有关机床精度方法的应用与措施分析

2012-08-15朱磊，刘伟

科技传播 2012年5期

朱磊，刘伟

沈阳机床集团中捷钻镗床厂，辽宁沈阳 110142

加工精度是指数控机床对零件进行加工后，零件实际的外形轮廓、位置以及尺寸数值等几何参数与设计中规定的几何参数的一致或符合程度。误差在数控机床的实际生产中是客观存在的，但是需要将误差控制在规定的范围内。因此需要对无偿进行有效的分析，对误差的特点和规律进行重点研究，并且根据研究和分析的结果制定出提高数控机场工作精度，降低误差的有效措施。

1 数控机床在实际工作中出现误差的原因

1.1 主轴旋转误差

主轴旋转误差的定义是：某一时刻主轴的实际回转轴线与理论数据中的主轴回转轴线存在偏差。在实际工作中以下因素可以导致数控机床产生主轴旋转误差：在工作生产过程中，主轴发生的不规则动作，例如：轴向窜动、角度摆动或者径向跳动等。为了有效降低主轴旋转误差，首先需要有效提高数控机床主轴、轴承以及箱体的精度和质量；其次，在安装主轴部件时，要有效保证安装精度，并且对滚动轴承等传动部件进行预紧等操作；再次，根据具体的工作需求，选择适合的平衡装置，安装在数控机床主轴的高速传动部件中，可以使回转精度得到有效提高；定期对数控机床的主轴部件进行维护。

1.2 系统变形导致的误差

1）数控机床部件刚度。数控机床部件中包含很多零件，目前，通常采用实验模拟的方法对这些部件的刚度进行分析。通过分析结果可知，数控机床部件变形与加工工作载荷成非线性关系，而且载荷加载曲线超前于载荷卸载曲线，两条曲线不重合。通过对载荷加载曲线和载荷卸载曲线进行分析，可以得出数控机床在加载负荷和卸载负荷过程中所消耗的能量就是两条曲线之间的面积，这些消耗的能量就是数控机床在加载和卸载循环中解除变形所消耗的能量以及摩擦力所消耗的能量；当数控机床初次卸载负荷后，相关部件变形恢复无法完全恢复到初次加载负荷前状态，因此导致了残余变形的产生，加载曲线的起点在数控机床进行多次的加载和卸载循环之后，才与卸载曲线的终点重新吻合，残余变形也随着归位零；

2）刀具刚度。数控机床的刀具在加工工件表面轮廓和法线时，在（y）方向上加工时，因为刀具的刚度很大，因此通常可以忽略刀具的变形。当数控机床加工工件内孔的直径比较小时，刀杆因为受力产生变形较大，因此会导致误差增大，降低加工精度；

3）工件刚度。在数控机床对工件进行加工时，如果工件的刚度偏低，在加工过程中，工件会在机床的刀具和夹具的作用下发生工艺要求之外的变形，降低工件的加工精度。

1.3 数控机床传动系统误差

数控机床传动链的传动误差主要是指机床传动系统中传动链的首段传动元件和末端传动元件之间运动时产生的误差。传动误差产生的主要原因是由机床传动系统中各个组件在运转时产生的偏差所导致的；而且传动系统在工作时，由于零件的磨损，也可以导致传动误差增大。

2 提高数控机床改造精度的常见方法

在设计数控机床时，需要实现较高的静态刚度和动态刚度，有效的减小传动组件的摩擦系数，达到传动组件无间隙，有效提高数控机床的功率，而且方便工作人员或技术人员进行操作和维修。在对数控机场进行改造时，不但需要满足上述几点要求，还应该根据具体的生产需要改造数控机床的主要部件，是其满足生产需求和设计要求，以达到数控机床改造的目的，数控机场改造可以通过以下方法实现：

1）修复机床导轨精度

导轨负责完成导向与承载的作用。无论在空载的情况下，还是在有负载的情况下，导轨都应该满足规定的导向精度。数控机床的导轨导向精度是其几何精度的基础，因此，在对数控机床进行改造时，为了有效的提高精度，通常需要对导轨进行修复，以保证和提高导轨精度。

2）恢复主轴精度

主轴是主轴组中最主要的部件。当数控机床加工工件时，主要通过主轴完成工件夹持、刀具切削等工作，因此主轴的质量将严重影响数控机床的加工质量。因此，在进行数控机床改造时，需要特别注意主轴精度。

如果主轴的精度比较差，则应该将主轴拆卸下来后，系统的检查主轴，然后根据情况制定出主轴修理方案。但是多数情况下可能需要对主轴的轴承进行更换，或者对主轴轴承进行调整、预紧等维修工作。在完成维修和调整工作后，需要采取温升试验的方法进行测试，并根据温升对预紧量进行调整。

3）修复、调整或更换滚珠丝杠

由于现代工艺的发展和需要，现代生产加工生产行业对速度和精度提出了更高的要求。由于滚珠丝杠具有较高的效率和灵敏度，而且具有使用寿命长、刚度高、无间隙的特点，广泛应用于数控机床的传动系统中，已经成为数控机床传动系统中重要的组成部件之一。而且滚珠丝杠已经实行了标准化，生产厂商也比较多，选择面比较广泛。因此使用滚珠丝杠有利于对数控机床进行维修和改造。在对数控机场进行维修和改造时，需要对滚珠丝杠进行调整，以恢复或提高其精度，或者更换质量更好或更精确的滚珠丝杠，以保证数控机床的定位精度，特别是在半闭环数控机场传动系统中，滚珠丝杠不但是数控机场的传动组件，还可以在加工中控制工作台的给进精度，编码器的主要作用是在加工过程中对丝杠的转速进行测量。

4）利用精密仪器对数控机场进行精度检测

在制定具体的数控机床改造方案时，可以首先采用激光干涉仪等精密仪器对数控机床的定位精度进行测量，然后使用球杆仪对机床精度进行快速的检查，然后根据对测量结果的分析，判断出导致误差产生的原因，对数控机床的直线度、垂直度、反向间隙、伺服匹配度、传动组件磨损度等方面进行检查，特别需要注意伺服驱动参数，然后根据情况制定出合理的维修、补偿或改造方案。以保证维修或改造后，数控机床的精确度和工作效率得到有效的提高。