數(shù)控機(jī)床定位精度影響因素及控制策略研究

呂正

摘要：本文從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、導(dǎo)軌幾何誤差等方面研究數(shù)控機(jī)床定位精度影響因素，依靠系統(tǒng)誤差、熱誤差、導(dǎo)軌幾何誤差影響數(shù)控機(jī)床定位精度，進(jìn)而影響相關(guān)定位精度控制，從而使誤差得以有效改善，提高數(shù)控機(jī)床定位精度。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;定位精度;研究

0? 引言

當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)背景下要數(shù)數(shù)控機(jī)床最為典型，數(shù)控機(jī)床可以影響產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)與使用做到的。因此，當(dāng)下我們的重點(diǎn)應(yīng)該放在數(shù)控機(jī)床的合理設(shè)計(jì)與使用。本文根據(jù)當(dāng)前我國(guó)實(shí)踐研究成果，從數(shù)控機(jī)床定位精度的影響因素入手，旨在探討數(shù)控機(jī)床定位精度的有效控制策略。

1? 數(shù)控機(jī)床定位精度影響因素

1.1 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)影響定位精度的因素

1.1.1 干擾對(duì)定位精度的影響

在數(shù)控生產(chǎn)環(huán)境中，各種干擾因素必不可少，同時(shí)也不可忽視，筆者根據(jù)多年來(lái)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出以下幾點(diǎn)干擾項(xiàng)：①電磁波干擾。電磁波干擾受較多因素影響，如電火花、高頻電源、振蕩電路等，工廠工作過(guò)程中產(chǎn)生的電磁波能量較強(qiáng)，這種較強(qiáng)的電磁波會(huì)直接借助于空間傳播作用到機(jī)床上，若能量足夠大便會(huì)導(dǎo)致機(jī)床故障。②動(dòng)力電網(wǎng)電壓波動(dòng)的干擾。動(dòng)力電網(wǎng)電壓波動(dòng)的干擾主要表現(xiàn)為：第一，超壓或欠壓。數(shù)控機(jī)床有清晰的輸入電壓范圍，日常電源電壓為320～470V通以24V直流電源，若電壓過(guò)高或過(guò)低便會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤報(bào)引起報(bào)警，此時(shí)若過(guò)電壓較高則數(shù)控底盤無(wú)信號(hào)燈。若電網(wǎng)電壓不穩(wěn)波動(dòng)起伏超過(guò)峰值也會(huì)引起系統(tǒng)報(bào)警。③大電感的干擾。變壓器與電機(jī)是各大工廠中常用的電力工具，電力工具在運(yùn)用過(guò)程中，難免會(huì)產(chǎn)生干擾脈沖，因此，施工人員應(yīng)加強(qiáng)防范。若應(yīng)用時(shí)停電，電生磁形成高頻峰值脈沖會(huì)影響機(jī)床運(yùn)行。從故障現(xiàn)象分析來(lái)看，干擾脈沖屬于高頻窄脈沖，峰值大，干擾也大但由于變化過(guò)快不會(huì)導(dǎo)致電源監(jiān)控板監(jiān)測(cè)。但是供電線路串入數(shù)控系統(tǒng)中則錯(cuò)誤消息會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中央處理器或可編程控制器停止運(yùn)行。

1.1.2 熱誤差對(duì)定位精度的影響

這其中對(duì)數(shù)控機(jī)床影響最大的是熱誤差。機(jī)床在工作時(shí)會(huì)由于不同部件的碰撞摩擦而產(chǎn)生能量損失與熱消耗，包括電子電器元件也會(huì)產(chǎn)生熱能量進(jìn)而影響機(jī)床構(gòu)件變形。變形主要有兩種形式：熱膨脹導(dǎo)致線性偏差，構(gòu)件受熱不均勻不對(duì)稱也同樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)扭曲變形。變形是最直接影響機(jī)床位置精度，造成定位誤差的主要因素，因此熱誤差對(duì)定位精度影響最大且最直接。

1.2 導(dǎo)軌幾何誤差對(duì)定位精度的影響

1.2.1 導(dǎo)軌精度對(duì)機(jī)床定位精度的影響

通過(guò)觀察監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌精度也會(huì)對(duì)機(jī)床性能有所作用，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軌精度對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件有重要作用，而被加工零件也會(huì)受此影響產(chǎn)生誤差，從而產(chǎn)品質(zhì)量得不到保障。機(jī)床在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)需要不斷位移得到動(dòng)作，而機(jī)身導(dǎo)軌作為工作部件的承受刀架在與副導(dǎo)軌摩擦的同時(shí)也會(huì)影響其運(yùn)動(dòng)性能。若導(dǎo)軌基本運(yùn)動(dòng)性能得不到實(shí)現(xiàn)則會(huì)很難實(shí)現(xiàn)低速運(yùn)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)軌跡的精確定位。

1.2.2 導(dǎo)軌直線度對(duì)定位精度的影響

導(dǎo)軌直線度也是影響數(shù)控機(jī)床定位精度的一大因素，通過(guò)檢測(cè)得出導(dǎo)軌直線度誤差主要表現(xiàn)為導(dǎo)軌中部拱區(qū)。導(dǎo)軌中部軌區(qū)出現(xiàn)直線度誤差，絲桿在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生誤差則會(huì)導(dǎo)致與激光干涉儀測(cè)量值不一致。如果在實(shí)際的數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生導(dǎo)軌直線度偏差，將會(huì)直接影響到刀具進(jìn)給的定位精度，進(jìn)而產(chǎn)生誤差，影響生產(chǎn)質(zhì)量。

2? 數(shù)控機(jī)床定位精度的有效控制策略

2.1 加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管理

2.1.1 抗干擾措施

①物理隔離。干擾強(qiáng)度與距離平方成反比，我們便可以增大干擾電路與干擾源之間的距離，通過(guò)減少二者之間干擾傳播，降低系統(tǒng)的故障率，特別是在電源惡劣的情況下，采用穩(wěn)壓器可以有效緩解電源波動(dòng)問題，防止瞬時(shí)斷電的產(chǎn)生。另外，還可以在電源與數(shù)控機(jī)床之間設(shè)置隔離變壓器，可以在一定程度上隔離噪聲，減緩電源及大地電纜之間的干擾。如圖1所示。②濾波。濾波器可以通過(guò)低通濾波或直流濾波抑制干擾輸入及信號(hào)輸入輸出時(shí)產(chǎn)生的負(fù)干擾。低通濾波器和直流濾波器，通常將其安裝在電源和數(shù)控設(shè)備之間。③接地。系統(tǒng)地線是數(shù)控系統(tǒng)里共同參考電位連接起來(lái)形成的新系統(tǒng)參考電位線。系統(tǒng)地線可以根據(jù)工作環(huán)境的需要連接到不同位置，可以連至公用地板或設(shè)備外殼框架。抗干擾便可以通過(guò)設(shè)備接地系統(tǒng)接地的方式來(lái)完成。

2.1.2 采用西門子數(shù)控技術(shù)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償

西門子數(shù)控技術(shù)進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償前，必須要設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)。而設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)須注意考慮絲桿長(zhǎng)度和用戶需求，注意控制設(shè)置點(diǎn)的個(gè)數(shù)，嚴(yán)格按照相關(guān)要求設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)，通常在一到兩個(gè)左右，如果補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置過(guò)多，則會(huì)過(guò)多占用內(nèi)存，影響補(bǔ)償效率，如果補(bǔ)償點(diǎn)設(shè)置過(guò)少，則達(dá)不到補(bǔ)償目的。補(bǔ)償不能正常進(jìn)行時(shí)有可能參數(shù)設(shè)置顛倒引起。在對(duì)進(jìn)給軸和轉(zhuǎn)軸補(bǔ)償后，圓度實(shí)驗(yàn)是不可或缺的環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)中首要進(jìn)行的是參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置完成后應(yīng)檢查機(jī)床定位精度是否合格，待其合格后再次通過(guò)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行圓度測(cè)試，通過(guò)查看對(duì)比軌跡是否準(zhǔn)確無(wú)誤，若有問題就應(yīng)重新設(shè)置查看。

2.2 導(dǎo)軌幾何誤差的解決對(duì)策

2.2.1 消除殘余應(yīng)力，加強(qiáng)導(dǎo)軌精度

消除殘余應(yīng)力，加強(qiáng)導(dǎo)軌精度的方式主要有兩種，一是熱時(shí)效，是指對(duì)鑄件進(jìn)行加熱，以室溫為最低溫進(jìn)行加熱，加熱不宜過(guò)快，應(yīng)緩慢、均勻，保持鑄件受熱均勻，直至鑄件溫度達(dá)550-650℃左右方可停止加熱，停止加熱后注意對(duì)鑄件進(jìn)行保溫，切忌立刻降溫，待保溫4-8小時(shí)后，根據(jù)規(guī)定要求進(jìn)行降溫處理，降溫至150℃以下后出爐。二是振動(dòng)實(shí)效，振動(dòng)時(shí)效從字面意思上看是振動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的變應(yīng)力，具體來(lái)看是利用工件的共振原理，對(duì)工件施加一定的附加變應(yīng)力，注意觀察該過(guò)程中附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力的關(guān)系，二者疊加是否超過(guò)了材料的極限應(yīng)力值，如果超過(guò)了材料的極限應(yīng)力值，則工件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一定的反映，進(jìn)而在一定程度上降低或者均勻工件內(nèi)部的參與應(yīng)力，以達(dá)到強(qiáng)化導(dǎo)軌精度的目的。

2.2.2 提高立柱底座彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度

提高立柱底座的彎曲剛度通常是以“支承”的方式，主要目的是降低梁的最大撓度之。對(duì)于數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用企業(yè)來(lái)說(shuō)，要提高立柱底座的彎曲剛度，確保導(dǎo)軌直線度，從機(jī)床本身做較大程度的修改是極為不現(xiàn)實(shí)的，由此，只有增加“支承”，方可提高立柱底座的彎曲剛度，根據(jù)該原理，可繪出橋架圖，如圖2所示，根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)可以看出，安裝在排屑槽下方立柱底座與工作臺(tái)床身相連處，將立柱及主軸箱自重產(chǎn)生的載荷通過(guò)螺栓傳遞給地基，最終達(dá)到提高立柱底座剛度，確保導(dǎo)軌直線度的目的。

3? 結(jié)語(yǔ)

本文從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)及導(dǎo)軌幾何誤差兩方面入手，對(duì)影響數(shù)控機(jī)床定位精度的因素進(jìn)行了分析，進(jìn)而對(duì)應(yīng)提出幾點(diǎn)定位精度控制策略，取得一定進(jìn)展。雖然當(dāng)前針對(duì)數(shù)控機(jī)床的研究還存在一定程度的不足，但隨著數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的愈加廣泛，更深入的研究分析方法也會(huì)層出不窮。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧玉湖，王麗紅，丘友青.激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床定位精度測(cè)量中的誤差控制[J].工業(yè)計(jì)量，2018，28（S1）：12-14.

[2]庾輝，李夢(mèng)奇，李冬英，王斌，費(fèi)明福.數(shù)控機(jī)床定位精度研究進(jìn)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2015，31（06）：101-104，108.

[3]伍月桂，陳柏良.影響數(shù)控機(jī)床加工精度因素及改進(jìn)關(guān)鍵問題分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（23）：78-79.

[4]鄭東梅.基于設(shè)備升級(jí)改造與搭建的研究——以“數(shù)控機(jī)床裝調(diào)與技術(shù)改造”大賽為例[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（23）：253-254.

[5]劉明敏.基于機(jī)械原點(diǎn)偏移原理的數(shù)控機(jī)床熱誤差補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（23）：115-116.