如何提高精密機(jī)械加工數(shù)控機(jī)床的精度？

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代機(jī)床在精密機(jī)械加工制造中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著精密加工技術(shù)的飛速發(fā)展和對(duì)加工零件精度的要求，對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。雖然用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)數(shù)控機(jī)床時(shí)，都非常看重機(jī)床的位置精度，特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。但是，這些數(shù)控機(jī)床的精度到底如何呢?大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:65.7%的新機(jī)，安裝不符合其技術(shù)指標(biāo);使用中的數(shù)控機(jī)床90%處于錯(cuò)誤狀態(tài)。因此，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，提高零件的加工精度，經(jīng)常對(duì)機(jī)床的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行檢測(cè)是非常必要的。

　　目前，數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)通常采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-2或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺(tái)機(jī)床，由于使用的標(biāo)準(zhǔn)不同，產(chǎn)生的位置精度是不一樣的，所以在選擇數(shù)控機(jī)床的精度時(shí)，也一定要注意它所使用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床位置通常是指數(shù)控軸的反向偏置和定位精度。對(duì)于無(wú)論是測(cè)定還是補(bǔ)償都是提高加工精度的必要途徑。

　　首先，反向偏見(jiàn)

　　在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸傳動(dòng)鏈上的驅(qū)動(dòng)元件(如伺服電機(jī)、伺服液壓電機(jī)和步進(jìn)電機(jī))存在反向死區(qū)，各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的回隙等誤差存在，導(dǎo)致各軸在反向運(yùn)動(dòng)中由正轉(zhuǎn)反時(shí)形成反向偏置，通常也稱(chēng)為回隙或損耗。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)，反向偏置的存在會(huì)影響機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度。如G01切割運(yùn)動(dòng)，反向偏置會(huì)影響插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的精度，如果偏差過(guò)大會(huì)造成“圓不夠圓，方不夠方”的情況;和G00快速定位運(yùn)動(dòng)，反向偏置影響機(jī)床的定位精度，使鉆孔、鏜孔等加工孔位精度降低。同時(shí)，隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加，由于磨損引起的間隙逐漸增大，反向偏差也會(huì)增加。因此，有必要定期測(cè)量和補(bǔ)償機(jī)床軸向的反向偏差。

　　反向偏差的測(cè)定

　　反向偏置測(cè)量法:在被測(cè)行程的軸線(xiàn)上，將前進(jìn)或反向運(yùn)動(dòng)提前一段距離與停止位置作為基準(zhǔn)，然后在同一方向上給出一定的運(yùn)動(dòng)命令值，使其移動(dòng)一段距離，再向相反方向移動(dòng)相同距離，測(cè)量停止位置與參考位置的差值。在靠近行程中間和兩端的三個(gè)點(diǎn)分別進(jìn)行多次測(cè)量(通常是七次)，并確定每個(gè)位置的平均值。得到的平均值中的最大值為反向偏差的實(shí)測(cè)值。在測(cè)量時(shí)必須先移動(dòng)一段距離，否則無(wú)法得到正確的反向偏差值。

　　在測(cè)量直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軸的反向偏差時(shí)，測(cè)量?jī)x器通常帶有百分表或百分表。如果條件允許，可以使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量。在使用表盤(pán)指示器或表盤(pán)指示器進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要注意桌座與桿的延伸不宜過(guò)長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)闇y(cè)量的懸臂較長(zhǎng)，桌座受力移動(dòng)，導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，補(bǔ)償值不真實(shí)。如果用編程來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量，可以使測(cè)量過(guò)程更加方便和準(zhǔn)確。

　　例如，在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測(cè)量x軸的反向偏差時(shí)，首先將量規(guī)壓在主軸的柱面上，然后運(yùn)行以下程序進(jìn)行測(cè)量:

　　N10 g91 g01 x50 f1000;桌子向右移動(dòng)

　　N20 x 50;工作臺(tái)左側(cè)，消除傳動(dòng)間隙

　　N30 g04 x5;暫停觀看

　　N40 Z50;z軸升力開(kāi)口

　　N50 X-50:工作臺(tái)在左邊

　　N60 X50:表右移位復(fù)位

　　N70 Z-50: Z軸復(fù)位

　　N80 G04 X5:暫停觀察

　　N90 M99;

　　需要注意的是，在工作臺(tái)的不同速度下測(cè)量的結(jié)果會(huì)有所不同。一般情況下，低速時(shí)所測(cè)值比高速時(shí)大，特別是在機(jī)床軸載和運(yùn)動(dòng)阻力較大時(shí)。低速運(yùn)動(dòng)表轉(zhuǎn)速低，不易超調(diào)(相對(duì)于“回隙”)，因此測(cè)量值較大;在高速時(shí)，由于表速高，超調(diào)容易出現(xiàn)超調(diào)，測(cè)值小。

　　測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸反向偏差量的方法與測(cè)量直線(xiàn)軸的方法相同，只是用于測(cè)試的儀器不同。

　　反向偏差補(bǔ)償

　　國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床，定位精度，有很多>0.02mm，但無(wú)補(bǔ)償功能。對(duì)于這類(lèi)機(jī)床，在某些場(chǎng)合可通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)單向定位，并可清除回隙。在機(jī)械零件恒定的條件下，一旦低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起點(diǎn)，就開(kāi)始插補(bǔ)過(guò)程。當(dāng)假進(jìn)給遇到反方向時(shí)，對(duì)齒隙值進(jìn)行形式插補(bǔ)，以提高插補(bǔ)加工的精度。基本上可以保證零件的公差。

　　對(duì)于其他類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床，通常在數(shù)控存儲(chǔ)器中有許多地址專(zhuān)門(mén)用于存儲(chǔ)每個(gè)軸的回隙值。當(dāng)機(jī)器的某一軸被命令改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，數(shù)控裝置會(huì)自動(dòng)讀取該軸的反向間隙值，補(bǔ)償并修正坐標(biāo)位移命令值，使機(jī)床精確定位在命令位置上，消除或減少微小的反向偏差對(duì)機(jī)器精度的不利影響。

　　一般數(shù)控系統(tǒng)只有單齒隙補(bǔ)償可用，為了平衡高低速運(yùn)動(dòng)的精度，除了更好地做好機(jī)械外，只有快速運(yùn)動(dòng)的被測(cè)值的反向偏置作為補(bǔ)償值的輸入，很難達(dá)到平衡，要考慮到快速定位精度和切割插補(bǔ)精度。

　　對(duì)于FANUC0i和FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng)，有兩種間隙補(bǔ)償可用于快速運(yùn)動(dòng)(G00)和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(G01)。根據(jù)不同的進(jìn)給方式，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)選擇使用不同的補(bǔ)償值，以完成更高精度的加工。

　　輸入?yún)?shù)NO11851 (G01的試驗(yàn)速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度和機(jī)器特性確定)，將G00測(cè)量的齒隙G00值輸入?yún)?shù)NO11852。需要注意的是，如果數(shù)控系統(tǒng)單獨(dú)執(zhí)行指定的間隙補(bǔ)償，應(yīng)將參數(shù)號(hào)1800的第4位(RBK)設(shè)為1;如果RBK設(shè)置為0，則指定反向間隙補(bǔ)償。G02、G03、JOG和G01使用相同的補(bǔ)償值。

     　　二、定位精度

　　數(shù)控機(jī)床定位精度是指被測(cè)機(jī)床中運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)中所能達(dá)到的運(yùn)動(dòng)位置精度，是區(qū)別于普通數(shù)控機(jī)床的一項(xiàng)重要的機(jī)床精度，它與機(jī)床的幾何精度一起對(duì)機(jī)床的切削精度有著重要的影響，特別是對(duì)孔加工中的節(jié)距誤差有著決定性的影響。數(shù)控機(jī)床的加工精度可由其所能達(dá)到的定位精度來(lái)確定，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要手段。

　　定位精度的測(cè)定

　　目前采用雙頻激光干涉儀對(duì)機(jī)床進(jìn)行檢測(cè)加工。基于激光干涉測(cè)量原理，以激光實(shí)時(shí)波長(zhǎng)為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，提高了測(cè)試精度，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。檢測(cè)方法如下:

　　安裝雙頻激光干涉儀;

　　在需要測(cè)量的機(jī)器坐標(biāo)軸方向安裝光學(xué)測(cè)量裝置;

　　調(diào)整激光頭，使測(cè)量軸與機(jī)器運(yùn)動(dòng)軸共線(xiàn)或平行，使光學(xué)預(yù)對(duì)準(zhǔn)對(duì)準(zhǔn);

　　激光預(yù)熱后，輸入測(cè)量參數(shù);

　　按規(guī)定的測(cè)量程序測(cè)量機(jī)器的運(yùn)動(dòng);

　　數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出。

　　補(bǔ)償?shù)亩ㄎ痪?/p>

　　如果被測(cè)定位誤差超出數(shù)控機(jī)床誤差允許范圍，必須對(duì)機(jī)床誤差進(jìn)行補(bǔ)償。常用的方法是計(jì)算節(jié)距誤差補(bǔ)償表，手動(dòng)進(jìn)入機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)