經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度影響分析

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摘要：當(dāng)前對(duì)于數(shù)控加工領(lǐng)域來說，提升經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度一直以來都是人們研究的重點(diǎn)，同時(shí)也是進(jìn)行數(shù)控機(jī)床改造的主要方向，對(duì)數(shù)控機(jī)床加工領(lǐng)域的發(fā)展有著非常重要的意義。分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的加工精度主要影響因素，提出促進(jìn)精度提升的主要策略和方法。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)型；數(shù)控機(jī)床；加工精度；影響因素

對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行改造，主要目的是提升其加工精度。根據(jù)對(duì)當(dāng)前實(shí)際情況的分析，對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)據(jù)機(jī)床的加工精度產(chǎn)生影響的因素比較多，比如原機(jī)床精度、靜動(dòng)態(tài)特性、刀具形狀誤差、機(jī)床調(diào)整、對(duì)刀偏差、伺服系統(tǒng)性能等，這些因素與數(shù)控機(jī)床加工精度相關(guān)，也是研究的重點(diǎn)。

1步進(jìn)電機(jī)對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響

1.1步進(jìn)電機(jī)步距角的影響

從經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的組成結(jié)構(gòu)來分析，步進(jìn)電機(jī)是影響最為直接的部件，主要是受到其脈沖當(dāng)量k的影響，該參數(shù)通過下式進(jìn)行計(jì)算：k=αit／360式中：α為步進(jìn)電機(jī)步距角，（°）；i為齒輪減速比；t為滾珠絲杠導(dǎo)程，mm。步進(jìn)電機(jī)在生產(chǎn)加工中，其定子齒與極分度不均、轉(zhuǎn)子齒形加工不準(zhǔn)確和負(fù)載力矩的波動(dòng)影響，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電源各相電流不平衡，進(jìn)而導(dǎo)致平衡點(diǎn)不一致，使電機(jī)的實(shí)際步距角和理論步距角存在較大的差異。結(jié)合上式進(jìn)行計(jì)算，步距角差值會(huì)給脈沖當(dāng)量k產(chǎn)生直接的影響，最終導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床加工精度不能達(dá)到規(guī)定要求。步距角誤差根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算確定：式中：αmax為測(cè)得最大正步距角，（°）；αmin為測(cè)得最大負(fù)步距角，（°）然后可以根據(jù)下式確定電機(jī)步距角誤差所導(dǎo)致的脈沖當(dāng)量誤差：不同等級(jí)的電機(jī)的步距角精度有著很大的不同。為了能夠更好地促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工精度的提升，在綜合分析電機(jī)成本的前提下，應(yīng)該盡量選擇使用等級(jí)較高的步進(jìn)電機(jī)，從而可以提升加工的精度和水平。

1.2步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性方面的影響

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性主要影響步距角的穩(wěn)定性，如果沒有嚴(yán)格控制，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)脈沖當(dāng)量誤差過大的情況,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)床加工精度比較低，影響最終加工效果。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中屬于二級(jí)振蕩工作的方式，在脈沖響應(yīng)階段的控制中，主要表現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)衰減振蕩的形式。因?yàn)殡姍C(jī)結(jié)構(gòu)組成有一定的特殊性，其自身的阻尼非常小，如果脈沖頻率與電機(jī)的固有頻率比較相近，就會(huì)在工作中出現(xiàn)共振的情況。電機(jī)響應(yīng)過程中在轉(zhuǎn)子衰減之后再次回到平衡點(diǎn)附近的位置上，然后就是脈沖出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子會(huì)逐步從新狀態(tài)直接獲得能量并且圍繞新的平衡點(diǎn)開始衰減振蕩。在控制振蕩頻率和電機(jī)固有頻率比較相近的條件下，振蕩幅值就會(huì)逐步增大，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)誤差也會(huì)增大，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)失步情況。動(dòng)態(tài)誤差的出現(xiàn)，會(huì)直接導(dǎo)致步距角發(fā)生變化，進(jìn)而就會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)精度不足的情況。為了能夠促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工精度的提升，應(yīng)該防止出現(xiàn)共振的問題，以消除動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差。如有必要，可以在電機(jī)軸外增加阻尼環(huán)裝置，以適當(dāng)增大阻尼，從而降低振蕩的影響。

2進(jìn)給機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響

2.1滾珠絲杠導(dǎo)程誤差的影響

滾珠絲杠在加工制造中存在導(dǎo)程誤差，很多情況下都是無法避免的。根據(jù)目前的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，絲杠導(dǎo)程誤差導(dǎo)致的脈沖當(dāng)量誤差可以按照下式進(jìn)行計(jì)算：因此，在數(shù)控機(jī)床的加工制造環(huán)節(jié)，應(yīng)該選擇精度比較高的滾珠絲杠部件，減小絲杠導(dǎo)程誤差，從而可以促進(jìn)機(jī)床加工精度的提升。

2.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)間隙的影響

在進(jìn)給機(jī)構(gòu)各個(gè)元件的組成中，會(huì)因?yàn)槎鄠€(gè)間隙共同存在而導(dǎo)致工作臺(tái)的精度無法達(dá)到要求，尤其是在運(yùn)動(dòng)換向的過程中，會(huì)因?yàn)殚g隙的存在而直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度。

3編程誤差對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響

數(shù)控機(jī)床和傳統(tǒng)形式的機(jī)床存在明顯的區(qū)別，最終的零部件加工精度和加工過程有著直接的聯(lián)系，同時(shí)也會(huì)受到編程的影響；因此，如果零部件加工程序編寫存在很多的問題，或者偏差過大，將會(huì)直接導(dǎo)致編程誤差的存在，進(jìn)而降低加工精度。

3.1編程中逼近誤差的影響

逼近誤差主要是通過近似算法逼近零部件輪廓所產(chǎn)生的誤差形式。在進(jìn)行非圓曲線部分的加工環(huán)節(jié)，如果采用直線輪廓取代曲線輪廓的方式，刀具加工之后所形成的輪廓就不能準(zhǔn)確地和加工輪廓重復(fù)而導(dǎo)致誤差的存在。如果被加工的零部件輪廓成形方程已經(jīng)知道，則應(yīng)該在編程中采用列表曲線逼近的方式，此時(shí)就無法真正地確定逼近誤差，加工精度的控制難度也會(huì)加大。

3.2插補(bǔ)誤差的影響

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在進(jìn)行工件加工過程中，傾斜直線通常是通過刀具根據(jù)平面中的坐標(biāo)軸的方向沿著折線加工形成，從而會(huì)導(dǎo)致工件表面存在鋸齒形，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生插補(bǔ)誤差。對(duì)于插補(bǔ)誤差來說，主要是受到如下幾方面因素的影響：機(jī)床自身的分辨率、機(jī)床的脈沖均勻性、機(jī)床控制系統(tǒng)在工作中的動(dòng)態(tài)特性、插補(bǔ)選擇方式、插補(bǔ)計(jì)算方法等。如果沒有綜合考慮這些因素，就會(huì)導(dǎo)致插補(bǔ)誤差的存在，進(jìn)而對(duì)最終的零部件加工精度造成比較大的負(fù)面影響。

3.3編程中圓整誤差的影響

使用步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工時(shí)，脈沖當(dāng)量的數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)直線位移最小數(shù)值產(chǎn)生直接的影響。在編程過程中，主要是根據(jù)零部件的尺寸，將其直接轉(zhuǎn)化成為控制脈沖的數(shù)據(jù)。尺寸最小單位就是脈沖當(dāng)量值，該數(shù)值與機(jī)床加工精度的極限值有著關(guān)聯(lián)。零部件的結(jié)構(gòu)尺寸在數(shù)據(jù)處理時(shí)，只能將其圓整到一個(gè)脈沖當(dāng)量值，但是會(huì)直接導(dǎo)致編程過程中就存在圓整誤差，這一誤差將會(huì)給最終的加工精度造成不利的影響。從實(shí)際加工情況分析，編程誤差對(duì)機(jī)床加工精度所造成的影響是最為直接的，通常來說并不需要專用的軟件來進(jìn)行補(bǔ)償，但是可以通過插補(bǔ)間隙或者增加機(jī)床分辨率等方式來進(jìn)行處理，以更好地促進(jìn)最終加工精度的提升。

4結(jié)語(yǔ)

經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床加工精度的影響因素比較多，本文重點(diǎn)分析比較常見的幾種，除此之外，還有加工環(huán)境、對(duì)刀、換刀等，不同的因素對(duì)精度的影響也是不同的，需要采取相應(yīng)的措施和積極研發(fā)新技術(shù)，以促進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)的提升。

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作者：袁振東 單位：焦作技師學(xué)院