关于消除机床加工精度误差的原因与方法

来源:用户上传      作者: 鄢子麒,尹若林

　　摘 要 本文结合笔者的工作经验和实践基础对机床加工定位精度误差进行了详细的探究；同时以实例为基础，提出了机床加工工件时出现的多种误差，通过“现象”到“诊断”，详细的对这一过程进行了介绍，并提出了相应的解决方案。
　　关键词 机床加工；定位精度；误差
　　中图分类号TG659 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0026-02
　　基于数控机床具有加工产品互换性好、精度高之特点，具有加工的适应性、功能的强大性，具有人为的每一项技术因素在产品的生产过程中被排除的可见性，进而优化与合理的加工工艺、先进的数控设备得以实现，产品的数量、质量得到最大程度的保证，产品的产出量达到了最大化程度。
　　加工产品精度系数的高低受多种因素所影响，以下精度指标为数控机床所设限的两项内容：1）机床的每项几何精度，即机床的静态精度；2）机床各轴的反向误差U、定位精度P、重复定位精度P等指标，即机床的动态精度。检测该动态精度的方式为VDI／DGQ3441法。对机床的定位精度P进行考核的计算公式如下所示：
　　机床定位精度P=6+数控机床坐标轴的长度L/300
　　数控设备运动轴传递形式在现阶段的界限约数为6m，运动轴传递形式大于6m的几乎全部引用双电动机双齿轮齿条消隙机构装置作为传递运动部件。通过引用双电动机双齿轮齿条消隙机构装置可避免与解除由于细长轴挠度变形进而致使传递运动滞后现象的出现及定位精度误差的形成，运动部件的反向速度与定位精度便可在很大程度上得以提升。运动轴传递形式小于6m的大多数引用了滚珠丝杆传递运动，预应力的结构可通过该类滚珠丝杆的螺母进行调整。
　　就传递运动滞后与定位精度不高而言，运动部件机械传动链过长、摩擦系数太大等因素，也是造成它的核心影响因素。以激光仪器对数控机床运动轴精度的验收进行检查，就检查轴的反向误差U、定位精度P等各项指标进行重点提取。就传动件而言，可在设定的长度区间空间内采用系统软件，对定位精度参数误差进行螺距补偿。产品的形位公差尺寸在产品的加工过程中取决于定位精度，然而重复定位精度是考核机床加工产品精度的另外一个核心指标。尤其是在加工轴线一致、孔径不同、换刀次数多的产品，对同一轴度存在要求的体现的更为突出。定位精度可以采用系统对其进行补偿，但重复定位精度不为如此，重复定位精度将机床传动链整体的总体积累误差真实的反映了出来。就反向误差而言，可采用系统对其进行补偿，当间隙大于等于0.15mm时，消除此误差的方法，最好是采用调整机械系统的预紧力对其进行消除。
　　1 基于反向误差的存在引起产品缺陷的出现
　　现象：就一台数控车轮车轴专用外圆而言，当磨削工件的半径和外圆直径在交界处之后，明显的发现有清晰地过渡不圆滑痕迹的存在。
　　诊断：宽砂轮一次性切入磨削是此设备的一种磨削方式，工作台上安装了砂轮修正器的金钢石笔，通过引用砂轮架X轴与工作台Z轴的复合插补运动，以达到修正之后的砂轮的精度和形状与工件完全一致的目的，然后利用修正好的砂轮对工件进行磨削。此工件因为存在着外圆形状的不一般性，对X轴有正负方向运行的要求，在检查的过程中，明显的发现Z轴与X轴都存有清晰地反向空间，Z轴和X轴在砂轮修正作反向运行时出现了瞬时停止的现象，致使痕迹出现在轮修圆弧连接处，进而使得此种现象最终在砂轮磨削工件的表面上得以出现。
　　2 停机之后重起机床定位精度出现严重误差
　　现象：工件经过机床加工之后，机床停机然后将电源断开，接着再重新启动机床；发现：回到Z轴原点后该次机床定位精度与停机前机床定位精度间存在小于等于2.3mm且上下不定的误差；诊断：通过对该设备新投入运行时出现的问题进行检测，结果发现：由于安装固定动尺装置存有漂移之现象，致使光栅尺的动尺随Z轴上下运动做微量位移，进而出现定位精度无规律地、不间断的发生变化之现象。
　　3 光栅尺定尺与动尺严重污染造成机床定位困难
　　现象：停机报警之现象无规律的出现在X轴工作台的移动过程中；诊断：通过对一台新的数控龙门加工中心运行时出现的问题进行检测，结果发现，当拆除外围设施之后取出光栅尺动尺和定尺时，在动尺的发光二极管和定尺的刻线上面附有大量的油污与浮尘，使得动尺在工作台的运动下驱动运行，导致实际运动的反馈信息无法接受，系统本身认定出现了超程现象，故而采取了自行保护的措施，以防此种事态的进一步扩大。通过对这些油污与浮尘进行清洗，超程现象得以消除。
　　4 数控外圆磨床砂轮架X轴定位经常发生误差
　　现象：当磨削工件在数控外圆磨床砂轮架X轴上进行磨削时，结果发现：磨削工件的尺寸出现变化之现象，很难对其掌握与控制；诊断：针对以上现象，采用仪表对该问题进行检查，结果发现：机床动力线和砂轮架X轴的光栅尺传输信号线在同一个管道内穿插，致使光栅尺信号的传输受到了极强的动力线的干扰，进而砂轮架X轴定位出现了波动的不确定性现象。当机床动力线和砂轮架X轴的光栅尺传输信号线分开之后，我们就发现当初之现象已完全消除，机床使用正常。
　　5 数控落地镗X、Y、Z、W四轴同时有定位发生较大误差
　　现象：通过激光仪器对机床X、Y、Z、W四轴进行检查补偿之后，用激光仪器在间隔一晚时间的基础上再次对4个坐标轴进行检查，结果发现，数据存在不小的变动，其中，X轴方向相差值最大，即2.6mm。通过数次测量补偿依然发生着变化；诊断：首先，对4个坐标轴全存有误差的可能性进行考虑，结果发现当主机在重新更换之后，情况并没有从根本上得以改善；当试验以半闭环系统替换全闭环检测之后，替换结果所产生的效应较以前有所好转。其次，对附近工厂存有高频信号干扰的可能性进行考虑，把通讯电缆以较好屏蔽功能的替换之后，通过测量检查发现数据依然存在着变动的现象，最后发现在坦克链中大电动机动力线和通讯电缆呈平行装置状态，对此再次进行改道后发现，效果比之前有所改善。然而，X轴的定位精度依然有问题存在，造成X轴的定位精度持续发生变化的原因是：通过检查发现，在长14m的机床床身上，立柱滑鞍（质量45t）移动存有变形之现象，同样，光栅尺的基准面同时也存在着变化，当机床床身的两侧分别安置方水平仪时，我们将清晰地发现该水平仪的水泡在发生变化。对大型机床基础承载力的要求：基础承载力在25t/m2之上。这样就能确保机床基础不易变形，故此，为了保证机床有很好的定位精度，就务必要确保机床的工作环境处于一个良好的状态之下。

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