bǔ)償效率，如果補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置過(guò)少，則達(dá)不到補(bǔ)償目的。補(bǔ)償不能正常進(jìn)行時(shí)有可能參數(shù)設(shè)置顛倒引起。在對(duì)進(jìn)給軸和轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償后，圓度實(shí)驗(yàn)是不可或缺的環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)中首要進(jìn)行的是參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置完成后應(yīng)檢查機(jī)床定位精度是否合格，待其合格后再次通過(guò)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行圓度測(cè)試，通過(guò)查看對(duì)比軌跡是否準(zhǔn)確無(wú)誤，若有問(wèn)題就應(yīng)重新設(shè)置查看。

2.4 提高立柱底座彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度

提高立柱底座的彎曲剛度通常是以“支撐”的方式，主要目的是降低梁的最大撓度之。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用企業(yè)來(lái)說(shuō)，要提高立柱底座的彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度，從機(jī)床本身做較大程度的修改是極為不現(xiàn)實(shí)的，由此，只有增加“支承”，方可提高立柱底座的彎曲剛度，根據(jù)該原理，可繪出橋架圖，安裝在排屑槽下方立柱底座與工作臺(tái)床身相連處，將立柱及主軸箱自重產(chǎn)生的載荷通過(guò)螺栓傳遞給地基，最終達(dá)到提高立柱底座剛度，確保導(dǎo)軌直線度的目的[4]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，造成數(shù)控機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的因素較多。數(shù)控機(jī)床硬件維護(hù)保養(yǎng)是否到位直接影響數(shù)控機(jī)床各軸定位精度和重復(fù)定位精度狀態(tài)。數(shù)控機(jī)床重點(diǎn)部位重點(diǎn)檢查重點(diǎn)維護(hù)，重點(diǎn)部位維護(hù)到位才是保證數(shù)控機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的基礎(chǔ)。數(shù)控機(jī)床機(jī)械誤差不能徹底消除，必須通過(guò)軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償，軟硬結(jié)合才能將數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度調(diào)整到最佳狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張中明，吳曉蘇，童逸杰，等.數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)定位精度測(cè)試與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償研究（英文）[J].機(jī)床與液壓，2019，47（6）：82-91，137.

[2] 宋超，王湘江，曾超.數(shù)控銑床定位精度測(cè)量及誤差補(bǔ)償研究[J].機(jī)械工程師，2019，（2）：50-53.

[3] 雷楠南，雷征.基于激光干涉儀的MV400數(shù)控加工中心定位精度評(píng)定[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，17（5）：33-37.

[4] 曾超，王湘江.基于多因素影響的數(shù)控銑床定位誤差研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2018，（4）：80-83，87.

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