數(shù)控程序補(bǔ)償機(jī)床反向間隙的精密車削研究

0 前言

隨著現(xiàn)代加工方案的日新月異，為滿足高精度零件的加工需求，越來越先進(jìn)的精密數(shù)控加工設(shè)備逐漸取代了傳統(tǒng)的普工作業(yè)，然而圓弧結(jié)構(gòu)在車削時的半徑值往往只能依靠具備較高精度的精密數(shù)控機(jī)床來保證，這便產(chǎn)生了兩個問題，一是精密數(shù)控機(jī)床資金投入太大；另一個便是機(jī)床服役較長時間后，絲杠磨損所產(chǎn)生的反向間隙問題。圓弧車削時，機(jī)床在接收到“G02”或“G03”的數(shù)控指令后需連續(xù)控制X軸與Z軸進(jìn)行梯形插補(bǔ)作業(yè)，而較大的絲杠反向間隙便使機(jī)床的點位控制度和重復(fù)定位精度大幅下降，最終致使在批量加工中，零件產(chǎn)生尺寸漂移和質(zhì)量離散不穩(wěn)的情況，嚴(yán)重時還有可能產(chǎn)生扎刀或撞機(jī)等安全問題，然而絲杠的維修和更換則又給企業(yè)帶來了較大的維修成本和時間成本。故無論是使用普通經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床還是精密數(shù)控機(jī)床，如何根據(jù)絲杠反向間隙值，最大限度保證車削精度便成了最大的問題，本文以某型號船用中速柴油機(jī)氣閥鎖夾槽為例，使用經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床討論一種使用數(shù)控程序補(bǔ)償機(jī)床反向間隙的精密車削方法。

1 工藝介紹

為保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，根據(jù)設(shè)備和材料的不同，需要對氣閥進(jìn)行前道預(yù)處理即機(jī)加工粗車，具體如下：

1.1 傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床(手工裝夾)

1.1.1 夾持φ14mm桿身(此道前已預(yù)留加工余量)，根據(jù)材料選擇合適的車削參數(shù)即轉(zhuǎn)速、進(jìn)給、背吃刀量，使用專用定位套(可使用弧形套或切角套)，以粗車完成后的頸部圓弧作為定位支撐點，對精車時需要裝夾的盤外圓及端面位置進(jìn)行定量車削，為后道創(chuàng)造精基準(zhǔn)。

1.1.2 使用反齒爪頂推盤底面定位，手工鎖緊三爪卡盤(如用四爪則裝夾后需要打表進(jìn)行校正桿身，以此來保證夾持基準(zhǔn)無誤，但由于該道加工前桿身仍然為粗車狀態(tài)，故校正難度較大，且存在一定偏差)，桿端使用內(nèi)頂尖/凹頂尖定位(如桿端存有中心孔則可直接使用)，車削φ14mm桿身，制作打孔基準(zhǔn)。

1.1.3 掉頭裝夾，夾持車削后的φ14mm桿徑，以桿端面定位，將中心架移動至變徑處，同時將鉆頭尾座距離歸零，在盤底處鉆削中心孔。

1.1.4 裝夾于外圓磨床，可使用雙頂尖進(jìn)行盤部外圓和盤底面磨削(底面磨削時的磨削長度僅需超越卡爪夾持距離即可)，如該步驟使用無心磨床則先磨桿身，再以磨削后的桿身作為基準(zhǔn)進(jìn)行盤底面的中心孔加工。該步驟相對于一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的手工裝夾并不需要，如若尺寸問題較為嚴(yán)重則可利用磨床創(chuàng)造較為良好的夾持基準(zhǔn)。

經(jīng)上表數(shù)據(jù)可得車床的X軸反向間隙為0.06mm，Z軸反向間隙為0.07mm，對應(yīng)將測量值輸入車床的0034和0035中，此步為正常狀態(tài)下機(jī)床調(diào)節(jié)反向間隙的通用方法，因加工位置固定則僅需要對所需使用位置進(jìn)行檢測即可。

總之，移動學(xué)習(xí)必須緊跟信息技術(shù)發(fā)展方向，促進(jìn)知識傳授的效率和質(zhì)量。對于師生雙方，信息技術(shù)環(huán)境下的移動學(xué)習(xí)即是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，移動學(xué)習(xí)作為教育發(fā)展的階段性產(chǎn)物，自身仍有許多不足之處，亟待更多的科技工作者和教育同仁共同探索、實踐和優(yōu)化。

1.1.6 完成1-5步后，則使用“一夾一頂?shù)姆绞健遍_始車削圖1中R12處鎖夾槽。

1.2 使用液壓或氣動卡爪的數(shù)控車床

主要工序路徑不變，相比于采用手工裝夾的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，由于液壓或氣動卡爪裝夾后無法由人工自由調(diào)節(jié)，則更需要較為優(yōu)良的基準(zhǔn)，故第4-5步則十分重要，值得強(qiáng)調(diào)提出的是，現(xiàn)在的精密數(shù)控車床及智能車床正在逐步的向無人化，遠(yuǎn)程化的方向發(fā)展，但同時也就意味著其對其他基準(zhǔn)創(chuàng)造工序提出了更高的要求，萬不可產(chǎn)生某一臺設(shè)備或某一步工序做的好，就可保證整個產(chǎn)品質(zhì)量的概念。

1.3 使用伺服、液壓尾座、可編程尾座的數(shù)控車床

主體加工流程不變，但在執(zhí)行第6步時，需要測試頂尖的頂推壓力的合理性，可打表檢測桿身是否存在彎曲情況，如長徑比不大的情況下，則需要根據(jù)頂尖聲音和中心孔的發(fā)熱情況判斷，現(xiàn)在的精密機(jī)床大多帶有監(jiān)測壓力的反饋機(jī)制，以防發(fā)生工件彎曲或頂尖碎裂的情況。

1.4 成型數(shù)控機(jī)床

該種機(jī)床情況比較特殊，多為定制機(jī)，刀片成型加工，但對被加工工件的回轉(zhuǎn)同心度要求較高，具體如下：

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1.4.1 執(zhí)行1-3步；

1.4.3 在桿身磨削/車削完成后可直接進(jìn)行車刀成型切入，如槽深較大，則需先用外圓車刀進(jìn)行開粗，最后再使用成型刀進(jìn)行光整，傳統(tǒng)加工方式中，該道光整加工多為滾壓，但刀片和滾輪的損耗都比較大，此處介紹該種加工方式僅供參考。

2 實驗方案

1.4.2 雙頂尖定位磨削桿身，如車床本身直線度及重復(fù)定位精度較高則可直接在車床上進(jìn)行加工，無需再上磨床磨削，值得注意的是由于使用雙頂尖車削，車削余量較小，加工效率較低。

分析：據(jù)圖表及記錄數(shù)據(jù)分析，尺寸最大離散值為0.1791mm，公差波動范圍為-0.1791～+0.1584mm，尺寸公差帶為0.3375mm，合格率僅為10%；

3 實驗過程及數(shù)據(jù)記錄

3.1 測量機(jī)床反向間隙

在同一根氣閥上按10mm的相同間隔連續(xù)加工10個鎖夾槽，完成后按1-10的順序進(jìn)行編號，檢驗階段，將氣閥垂直放置于軸類檢測儀平臺上，桿端倒角使用凹頂尖/內(nèi)頂尖進(jìn)行裝夾，定位光學(xué)測量圓弧R值，測量值見表2(半徑測量值)，尺寸離散情況見圖5(程序調(diào)整前半徑值離散情況分布圖)。

圓弧段程序為“ G02 U-3.5 W-6.25 R12.03”、“G02 U3.5 W-6.25 R12.03”，刀尖半徑補(bǔ)償為R0.4mm，將程序?qū)敕抡孳浖?，根?jù)刀路仿真實線圖和模型試車圖可知，刀路正常，程序無誤，未有干涉和失圓情況，見圖4(刀路仿真模擬圖)。

1.1.5 在普通車床上，采用夾持盤部+輔助中心架的裝夾方法，以盤底面定位，手工裝夾后鎖緊卡爪，中心架移動至盡可能靠近桿端的位置(不影響進(jìn)刀即可)，根據(jù)桿端倒角角度，將主切削刃撥轉(zhuǎn)至與倒角角度相同，定位修正倒角，若加工材料較硬或表層含有耐磨涂層，則可使用走刀車削的方式修正。值得一提的是，該步驟雖為普工作業(yè)，但卻十分重要，因倒角未做修正工序前為粗車狀態(tài)時加工，在經(jīng)過磨削后，常常容易出現(xiàn)偏心和半邊大小的情況(此在無心磨床加工時更為明顯)，此道為重要的創(chuàng)造基準(zhǔn)工序，若倒角偏移，則將會致使車削鎖夾槽時發(fā)生不規(guī)則的尺寸變化，往往還會出現(xiàn)位置度和同心度漂移較大的情況，也易在裝配時發(fā)生偏軸。

3.2 程序編制及路徑模擬

管理員，即學(xué)校的宿管科部門。在這里，管理員不再是傳統(tǒng)意義上的系統(tǒng)維護(hù)員，更要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的操作運行和新生入住信息的大量導(dǎo)入，對宿管人員工作的考勤等工作。管理員不僅僅要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的正常運行和日常維護(hù)，還要負(fù)責(zé)人員信息管理、宿舍信息管理、公共信息管理。

3.3 試車圓弧

以卡爪齒底面為Z軸零位，以氣閥中心線為X軸零位，打表檢測機(jī)床X軸與Z軸機(jī)床的反向間隙，見圖2(Z軸間隙)、圖3(X軸間隙)，記錄檢測數(shù)據(jù)見表1(SK40P反向間隙測量值)。

批刮第一遍膩子時，大面用靠尺找平，陰陽角用方管靠直，等膩子干了后再進(jìn)行下一道工序；第二遍膩子批刮并表干后，用300#砂紙帶水打磨，打磨后需養(yǎng)護(hù)6h以上。批刮此膩子除平整基面，防止?jié)B水外，還可以進(jìn)一步保證涂層不開裂。按石材面效果用美紋紙分格，再進(jìn)行下一道工序。

3.4 修改程序及刀補(bǔ)

將刀尖半徑補(bǔ)償由R0.4修改為R0.42，程序段指令修改為“G02 U-3.54 W-6.3 R12.03”、“G02 U3.54 W-6.3 R12.03”，0034和0035中的機(jī)床間隙補(bǔ)償值不變。

3.5 圓弧試車

按照修改后的程序?qū)霗C(jī)床開始加工，完成后按A-J編號，檢驗階段，將氣閥垂直放置于軸類檢測儀平臺上，桿端倒角使用凹頂尖/內(nèi)頂尖進(jìn)行裝夾，定位光學(xué)測量圓弧R值，得出修改后的圓弧半徑值見表3(平均半徑測量值)，尺寸離散情況見圖6(程序調(diào)整后半徑值離散情況分布圖)。

山西小浪底引黃工程施工I標(biāo)的1號交通洞進(jìn)口位于板澗河左岸解裕鄉(xiāng)政府附近，洞口高程291 m，末端連接安裝間，終點高程217 m。1號交通洞總長1 105.189 m，最大縱坡9.0%，開挖斷面為8.52 m×9.16 m（寬×高），襯砌后的凈斷面尺寸7 m×8 m（寬×高），城門洞型。1號交通洞作為地下泵站及其附屬洞室群的主要施工通道，它的施工進(jìn)度直接影響到地下泵站及其附屬洞室的施工進(jìn)度。

分析：據(jù)上圖表及記錄數(shù)據(jù)分析，尺寸最大離散值為0.0288mm，公差波動范圍為-0.0288～+0.0187mm尺寸公差帶為0.0475mm，10支均全部符合圖紙尺寸要求。

本文提出了一種新的機(jī)器人多傳感器數(shù)據(jù)融合算法,該算法將UIF算法與IMM算法相結(jié)合,實現(xiàn)了分布式系統(tǒng)中的多傳感器數(shù)據(jù)融合(UIF-IMM).為了提高動作模式檢測和變化的性能以及跟蹤精度,在UIF-IMM中提出了一種融合IMM濾波器模型似然函數(shù)的方法.對比不同算法下的機(jī)器人跟蹤結(jié)果表明：本文提出的濾波方法可以很好地解決分布式多傳感器環(huán)境下機(jī)器人的跟蹤問題.

3.6 對比分析

根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)制作質(zhì)量折線對比圖表，見圖7(程序調(diào)整前后半徑值離散情況對比圖)，從表中可以清晰的看出程序及刀補(bǔ)修改前后的尺寸公差帶由0.3375mm縮減至0.0475mm，尺寸波動幅度由-0.1791～+0.1584mm縮減至-0.0288～+0.0187mm，符合產(chǎn)品圖紙要求的同時，質(zhì)量波動減小，加工精度提升，該方案應(yīng)切實有效。

4 結(jié)論

根據(jù)上述兩組實驗對比圖7可以看出，機(jī)床在執(zhí)行梯形插補(bǔ)類的指令時，受絲杠反向間隙的影響是較大的，利用程序和刀尖圓弧半徑來控制絲杠執(zhí)行距離的方法應(yīng)可以達(dá)到補(bǔ)償機(jī)床絲杠反向間隙，提升車削精度，從而達(dá)到保障回轉(zhuǎn)類零件圓弧形狀及尺寸精度的目的。

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