數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)的進(jìn)展及存在的問題
2020-9-16 來源：焦作市技師學(xué)院 作者：張 娜
摘 要：在機(jī)械加工中，很多情況下都會(huì)選擇使用數(shù)控機(jī)床來進(jìn)行零部件的加工， 所以對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度要求在逐步地提升。以實(shí)際生產(chǎn)情況作為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)分析數(shù)控機(jī)床加工精度提升的技術(shù)手段，同時(shí)分析所存在的缺陷和不足。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床；加工精度；提高技術(shù)；問題
在目前的機(jī)械加工領(lǐng)域內(nèi)， 人們對(duì)于加工精度的要求是非常高的。而對(duì)于一些超級(jí)工業(yè)強(qiáng)國(guó)來說，他們已經(jīng)不能滿足于精密加工的要求， 而逐步將高精密加工作為研究和發(fā)展的方向。當(dāng)前很多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，已經(jīng)將加工的精度從微米級(jí)提升到亞納米級(jí)， 甚至有些國(guó)家已經(jīng)提升到納米級(jí)。對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床來說，為了能夠促進(jìn)加工精度的提升， 除了應(yīng)該進(jìn)行數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能的提升，保證熱穩(wěn)定性滿足要求，同時(shí)還應(yīng)該從系統(tǒng)軟件方面來進(jìn)行研發(fā)和應(yīng)用， 從而可以使得其加工精度更高，比傳統(tǒng)的機(jī)床有很大的提升。
1、提高數(shù)控機(jī)床控制精度的發(fā)展情況分析
（1）提高數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，使用微小程序進(jìn)行精確控制，在連續(xù)進(jìn)給中使單位精細(xì)化，在位置檢測(cè)裝置上采用更高的分辨率設(shè)備，進(jìn)而可以提高位置檢測(cè)精度（日本已開發(fā)裝有 106 脈沖 ／轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測(cè)器的交流伺服電機(jī)， 其位置檢測(cè)精度可達(dá)到 0.01 μm／ 脈沖）， 位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。
（2）采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)， 對(duì)設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究表明，誤差補(bǔ)償技術(shù)在提高數(shù)控機(jī)床精度方面有明顯的作用，開發(fā)潛力很大。
（3）采用網(wǎng)格解碼器：檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度，并通過仿真預(yù)測(cè)機(jī)床的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長(zhǎng)期穩(wěn)定，能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)， 并保證零件的加工質(zhì)量，提高總體的加工技術(shù)水平。
2、影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素分析
2.1 機(jī)床自身對(duì)加工精度的影響
（1）進(jìn)給機(jī)構(gòu)。滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床中非常重要的結(jié)構(gòu)組成部分，其對(duì)于加工精度的影響是比較直接的。因?yàn)榧庸ぴO(shè)備在生產(chǎn)、制造等環(huán)節(jié)中，自身就會(huì)存在一定的誤差，要想從根本上消除這些誤差，應(yīng)該有效地控制絲杠導(dǎo)程對(duì)系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的影響。
進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是減速齒輪、 聯(lián)軸節(jié)、滾珠絲杠副、支承軸承等。 這些部件在安裝中會(huì)存在間隙， 相互作用之下在運(yùn)動(dòng)中對(duì)精度造成過大的影響，直接造成整個(gè)設(shè)備加工無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求。
(2) 編程誤差。 一是插補(bǔ)誤差的影響。 插補(bǔ)運(yùn)算環(huán)節(jié)，設(shè)備在運(yùn)行中會(huì)存在隨機(jī)誤差，如果累計(jì)超出規(guī)定限值，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)床的位移、定位都存在較大誤差，加工精度也會(huì)受到影響。二是編程逼近誤差的影響。在進(jìn)行零件輪廓編程的過程中， 可以選擇使用列表曲線逼近的方式，此時(shí)會(huì)導(dǎo)致逼近誤差值不能有效的控制，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)加工誤差。
2.2 氣溫和工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響
（1）氣溫對(duì)加工精度的影響。 根據(jù)自然規(guī)律分析，溫度變化極易導(dǎo)致金屬出現(xiàn)熱脹冷縮的情況， 進(jìn)而使得其結(jié)構(gòu)尺寸發(fā)生一些微小的變化， 從而在加工中產(chǎn)生誤差。
（2）工藝系統(tǒng)熱變形對(duì)加工精度的影響。在機(jī)床加工環(huán)節(jié)，因?yàn)榱悴考g相互作用而摩擦生熱，造成內(nèi)部的各個(gè)部件會(huì)熱傳導(dǎo)不平衡使工件變形， 已經(jīng)調(diào)整好的位置也會(huì)發(fā)生變化，工件和刀具運(yùn)行準(zhǔn)確性比較差，進(jìn)而導(dǎo)致加工精度難以滿足實(shí)際運(yùn)行的要求。
3、數(shù)控機(jī)床加工精度提高技術(shù)所存在的主要問題
經(jīng)過大量的研究和試驗(yàn)分析， 考慮到實(shí)際加工中所存在的問題和不足， 通過使用誤差補(bǔ)償技術(shù)來提升數(shù)控機(jī)床的加工精度，是非常有必要的，也能夠產(chǎn)生比較好的效果， 對(duì)于現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的加工有著極為重要的意義和價(jià)值。 但是結(jié)合國(guó)際上生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況來進(jìn)行分析，該技術(shù)還沒有應(yīng)用到實(shí)踐中，這主要是因?yàn)檫€存在以下幾個(gè)方面的問題。
（1） 誤差補(bǔ)償技術(shù)還沒有研發(fā)出一種通用的數(shù)控機(jī)床空間建模分析方法， 所以很多數(shù)學(xué)模型都不能應(yīng)用到相同型號(hào)的機(jī)床來進(jìn)行分析， 使得總體應(yīng)用效果比較差。
（2）誤差參數(shù)識(shí)別技術(shù)還缺乏完善性，在具體的誤差識(shí)別中有著很多的問題和不足。
（3）誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)效果會(huì)受到硬件系統(tǒng)的影響，因此導(dǎo)致其無法正常應(yīng)用，技術(shù)升級(jí)效果比較差，如果進(jìn)行技術(shù)改造，則會(huì)投入較多的資金和成本，且非常復(fù)雜。
（4）企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較差，投入資金量也比較少，不能有效地研發(fā)出高水平的補(bǔ)償技術(shù)，所以也就無法直接應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床控制領(lǐng)域， 極大地影響數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。
（5）有些加工誤差與加工對(duì)象存在直接的關(guān)系，比如零部件的材質(zhì)不同、 材料自身存在質(zhì)量缺陷或者零部件設(shè)計(jì)缺乏合理性， 都會(huì)導(dǎo)致其加工精度受到比較大的影響。
4、結(jié)語
數(shù)控機(jī)床加工技術(shù)已經(jīng)比較成熟， 但是加工精度方面依然有著很多的問題無法徹底地解決。 從這個(gè)角度出發(fā)，我們需要積極地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)方面存在的缺陷和問題，完善技術(shù)體系，將先進(jìn)的加工精度提升技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐中， 促進(jìn)數(shù)控加工工藝的發(fā)展和進(jìn)步。 很多廠家已經(jīng)研發(fā)出高精度的數(shù)控加工機(jī)床， 如上海機(jī)床廠有限公司成功開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“納米數(shù)控磨床”，為我國(guó)數(shù)控領(lǐng)域的發(fā)展起到了非常大的促進(jìn)作用。 在未來的發(fā)展中， 相信我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)一定會(huì)得到很大的提升， 達(dá)到世界先進(jìn)水平，推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造領(lǐng)域的全面發(fā)展。
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