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数控机床加工精度的影响因素及其控制措施

2015-08-18  来源:《工程技术》  作者: 陈群英
  1 数控编程对机床加工精度的影响以及解决对策
  1.1 编程原点的选择对加工精度的影响和控制措施
  在进行数控编程时,最先需要考虑的因素就是编程原点的确定。
  通常来讲,编程坐标系的确定需要相关的操作人员根据所需加工零件的特点以及图纸等进行考虑,在这其中,编程原点的确定直接关系到整个零件最终的加工精度。在实际操作中,编程坐标系的确定应该以编程基准、设计基准、工艺基准统一为原则,只有这样才能将尺寸公差换算误差降到最低,实际操作中可以按照以下进行操作:
  1) 编程原点应该尽量与图纸中的基准吻合。在进行零件设计时会有相应的设计基准,加工过程中会有相应的工艺基准,编程原点应该尽量和这些基准相吻合。
  2) 在进行相关数据的计算时,尽量简单化,避免不必要的尺寸链计算过程,减少误差的产生。
  3) 编程坐标系应该尽可能的选择在一些精确度较高的零件表面上。
  1.2 编程过程中的数据处理对精度的影响和控制措施
  在数控编程中,数据处理主要是对整个零件的轮廓精度产生重要的影响,在这其中较为重要的就是一些未知的编程节点以及编程尺寸公差带的计算和换算问题。
  1) 当前的数控机床设备中,一些先进设备可以根据加工零件的轮廓自动进行节点的坐标计算,而大部分数控机床仍然需要人为的手工计算。通常来讲利用手工计算节点坐标的主要问题就是如何控制好计算精度,一般情况下,手工计算与计算机计算之间会有0.01~0.03mm 的偏差,通常可以利用以下方法来提高手工计算的精确度:首先,手工计算过程中的一些中间数据应该保留在四位小数以上,如果利用计算机进行计算,应该尽量保留全部的小数。其次,编程过程中尺寸的调整主要是根据数控机床的脉冲当量来确定,所谓脉冲当量就是指当控制系统发出一个指令脉冲后,相应的机床移动设备所产生的移动量,脉冲当量是数控机床最小的设计和控制单位,比方说对于脉冲当量为0.001mm 的数控机床而言,在计算过程中,各类计算结果应该最少保留三位小数以上。
  2) 当零件不同部位的尺寸公差存在不同或不对称的现象时,应该采用人工的方法对编程尺寸进行计算。整个加工过程如果使用同一把刀具,那么应该选择公差中间值来进行编程,为误差的产生预留一定的空间,进而保证加工精度。当编程尺寸公差基本对称时,通常可以利用公称尺寸来进行编程,从而使计算量相应的减少。
  1.3 加工路线对精度的影响及控制措施
  在数控编程中,加工路线是其重要的组成部分,并且对数控加工过程的精度和效率有着巨大的影响作用。如何进行加工路线的选择应该从以下几个方面进行入手:
  1) 加工过程中的进、退刀方法对零件的轮廓有着重要的影响作用。
  当在零件的轮廓表面上直接进行进、退刀操作时,可能由于刀具的机床误差、速度突变等因素使得零件的表面出现一些小凹痕,因此在进行一些精度要求较高的加工时,进、退刀应该尽量避免在表面进行。对于那些必须在表面进行操作的情况,应该尽量选择圆弧切入和切出的形式,而且圆弧的半径应比刀具的半径大。
  2) 在进行数控机床加工时,为了保证零件表面的整体质量符合精度要求,通常利用顺铣的方法进行加工,但是在下列情况时,应该利用逆铣的方法进行加工:首先,当待加工零件表面存在硬化层或夹砂时,应该选择逆铣的方法进行加工。因为如果利用顺铣从零件的表面进行切入加工,那么表面的硬化层和夹砂可能会对刀具造成破坏,而利用逆铣的方法,当刀具从表面切出时,外表面的硬化层和夹砂就会被掀掉,从而避免了刀具受到破坏;其次,在进行一些非金属材料的加工时,尤其是一些纤维材料应该尽量选择逆铣的方法。因为从表面切入的顺铣可能无法有效的切断纤维,进而使切割表面产生毛刺现象,而逆铣的加工方法能够使材料中的一些细小纤维得到有效的切断,使加工的切面光滑平整。
  2 数控机床系统误差对加工精度的影响和控制措施
  2.1 螺距误差和补偿
  所谓误差补偿技术就是说在进行数控机床加工过程中,对某一特定轴的实际运动位置进行记录,并将记录结果与精密仪器的测量结果进行比较。实际操作过程中,在轴上选择一定量的测量点,并对运行过程中的误差进行记录,输入到机床的控制系统内,通过这种方式,控制系统就可以对轴运动时不同点和时间的误差进行控制。这些测量点的数量越多,螺距误差补偿技术的实施效果越明显,在利用这一技术时应该注重以下几个方面的问题:
  1) 当数控机床的重复定位精确度不高时,这一技术很难得到实施;2) 该技术是建立在数控机床坐标系的前提下的;3) 参考点是确定数控机床坐标系的重要参数,所以参考点的选择误差应该是零。
  2.2 反向间隙误差和补偿
  在数控机床加工过程中,传动链的运转存在很多的间隙,而其中的反向间隙可能会导致机床反向时,伺服电机处于运转状态而机床并没有产生运动,这也直接使得数控机床产生一定的误差或者发生机床震荡现象。因此在进行数控机床的设计时,应该充分考虑反向间隙,但是无论采取什么样的改进措施,都不可避免的会存在一定的间隙。在半闭环系统的数控机床中,通过上述的螺距误差补偿技术,对机床运转过程中的各点反向间隙进行记录,并将其录入到控制系统中去,这样在产生反向运动时,系统会自动进行补偿误差操作。对于全闭环系统的数控机床而言,其反向间隙的补偿可以利用参数的设置来实现。
  总之,在数控机床加工过程中,影响其加工精度的因素有很多,除了上述所讲的这些因素外,工艺设计、刀具、操作人员技术水平等都会对竞速产生一定的影响,因此在实际的数控机床加工过程中,应该综合考虑各种方面的影响,才能真正实现加工精度的有效提升。
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