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數控機床加工工藝分析和精度分析

來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)   作者:機床世界    發(fā)表時(shí)間:2019-01-21    瀏覽量:5865



數控機床綜合了精密機械、電子、電力拖動(dòng)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測、故障診斷和計算機等多方面的技術(shù),是典型的高精度、高效率及高柔性的機電一體化產(chǎn)品,近年來(lái)我國的數控機床技術(shù)正處在突飛猛進(jìn)的階段,在數控機床的使用過(guò)程中,加工工藝和精度分析對于機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響,本文結合筆者多年的操作經(jīng)驗,研究了數控加工工藝的主要步驟和精度研究中容易出現的問(wèn)題以及解決方法。


1 數控機床加工工藝分析
   
數控機床是是一種裝有程序控制系統的自動(dòng)化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序,其數控加工工藝以自動(dòng)化和高速精密性為主。高速、精密、復合、智能和綠色是數控機床技術(shù)發(fā)展的總趨勢,近幾年來(lái),數控機床的在機械加工中的作用更為突出。數控加工工藝是伴隨著(zhù)數控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而不斷創(chuàng )新的一種應用技術(shù),所謂數控加工工藝就是用數控機床加工零件的一種工藝方法。隨著(zhù)我國數控機床用戶(hù)的不斷增加,數控加工工藝在應用的領(lǐng)域的重要性日益突出,數控加工工藝以改善加工性能和提高加工效率為主要發(fā)展方向,并將二者融合到控制程序之中,運用自動(dòng)化控制系統的規范處理方式,融合多種加工方法,以達到工序集中的復合加工方式為目的,提供更高水平的加工技術(shù),從而進(jìn)一步推動(dòng)數控技術(shù)在制造業(yè)中應用與發(fā)展。數控加工技術(shù)的地位如此重要就必須首先了解數控加工工藝的主要特點(diǎn)和技術(shù)原則要求:(1)數控加工的工藝內容要按照零件加工的要求進(jìn)行工步細化,所以在進(jìn)行施工的過(guò)程中必須要依據加工要求進(jìn)行準確編程;(2)數控加工工藝路線(xiàn)設計應合理,以保證數控機床的加工所產(chǎn)生的誤差最小化;(3)數控加工的工序相對集中,以提高加工效率,對于復雜的加工過(guò)程,需要進(jìn)行必要的數控仿真技術(shù)支持。


1.1 數控加工工藝的設計
   
數控機床有著(zhù)高度的自動(dòng)化特點(diǎn),其加工工藝要依靠數控模塊對設計好的程序進(jìn)行實(shí)施,因此要求加工的工藝線(xiàn)路在規劃時(shí)必須精準,同時(shí)要把握好加工程序的編制,因為編程函蓋了數控機床加工的重要內容,也是工藝質(zhì)量得以保證的重要指標。對于數控機床來(lái)說(shuō),必須先有合理有效的編程工藝路線(xiàn)設計,然后才能保證加工工藝進(jìn)程的完整。


1.1.1 分析加工工藝路線(xiàn)
  
數控機床的加工工藝路線(xiàn)設計要考慮到具體的加工環(huán)節,尤其是對數控鏜銑床的加工環(huán)節更要重視,要根據具體情況做出明確的分辨。在數控車(chē)、鏜銑床或加工中心上加工有同軸度要求的內、外圓柱面或端面與外圓、內孔有垂直度要求時(shí),均應在一次裝夾中完成。在數控鏜銑床或加工中心上加工有孔與端面有垂直度要求或平面與平面有位置精度要求時(shí),應注意盡可能在一次裝夾中完成。


1.1.2 編程原點(diǎn)的選擇
   
編程原點(diǎn)的設計基礎和工藝基準盡量重合,避免產(chǎn)生尺寸鏈誤差及不必要的尺寸換算。設定的編程原點(diǎn)應使工件容易找正,方便對刀,編程簡(jiǎn)便,有利于編程數值的計算。對稱(chēng)零件的編程原點(diǎn)應選在零件的對稱(chēng)中心。在加工零件上的工件原點(diǎn)應容易準確的確定,盡可能使加工余量均勻。例如:以孔定位的零件,應以孔的中心作為編程原點(diǎn),對于一些形狀不規則的零件,可在其基準面(或線(xiàn))上選擇編程原點(diǎn),當加工路線(xiàn)呈封閉形式時(shí),應在精度要求較高的表面選擇編程原點(diǎn)(或加工起始點(diǎn))。


1.2 模擬仿真技術(shù)
   
智能化模擬仿真技術(shù),可以通過(guò)對數控機床的加工工藝路線(xiàn)進(jìn)行仿真模擬而得出適合加工的一種軟件控制手段,結合運用成組技術(shù)可以提高數控加工編程效率。例如:根據其外形結構、技術(shù)要求和加工方法的相似性,把零件分成若干組,在每一組零件中選出一個(gè)代表性零件(它可以是實(shí)際存在的,也可以是假想的,但必須包括組內所有零件的加工要素),根據這個(gè)代表零件模擬出一套典型的工藝規程,選定和設計一組機床及工藝設備,并把它們組成一個(gè)專(zhuān)門(mén)的加工設計,如果模擬仿真技術(shù)成功就只需要略微做一下調整,便可以進(jìn)行加工生產(chǎn)。例如,運用奧匹茲分類(lèi)方法拆分代號為12031的零件結構,如圖1所示。該零件是一個(gè)回轉體零件, 所以第一位數是1;一端有臺階,并有緊固螺紋,所以第二位數是2;無(wú)內孔,所以第三位數是0;需要加工鍵槽,所以第四位數是3;有四個(gè)軸向孔,與其他要素無(wú)位置要求,所以第五位數是1。按成組方式來(lái)組織零件生產(chǎn)時(shí),首先按照零件的結構特征、工藝特征以及加工設備的特征,將各種零件進(jìn)行分組、歸類(lèi)與編碼,然后建立每類(lèi)零件的典型圖庫和成組加工工藝庫。



2 數控機床的精度影響及分析
   
數控機床的加工精度目前已經(jīng)有了高速的發(fā)展,數控機床的加工精度已從原來(lái)的絲級(0.01mm)提升到目前的微米級(0.001mm)。而超精密數控機床的微細切削和磨削加工,精度可穩定達到0.05μm左右,形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達到納米級(0.001μm)??梢哉f(shuō),數控機床的精度已經(jīng)進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時(shí)代。在這樣高精密度要求下,必須要把握數控機床的精度分析,保證不會(huì )出現由于操作問(wèn)題而導致的精度誤差。


2.1 間隙誤差的影響
   
進(jìn)給機構的機械傳動(dòng)機構由減速齒輪、連軸節、滾珠絲杠副及支承軸承組成。在這些機構的組成之中,如果出現一定的連接不穩定就會(huì )導致間隙的產(chǎn)生,產(chǎn)生的間隙就會(huì )改變整體的加工環(huán)節誤差。滾珠絲杠與螺母之間的間隙直接影響工作臺的進(jìn)給精度。設滾珠絲杠與螺母之間的間隙為SF,則反轉時(shí)造成工作臺進(jìn)給誤差δ1=SF。不僅如此,絲杠螺母副的間隙還影響絲杠螺母副的剛度,進(jìn)而影響工作臺進(jìn)給精度。針對這些誤差問(wèn)題必須要轉變?yōu)樽詣?dòng)化操作控制方式,在機械換向時(shí),對換向時(shí)間和換向方式做出改變。而對于滾珠絲杠與螺母之間間隙的消除方法,要重視對間隙的偏差測定,通過(guò)反復的間隙測量來(lái)確定出具體的偏差基數,要求測出機床各軸的各項原始誤差,比較成熟的測量方法是激光干涉儀,測量精度高。用雙頻激光干涉儀進(jìn)行誤差測量,需時(shí)間長(cháng),對操作人員調試水平要求高,主要是對誤差測量環(huán)境要求高,常用于三坐標測量機的檢測,不適宜生產(chǎn)現場(chǎng)操作。相對誤差分解、合成補償法,測量方法相對簡(jiǎn)單,一次測量可獲得整個(gè)圓周的數據信息,同時(shí)可以滿(mǎn)足機床精度的檢測和機床評價(jià)。目前也有不少的誤差分解的方法,由于機床情況各異,難以找到合適的通用數學(xué)模型進(jìn)行誤差分解,并且對測量結果影響相同的原始誤差項不能進(jìn)行分解,也難以推廣應用。測定之后要再將這種基數輸入到程序控制之中,這樣就可以最大限度地保證數控程序進(jìn)行時(shí)的偏差數據最小化,做到補償適當。具體的補償方法如下:(1)備份CNC 控制系統中的已有補償參數;(2)由計算機產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機床CNC 程序,并傳送給CNC 系統;(3)自動(dòng)測量各點(diǎn)的定位誤差;(4)根據指定的補償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補償參數,并傳送給CNC 系統,螺距自動(dòng)補償完成;(5)重復進(jìn)行精度驗證。除此之外,對于脈沖當量補償就是指每輸出一個(gè)脈沖后數控機床移動(dòng)部件相應的移動(dòng)量它的大小視機床精度而定,一般為0.01~0.0005mm。脈沖當量影響數控機床的加工精度,它的值取得越小,加工精度越高。當然,數控機床的誤差調正有兩種方法,一種是靠數控系統補償,一種是調整機械部分,如果對于數控系統來(lái)說(shuō)進(jìn)行數控補償程序會(huì )十分復雜困難,可通過(guò)調整絲杠間隙進(jìn)行消除。


2.2 精度的反向誤差控制
   
機床的動(dòng)態(tài)精度,即機床各軸的定位精度P、重復定位精度Ps 和反向誤差U 等指標。它們是以VDI/DGQ3441 的方法進(jìn)行檢測??己藬悼貦C床的定位精度P 是用以下公式進(jìn)行計算“P=6+L/300”式中L 代表數控機床坐標軸的長(cháng)度。針對數控機床的定位精度來(lái)說(shuō),應該是與機床的動(dòng)態(tài)精度有著(zhù)密切的利害關(guān)系。其中,反向偏差的測定方法:在所測量坐標軸的行程內,預先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準,再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值,使之移動(dòng)一段距離,然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離,測量停止位置與基準位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次),求出各個(gè)位置上的平均值,以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離。如:數控車(chē)輪車(chē)軸專(zhuān)用外圓,在磨削工件的R 與外圓直徑交界處后,發(fā)現有明顯的過(guò)渡不圓滑痕跡。那么在處理這類(lèi)問(wèn)題的時(shí)候,就要考慮該設備在磨削工件時(shí),采用寬砂輪一次性切入磨削,砂輪修正器的金鋼石筆安裝在工作臺上,利用工作臺Z 軸和砂輪架X軸的復合插補運動(dòng),使砂輪的形狀與精度修正成與工件完全一樣,再用修正好的砂輪磨削工件。由于該工件外圓形狀的特殊性,需要X 軸有正負方向的運行,在檢查時(shí)發(fā)現X 軸和Z 軸均有明顯的反向間隙存在,使砂輪修正作反向運行時(shí)二軸有瞬間停頓現象的出現,造成輪修圓弧連接處有痕跡,最終使該現象發(fā)生在砂輪磨削工件的表面上。由于絲杠螺母副之間的間隙存在,當工作臺反向時(shí),必產(chǎn)生反向間隙誤差而影響到工作臺送料定位精度。絲杠螺母副之間的間隙具有兩個(gè)特點(diǎn):(1)具有相對的穩定性,即在一定范圍內間隙是一個(gè)常數;(2)隨著(zhù)機械傳動(dòng)的磨損而相應增加。因此,在控制過(guò)程中可以預先測出其間隙,利用反向間隙的統計平均值,對其產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行軟件補償。在軟件設計時(shí),只需設計一方向寄存器,用來(lái)判斷工作臺是否換向,采用不換向不補償,每換向一次補償一次來(lái)消除絲杠螺母的反向間隙誤差。
   
總之,對于數控機床的加工工藝和精度分析來(lái)說(shuō),都必須要把握技術(shù)尺度,將合理地操作原理運用到具體的加工環(huán)節中去,從數控機床的加工工藝來(lái)說(shuō),要重視有關(guān)影響數控機床加工工藝的若干問(wèn)題,結合具體的工藝加工情況,采用理論聯(lián)系實(shí)際的操作方法,在編程過(guò)程中保證精準、細致,對出現的問(wèn)題也要及時(shí)進(jìn)行分析、總結,確保整個(gè)加工工藝路線(xiàn)合理,以能夠有加工出色的產(chǎn)品最終目的。從數控機床的精度分析來(lái)看,要重視研究提高數控機床加工精度的方法,首先要對加工設備產(chǎn)生誤差原因和影響進(jìn)行合理地剖析,研究影響數控機床精度的因素,找出間隙誤差和反向誤差的處理方法,開(kāi)展定位精度的測量。對于數控機床的工藝和精度控制來(lái)說(shuō)要依靠數控編程和仿真技術(shù)的完善以及具體操作的合理,來(lái)進(jìn)行合理有效的機床工藝控制,保證利用現今的數控技術(shù)來(lái)確保加工工藝和精度更加完美,以達到延長(cháng)數控機床使用壽命,提供加工產(chǎn)品優(yōu)秀性的目的。