提高機(jī)床加工過程的精準(zhǔn)度探析

摘 要:文章結(jié)合作者的實(shí)際工作，主要從誤差補(bǔ)償和誤差防止兩個方面詳細(xì)探討了提高機(jī)床加工過程中的精準(zhǔn)度問題，簡單了對國內(nèi)外的數(shù)控機(jī)床現(xiàn)狀做了介紹，重點(diǎn)針對數(shù)控機(jī)床加工過程中的誤差引發(fā)因子進(jìn)行了進(jìn)一步的闡述和分析，，在文章的最后結(jié)合一些企業(yè)的具體情況，提出了如何才能減少誤差以及如何才能做好誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)性的問題。

關(guān)鍵詞:誤差補(bǔ)償機(jī)床精度誤差建模

中圖分類號:TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0064-01

引言

目前，無論是工業(yè)比較發(fā)達(dá)的西方國家，還是工業(yè)較為發(fā)達(dá)的一些發(fā)展中國家，數(shù)控機(jī)床都因其柔性好、自動化程度高、加工精度比較高等一些優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，在短時間內(nèi)就得到了迅速的發(fā)展與普及，眾所周知，衡量整個數(shù)控機(jī)床使用與設(shè)計(jì)性能優(yōu)劣的唯一指標(biāo)就是對零部件的加工精度。對于數(shù)控機(jī)床考核的主要精度指標(biāo)有加工精度、重復(fù)定位精度與定位精度，加工精度通常被視為是數(shù)控機(jī)床的最終精度，加工精度是衡量整個機(jī)床工作性能好與壞的最關(guān)鍵的精度指標(biāo)，它體現(xiàn)了機(jī)械加工業(yè)的加工能力和研發(fā)水平，常常被作為衡量一個國家工業(yè)水平和科技研發(fā)的重要標(biāo)志。國內(nèi)外的一些科研院所、高校和研發(fā)機(jī)構(gòu)為了提高機(jī)床的加工精度，科技人員都在圍繞著數(shù)控機(jī)床的誤差分析、誤差模型和誤差補(bǔ)償?shù)纫幌盗械恼n題開展大量的研究，尤其最近幾年，在這一方面取得相當(dāng)優(yōu)越的成果，很多技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床的加工中。

1誤差防止法

誤差防止就是利用在制造和設(shè)計(jì)的過程中，通過科學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)床裝配、零件加工、使用和環(huán)境控制來進(jìn)一步消弱或縮小誤差源。實(shí)踐告訴我們，誤差防止法通常對一些因?yàn)榫鉁囟葓?、降低加工熱源的溫升以及減少數(shù)控機(jī)床熱所帶來的變形是最有效的，它的缺點(diǎn)就是不可能消除全部的熱變形以及一些幾何誤差所引發(fā)的誤差源。誤差防止法在整個加工過程中是確保數(shù)控機(jī)床的加工過程中高精度的最根本的方法，由于這種誤差防止法會受加工母機(jī)具體的精度所制約，加上一些零件質(zhì)量的不斷提高，經(jīng)常會導(dǎo)致整個加工成本的進(jìn)一步膨脹，所以讓誤差防止法的使用在一定程度受到了限制。

1.1 尺寸誤差防止

對數(shù)控機(jī)床的幾何誤差的分析和研究一直伴隨著整個機(jī)床的發(fā)展與產(chǎn)生的過程。數(shù)控機(jī)床的幾何誤差通常都是來自整個機(jī)床部件的配合、制造缺陷、機(jī)床部件的靜變形和動變形等等。為了減少和防止機(jī)床每一個零部件在安裝和制造的過程中所產(chǎn)生的幾何誤差，科研機(jī)構(gòu)投入了巨大的物力、人力用于開發(fā)和研究一些高精度、高質(zhì)量的導(dǎo)軌和主軸軸系，使用新材料和改進(jìn)工藝等相應(yīng)的措施；一些科研人員對機(jī)床的滑枕、床身、工作臺、立柱、絲杠等機(jī)械相關(guān)的部件進(jìn)行了動、靜剛度、拓?fù)鋬?yōu)化和抗振性分析等一系列的研究，目的就是為了更進(jìn)一步地提高整臺數(shù)控機(jī)床的相關(guān)精度性能。因?yàn)樯鲜霾考臏囟茸兓挽o、動態(tài)剛度都在一定程度上限制了整臺數(shù)控機(jī)床的加工準(zhǔn)度和精度。

1.2 熱變形誤差防止

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，各行各業(yè)對數(shù)控機(jī)床的精度要求也在一步步地提高，熱誤差在整個總誤差之中所占的比重也在進(jìn)一步地加大，特別是在一些精度相對較高的超精密、精密的加工制造領(lǐng)域，熱變形所帶來的誤差嚴(yán)重地影響了整個數(shù)控機(jī)床的加工精度，減小和消弱熱變形誤差已經(jīng)成為提高整個加工精度的唯一通道。數(shù)控機(jī)床加工過程中的熱誤差主要來自軸承、馬達(dá)、液壓系統(tǒng)、傳動件、冷卻液、環(huán)境溫度等，這些機(jī)床的內(nèi)外熱源所引發(fā)的機(jī)床本身部件的熱變形而導(dǎo)致的。熱變形的誤差產(chǎn)生原因主要就是因?yàn)橐恍┌l(fā)熱的部件所產(chǎn)生的熱量通過了具體的接觸面或者輻射在源源不斷地向四周傳遞熱量，這樣就將必不可少地導(dǎo)致了一些零部件的變形，因此具有長時滯、多變量、強(qiáng)耦合和非線性的一些特點(diǎn)。對于熱變形所產(chǎn)生的誤差主要是通過整個加工過程中逐步控制整個熱傳遞的相關(guān)路徑以及減小或降低熱源，現(xiàn)在應(yīng)用最廣的就是熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，熱穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屬于減少數(shù)控機(jī)床加工過程熱誤差的最理想技術(shù)，具體措施主要包括(1)設(shè)置一些輔助的熱源均衡溫度場；(2)科學(xué)合理地控制整個加工的環(huán)境溫度；(3)優(yōu)化機(jī)床設(shè)計(jì)和布局；(4)控制發(fā)熱量和熱源；(5)具體加強(qiáng)過程中的潤滑與冷卻。

2誤差補(bǔ)償法

誤差補(bǔ)償通常都是人為地產(chǎn)生誤差，然后再利用這些人為誤差去抵消或減弱原始誤差的一種方法，通過統(tǒng)計(jì)、分析、歸納和掌握整個加工過程中的原始誤差規(guī)律與特點(diǎn)，逐步建立和完善一套誤差物理模型，確保原始誤差和人為誤差兩者之間的方向相反、數(shù)值相等，這樣就能大大減少整個加工過程中的誤差，進(jìn)一步地提高幾何精度和零件尺寸。誤差建模、元素檢測、誤差補(bǔ)償、控制誤差都屬于機(jī)床的誤差補(bǔ)償技術(shù)中的重要步驟，誤差補(bǔ)償?shù)闹匾襟E就是機(jī)床的誤差模型的建立以及對機(jī)床誤差的檢定。最新文獻(xiàn)顯示，國內(nèi)外的一些研究機(jī)構(gòu)和高等院校近幾年都做了大量的數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償方面的課題研究。不過誤差補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)只是對數(shù)控機(jī)床最后所出現(xiàn)的具體誤差值進(jìn)行自動的修正，而不不是對整個機(jī)床的結(jié)構(gòu)和加工制造做一些改進(jìn)，所以說誤差補(bǔ)償屬于提高整個數(shù)控機(jī)床的加工精度的方法中，唯一一個能和經(jīng)濟(jì)效益掛鉤的。誤差補(bǔ)償技術(shù)通常都是分為三種:其一、就是靜態(tài)補(bǔ)償法:就是按照預(yù)先所設(shè)定的值進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，而不是按照具體的情況反饋，因此這種方法的弊端比較大；其二、實(shí)時補(bǔ)償法:它主要是依靠相應(yīng)硬件系統(tǒng)的反饋和檢測來補(bǔ)償，它可以進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整補(bǔ)償量來提高整個加工的精度，但它不能完全補(bǔ)償其他的誤差元素；其三、綜合動態(tài)補(bǔ)償法，它屬于實(shí)時補(bǔ)償技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，可以依據(jù)環(huán)境、工況條件以及空間位置的具體變化進(jìn)行自動調(diào)整的補(bǔ)償量，同時還能對所有的誤差進(jìn)行一定的綜合補(bǔ)償。

3結(jié)語

總之，國內(nèi)外專家學(xué)者對機(jī)床的誤差補(bǔ)償與防止技術(shù)做了很多的研究，已經(jīng)取得了相當(dāng)重要的成果，為進(jìn)一步的深入研究和應(yīng)用提供了幫助。誤差補(bǔ)償仍然存在很多需要解決的問題:誤差建模方法的改進(jìn)，以及如何提高誤差補(bǔ)償模型的魯棒性、通用性和誤差辨識的速度、精度。通過誤差補(bǔ)償技術(shù)來提高機(jī)床精度目前越來越受到重視，隨著精度要求越來越高，熱誤差補(bǔ)償也變得至關(guān)重要。加強(qiáng)企業(yè)自主創(chuàng)新能力，提高誤差補(bǔ)償技術(shù)與數(shù)控技術(shù)，將誤差補(bǔ)償技術(shù)嵌入數(shù)控系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]倪軍.數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償研究的回顧及展望[J].中國機(jī)械工程，2007，8(1):29—34．

[2]楊建國，任永強(qiáng)，朱衛(wèi)斌，等.數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償模型在線修正方法研究[J].機(jī)械T 程學(xué)報，2008，39(3):81—84．

[3]粟時平.多軸數(shù)控機(jī)床精度建模與誤差補(bǔ)償方法研究[D]．長沙:國防科技大學(xué)，2007．

[4]李小力.數(shù)控機(jī)床綜合幾何誤差的建模及補(bǔ)償研究[D].武漢:華中科技大學(xué)，2009．