葉龍

摘要：數(shù)控車床為零件加工的主要方式，對于零件加工具有較高的自動化水平，但是就實際情況來看，零件加工經(jīng)常會因為設(shè)備自身或者操作不當(dāng)?shù)纫蛩叵拗?，而造成工件精度達(dá)不到專業(yè)要求，存在一定誤差。零件加工精度最終由機床刀具與零件間相對位移誤差決定，因此需要確定加工誤差存在的原因，以降低誤差為面對，采取措施進(jìn)行優(yōu)化。本文對數(shù)控機床加工誤差與補償措施對策進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床；加工；誤差；補償

中國機械制造業(yè)從21世紀(jì)初至今，基本上實現(xiàn)了數(shù)控機床的全面覆蓋，其普及速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)達(dá)國家。但對于其他方面尚未成熟的中國制造業(yè)而言，數(shù)控機床的引入以及其高精度、快速度等特征能否得到充分體現(xiàn)，依然是一個研究關(guān)鍵。同時，人們對數(shù)控機床加工過程容易產(chǎn)生認(rèn)知誤差，認(rèn)為數(shù)控機床的精度是可以完全保障的。事實上，數(shù)控機床所謂的“數(shù)字化精確度”是在理想環(huán)境下才能得到，但在現(xiàn)實機械制造業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中，存在大量人為的、非機械類的干擾要素，數(shù)控機床自身難免受到影響，出現(xiàn)誤差也是必然。

一、數(shù)控機床加工操作中的誤差產(chǎn)生原因

鑒于機械加工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境及涉及要素的復(fù)雜性，導(dǎo)致數(shù)控機床加工操作中產(chǎn)生誤差的原因很多，結(jié)合本人實踐教學(xué)經(jīng)驗來說，主要的原因有以下幾種：

（一）控制系統(tǒng)誤差

1.開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

開環(huán)控制系統(tǒng)中最主要的輸出誤差就是步進(jìn)電動機產(chǎn)生的誤差，主要有兩點。（1）動態(tài)誤差。在步進(jìn)電動機正常的單步運行過程中，往往會產(chǎn)生一定的振蕩現(xiàn)象。如果步進(jìn)電動機在頻率比較低的地方進(jìn)行工作時，同時還會伴有共振現(xiàn)象產(chǎn)生。（2）起停誤差。步進(jìn)電動機無論是啟動開機還是關(guān)機停止，都需要一個過渡的過程，在這里過程里面，電動機的轉(zhuǎn)動和控制脈沖相比較的話，前者總是處于滯后的狀態(tài)。

2.閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

由于閉環(huán)系統(tǒng)在進(jìn)行位置檢測的時候，已經(jīng)將進(jìn)給傳動鏈所具有的全部誤差包含進(jìn)去，所以具有相當(dāng)高的控制精度。但是，位置檢測進(jìn)行的反饋里面同時帶有諸多不穩(wěn)定因素，調(diào)試工作進(jìn)行起來具有很大難度。（1）檢測裝置通常具有制造誤差和安裝誤差，這兩種誤差會引起反饋系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。 （2）機床零件與機構(gòu)之間經(jīng)常有誤差產(chǎn)生，所以檢測裝置在檢測的時候同樣會出現(xiàn)誤差，這樣一來得到的測量值就不再真實可靠。

（二）傳動系統(tǒng)誤差

數(shù)控機床坐標(biāo)軸運行時，需要經(jīng)過升降速階段，但是因為不同類型數(shù)控機床性能不同，其升降速率便會存在一定的差異。在零件外形輪廓切削時，拐角位置出現(xiàn)超程或者過切問題，形成零件加工誤差。針對此類誤差，在對經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機床傳動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時，需要在拐角位置選擇變化的進(jìn)給速度，接近拐角位置時減速，通過拐角后加速。

（三）編制程序誤差

這一點誤差主要是由數(shù)控編程軟件的過程中產(chǎn)生，屬于一種插補誤差，也就是借助直線或圓弧段在于零件輪廓進(jìn)行逼近的時候產(chǎn)生出來的一種誤差，在對零件加工精度起到影響的因素里面，這是非常重要的一個原因。

（四）刀具磨損誤差

當(dāng)數(shù)控機床進(jìn)行連續(xù)工作時，被加工的零件材料和刀具本身都處在高溫高壓力的環(huán)境里面，刀尖一般都會出現(xiàn)很大的磨損，這樣也會導(dǎo)致一定的誤差出現(xiàn)。最開始工作的時候，刀尖磨損的速度會比較快，后來就會越變越小，直到最后再次出現(xiàn)逐漸加快的趨勢。

二、數(shù)控機床加工操作中減小誤差的補償措施

在實際的操作當(dāng)中，數(shù)控機床加工零件是不可能避免不產(chǎn)生任何誤差的，但是如果針對數(shù)控機床在操作上進(jìn)行一定的改進(jìn)，那么就會有效地在合理范圍內(nèi)對誤差進(jìn)行一定的控制。

（一）降低系統(tǒng)誤差

一是要控制好元件的質(zhì)量，選用的步進(jìn)角度要在符合電機要求的前提下保證最?。欢球?qū)動電路必須完好無損，結(jié)合步進(jìn)電動機的控制環(huán)節(jié)，選取最優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動電路完成作業(yè)；三是要注意大型設(shè)備運行所需的精確度，對步進(jìn)電機的步數(shù)進(jìn)行補償。

（二）提高對數(shù)控機床的程序編寫的要求

程序編寫直接影響著數(shù)控機床批量化生產(chǎn)的效果，在零件進(jìn)行數(shù)控加工之前，必須要把具有一定可行度的加工程序編寫出來，編寫程序通常來說有兩種方法：其一，采取手工編程的方式，這在大量嵌入式設(shè)備中具有體現(xiàn)，其二則是利用計算機輔助軟件編程，筆者比較傾向于這一種，計算機輔助編程的方式可以規(guī)避很多人為失誤，在精確控制方面也更科學(xué)，甚至可以實現(xiàn)生產(chǎn)模擬。

（三）對數(shù)控機床的整體誤差進(jìn)行把控

數(shù)控機床本身就存在大量的測量校對要求，相比普通機床而言，其管理要求更嚴(yán)格、涉及內(nèi)容也更多，如果采用普通機床的管理方法來對待數(shù)控機床，很顯然是不合理的。在管理方面要集中展開，按照生產(chǎn)需要合理布局，減少數(shù)控機床周邊的影響因素。在誤差檢測方面，可以利用計算機進(jìn)行整體管理，實現(xiàn)信息共享，滿足參數(shù)對比的要求，從中發(fā)現(xiàn)數(shù)控機床自身存在的問題。

（四）機床精度檢測與補償

雙頻激光干涉儀是數(shù)控機床精度檢測的重要設(shè)備，可實現(xiàn)對機床反向偏差、定位精度等的檢測。具體測量方法為：（1）將雙頻激光干涉儀測量系統(tǒng)安裝在需要測量的坐標(biāo)軸上。（2）在需測量的機床坐標(biāo)軸線方向地面上安裝三腳架，并將激光頭安放在三腳架上。（3）測量反射鏡放置在機床工作臺上，干涉鏡放置在激光器與反射鏡之間的光路上。調(diào)整激光頭，使雙頻激光干涉儀的光軸與機床移動的軸線盡量在一條直線上，即將光路調(diào)準(zhǔn)直。（4）待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)。（5）根據(jù)測量條件，制定測量程序，運動機床進(jìn)行測量，根據(jù)測量誤差判斷定位精度和反向間隙是否超差，補償后再次進(jìn)行精度測試，直到各項指標(biāo)符合技術(shù)要求。

三、總結(jié)

在整個機械加工的過程中，誤差都是無可避免的，但是如果多對數(shù)控機床進(jìn)行操作方法上的改進(jìn)，在實際生產(chǎn)過程中，不管是小批量零件的生產(chǎn)加工中，還是有著中等精度要求的零件，都可以達(dá)到減小誤差的目的，零件也都可以達(dá)到圖紙要求的標(biāo)準(zhǔn)。

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