数控车床误差来源与提高加工精度方法再研究_佛山市顺德区锐锋五金机械有限公司

数控车床误差来源与提高加工精度方法再研究

发布者：锐峰五金机械发布时间：2018-7-17 10:13:29

数控机床是工业自动化的典型形式，与传统的机床不同，数控机床具有更优的精度、更高的

     速度以及自动化程度。但在实际生产环节操作中由于多种因素的综合影响，常会出现加工精度不高的问题，如加工工艺不科学、装夹方法错误、热变形导致的车床变形等问题均是影响数控车削零件的因素。随着工业自动化进程的推进，人们对数控车床的要求也日益严苛，找出影响数控车床加工精度的因素并对其进行合理分析以削弱乃至消除影响加工精度的问题保障数控车床的加工精度。

1　数控机床误差来源
    机床的加工精度包括数控系统的控制精度与车床的机械精度。在数控加工过程中，零件机械加工在机床上通过刀具与零件间相互切削运动来实现的。根据在切削过程中的作用，将切削运动分成了主运动和进给运动。

    主运动是机床提供的运动，促使刀具与工件之间产生相对运动，刀具的前刀面接近工件并剥离工件加工余量。在实际操作过程中，机床主轴的回转运动即车削加工时工件的旋转运动属于主运动，进给运动则是指由机床提供的使刀具与工件之间产生附加相对运动的运动。在操作中，进给运动是刀架下溜板的直线运动（包括纵向运动和横向运动）。只有进给运动与主运动相配合才能形成车床完整的切削加工过程。

    在切削加工中，加工误差指实际加工点与理论加工点的偏差程度。典型的数控加工系统包括机床、刀具、工件、夹具和数控系统，各个部分间相互作用完成零件加工的同时也是加工误差的主要来源。

    零件数控加工的主要误差来源包括以下几个方面：
①几何误差：几何误差由车床安装时的累积误差与使用零件的不确定性所造成的误差共同组成；
②运动误差：即车床间主运动和进给运动间相对运动误差；
③热变形误差：因温度上升使机床元件膨胀变形而导致工件与道具间产生相对位移，从而引起加工零件的尺寸误差，这一点在高精密仪器加工上影响更大；
④其他形式的误差，如刀具选择和磨损误差、装夹误差、力变形引起的误差以及环境误差等。

    国内外研究表明：在数控车床的机械加工环境下，影响其加工精度最主要的要素是数控车床自身机械精度占比在 45%~65% 左右。同时，数控车床加工与普通机床加工的显著差异在于—数控车床加工的精度不仅与加工过程有关，而且与前期的编程也有密切的联系，即编程的误差是影响数控车削加工精度的又一大因素。下面我们从车床机械精度与编程误差两个方面来分析对车削精度的影响并提出相应的缓解方式。

2　进给机构对数控车床精度的影响及改进
    一般情况下，通过伺服系统中的滚珠丝杠的驱动来选择和控制数控车床上工件位置。如果在这个过程中，滚珠丝杠出现了传动误差，机床将不能准确的切削零件，从而出现加工零件精度不高的问题。

2.1　滚珠丝杠导程误差的影响
    研究表明：数控机床精度受到步进系统脉冲当量 K。的影响，而脉冲当量由步进电机步距角 a、齿轮减速比 i 和滚珠丝杠导程 t 决定，即满足式子 Kσ=ait/360°。滚珠丝杠在制造过程中，因加工设备等多重成分的影响产生的程误差AT直接影响系统脉冲当量，即丝杠导程误差造成的脉冲当量误差△Tσ=ai△t/360°。在加工时选用高精度的机床滚珠丝杠可以减少导程误差对精度的影响。
数控车床

2.2　进给机构间隙的影响
    进给机构通过减速齿轮、连轴节、滚珠丝杆副及支撑轴承间的连接与相对运动来实现传动。这些传动环节间的间隙将影响数控车床工作台进给精度，特别是在机床换向的时刻，这些间隙对机床加工精度的影响尤为严重，减少环节间的间隙可大大提高机床的加工精度。

   影响加工精度的间隙因素及其避免方法包括：
①滚珠丝杠与螺母间的间隙影响工作台的进给精度和进给速率可以通过对丝杠螺母副施加预紧力 F0 来减小间隙。实验表明在双螺母定位的滚珠丝杆副中，当预紧力 F0 为 1/3 最大轴向力时，其间隙可以忽略不计。
②轴承轴向间隙和联轴节扭转间隙可以通过定位预紧或定压预紧消除间隙，但预紧时要考虑丝杠热变形对间隙的影响。
③齿轮传动侧向间隙。

因齿轮传动比直接影响脉冲当量进而影响加工精度，所以我们可以通过减小齿轮传动比和齿轮传动间隙来保证加工精度。

2.3　合理的走刀路径可减小进给机构间隙误差
   走刀路线即刀具相对于被加工工件的运动轨迹与方向。数控机床传动机构在反向运动时会产生反向间隙，若加工中所采用的走刀轨迹会给零件带来反向间隙则增大工件的定位误差，进而影响工件的加工精度与表面粗糙度。合理的走刀路线有利于提高精度减少辅助时间。
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