數控機床加工中的精度補償技術研究

劉新元楊天琦

1.中捷機床有限公司 遼寧沈陽 110142 2. 沈陽精力傳動設備有限公司 遼寧沈陽 110142

數控機床加工中的精度補償技術研究

劉新元1楊天琦2

1.中捷機床有限公司 遼寧沈陽 110142 2. 沈陽精力傳動設備有限公司 遼寧沈陽 110142

精度補償技術是一種對機床在加工過程中所產生的加工誤差的修正技術。刀具的磨損老化、溫度的變化、夾具的變形等因素都會對機床加工精度產生嚴重的影響，采用精度補償技術可以對加工精度的誤差進行及時的補償糾偏，最終實現理想的加工效果，保障加工質量和精度。本文對數控機床加工運行過程中的精度補償技術進行研究和探討。

數控機床；精度；補償

數控機床的應用標志著我國的加工制造業邁向了新臺階，是我國制造業發展的里程碑。數控機床的應用使零部件的加工更加精細化，在加工效率、加工精度、加工質量上都有了明顯的提高，同時有效降低了生產成本，能夠對復雜的零部件實現高質量的加工，滿足了各行業領域對零部件生產加工的需求。數控機床的自動化系統實現了在線測量，自動化精度補償，改變了以往傳統的人工產品質量檢測，有效降低了人工生產、加工、檢測的誤差。

機床在運行過程中，受多方面因素的影響，如刀具的磨損老化、溫度的升降變化、夾具的變形等會帶來一定的精度誤差，這是正常現象。精度補償技術是允許誤差存在的，根據誤差估算的結果，采用恰當的方法進行精度補償來盡可能將誤差消除或者降低，最終實現高精度的加工。數控技術的不斷發展進步，在線精度補償技術應用越來越廣泛，通過測頭、傳感器、光柵尺等補償修正元件實現自動化精度補償，以加工出高精度的產品。本文以加工某缸體零件為例，主要對測頭在數控機床加工精度補償中的應用進行研究。

一、主軸進給方向精加工精度補償

在對缸體頂面進行精銑的過程中，機床的快速運轉會導致溫度快速升高，溫度變化會造成數控機床主軸部件發生熱變形，加速刀具的磨損，是夾具產生變形，這些都會對加工的精度造成不利的影響，難以滿足廠家較高的加工精度要求，在主軸進給方向只能達到±0.15mm/500mm的穩定加工精度。本文經過多次的試驗和研究，利用測頭精度補償技術，通過測頭進給接觸夾具上的測量基準塊對坐標進行測量并對測量信息進行記憶，再將其與理論坐標加以比較得出補償信息數據進行補償修正。參見圖1。

圖1 主軸進給方向精加工精度補償

此項補償設計要求測頭在執行測量記憶補償量工序所用的時間與實際修正的加工時間之間的時間差值要控制在10min以內，如果時間間隔過長會因為溫差不均的問題而影響補償量的準確性；另外補償量的公差通常在0.4±0.2的范圍之內，否則測頭會出現異常報警。

二、主軸進給方向臺階面半精與精加工精度補償

在對缸蓋地面進行精銑加工的過程中，利用測頭對已經加工完成額底面進行檢測，能夠對主軸變形伸長和夾具在主軸方面上的變形引起的誤差進行測量和修正。提高主軸進給方向上的加工精度保持良好的穩定性。應用測頭精度補償技術，將變形誤差消除或者最大程度的降低，實現主軸方面的穩定加工精度。應用精度補償技術首先利用精銑刀對工件進行第一次的試切削，將部分加工余量預先去除掉，再利用測頭對工件面進行進給檢測，得到檢測數據記憶后退回測頭。再對半精加工表明進行二次檢測，并對變量值進行記憶然后將測頭退回，將測得的信息與加工理論坐標信息進行比對得出誤差數據進行補償修正，最后采用精銑刀以第一次試切面作為基準面，加入補償量對工件進行精銑，最終完成工件的加工。補償設計要同上。

三、孔加工精度補償

在對缸體凸輪軸孔進行精加工的過程中，常用的方法是利用測頭對加工后的內表面進行直接的檢測，這樣既能夠對孔的位置進行準確的控制，也可以對孔的直徑誤差進行檢測。當孔直徑超出預先設定的公差范圍時，測頭會發生異常報警。主軸變形和夾具的變形都會造成孔加工誤差的出現，使用測頭精度補償技術可以將其有效的消除，達到允許范圍內的穩定精度，并可以根據檢測的結果及時對刀具進行更換，以保證加工精度。

孔加工精度補償的設計要求：孔徑變化量的公差帶范圍通常在0.05±0.025的范圍之內，過高或者過低都會引起測頭異常發生報警。其余補償要求同上。

四、多孔精加工精度補償

在三軸有光柵尺的臥式數控機床的加工中心上進行缸蓋、缸體定位銷孔的精加工的過程中，一般來說定位銷孔最高能夠達到±0.05mm/500mm的位置精度，但是僅僅依靠加工中心的光柵尺是不能將因主軸和夾具的變形引起的加工誤差予以徹底消除的。為了能夠有效的修正變形引起的誤差，保證多個定位銷孔在位置精度上能夠始終保持良好的穩定性，采用測頭精度補償技術同樣能夠達到良好的效果。

使用測頭精度補償技術首先在被檢測的基準塊上沿X方向選定一個點并利用測頭進給進行檢測，測頭記憶變量后退回；再在被檢測基準塊沿Y方向選定一個點利用測頭進給進行檢測，記憶變量后將測頭退回；更好加工刀具，在進行銷孔精加工時根據與理論坐標信息的對比結果得到補償量進行補償修正。補償設計要求同上。

五、結語

采用數控機床在進行工件切削加工的過程中，利用補償元件可以對精度誤差進行準確的檢測并得出補償量，以實現精度補償修正。數控機床應用多種先進技術實現了加工的自動化，具有能夠對加工刀具的磨損量自動檢測，準確確定工件加工位置，自動找正工件基準面，自動設定坐標系等的能力。加工過程中，使用精度補償技術，有效的提高了誤差檢測的準確率，并更加準確的進行精度補償，有效的保障了工件加工的精度要求，對推動加工制造業的發展具有積極的作用。

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