經濟型數控機床加工中誤差來源分析及其對策

杜洪亮 高天翔

摘 要：與其它生產系統相比，數控機床的自動化生產是其最大的優勢，而經濟型數控機床則是強化了這一強有力的生產優勢，經濟型數控機床具有很強的適應性和很高的加工精度，加工范圍不受限制。鑒于此，近年來我國機械制造業開始引進此種設備，加入到我國制造業的龐大隊伍中來，但由于其在操作過程中的不穩定，極易造成生產上的誤差，這是其唯一而又致命的缺點。為有效地彌補這一缺陷，本文對此進行了分析。

關鍵詞：經濟型數控機床;加工誤差;來源分析;對策

引言

隨著我國數控機床加工技術水平的全面提高，我國已經逐步進入了一個全新的生產建設時代，但為了合理有效地提高我國數控加工技術應用的科學化水平，同時又能保證充分展示技術人員的精湛技藝，加強數控生產的經濟優勢。本文首先討論了我國技術人員的技術優勢。提高經濟性的一個簡單方法就是加強經濟型數控機床的使用。這種機床不僅具有大多數機床所不具備的優點，而且價格低廉。已成為我國大型加工制造企業的標準選擇對象。

1控制系統誤差一開環控制系統

1.1數控機床的基礎應用分析

數控機床是一種生產設備，具有高效率的產出，近年來，在我國建設生產加工行業中經常能見到數控機床的身影。在生產過程中，具有一般生產設備所不具備的高效率、高性能、高精度，操作過程簡單快捷，維護方便。它是進入新世紀后經濟標準的重要生產設備之一。其先進而卓越的技術應用理念，徹底改變了過去我國機床應用中的大部分困難。然而，隨著實踐的不斷發展和應用，技術人員逐漸發現自己也存在很大的誤差源。在數控機床的生產過程中，由于一些微妙的因素，常常會產生誤差，從而使加工精度在一定程度上大大降低。為合理地提高經濟型數控機床在生產過程中的精度，筆者最近幾年針對其主要誤差源進行了誤差通用性分析，并結合數控機床常見誤差通用性展開了如何有效地避免生產中的誤差展開分析。

1.2控制系統誤差

經濟型數控機床的誤差主要是由控制系統誤差引起的，反饋電路不合理，工作時驅動元件不對中。前饋系統不包含反饋裝置，前饋通道不能反饋有效信息，輸出位置誤差在一定程度上是不可避免的。通過反復運算，得出控制系統的第一個誤差是動態誤差的結論。振蕩的存在會影響步進電機的停止運行，并且在低頻段會出現單步運行。動態誤差是起停誤差，是控制系統在運行和停止過程中的誤差，步進電動機在運行和停時出現過多的問題，使電動機的轉機與控制脈動相對，沖擊時出現哲時停現象，造成誤差問題。

2控制系統誤差-閉環控制系統和半閉環控制數控系統

2.1閉環系統

系統在進行系統檢測時，對裝置的動鏈處產生的誤差進行適當的修正。但由于該系統在實際運行中存在著一些不可避免的問題，修正后可能再次出現錯誤。這時，技術人員需要使用高精度的檢測設備對系統進行詳細的檢測，并通過詳細的檢測過程，觀察系統誤差產生的真正原因。技術人員要想真正有效地減少閉環系統中的誤差，就必須在操作過程中盡可能地改善系統的細節，以滿足數控機床在生產中的要求。與此同時，當開始安裝系統時，確保按照正確的操作步驟安裝閉環系統。

2.2程序編制誤差

編程誤差也稱為近似誤差。主要是指近似曲線與表曲線接近時，方程所示零件形狀與原始形狀的差異，即程序誤差。在數控機床上加工零件時，由于各數控設備之間插補功能的不同，對零件輪廓的逼近是直線，有時是圓弧。當直線或圓弧曲線立即接近零件輪廓曲線時，曲線與實際輪廓的原始曲線之間會產生最大差異，這通常稱為插值誤差。

3影響數控加工精度的因素

有效地抑制或消除數控機床的加工誤差是提高數控機床加工精度的關鍵，主要有：編程時數學近似、插補時數學近似、插補時近似、控制算法、檢測裝置、機床幾何誤差、刀具及對刀誤差、工件定位誤差、熱變形、力變形等。還有一些由機床自身來確定，如測量系統，機床幾何精度等等。有一些措施可以避免，例如：編程時的數學近似，插補時的近似近似，機床間隙，力變形及熱因素等。與普通機床相比，數控機床的加工精度不僅與加工工藝有關，而且與編程階段密切相關。程序錯誤是由程序控制原理引起的不可避免的錯誤。在編程階段，將圖形中的信息轉換成可用于數控機床控制的形式，產生近似運算誤差、插補誤差、尺寸舍入誤差、累積誤差、刀具理論軌跡與實際軌跡的誤差等。程序誤差的大小與所使用的數控機床的脈沖等效關系密切。對這幾種誤差，只要在編程過程中對其中一個或幾個采取相應的措施，就可以減少數控機床的編程誤差。

4系統故障與參數不當設置

在經濟型數控機床加工誤差的形成中，系統故障和參數設置不當是主要原因之一。包括如下4種情況：

4.1電纜的不良連接

線纜系統、驅動器和步進電機之間的線纜不能很好地連接，會影響到系統脈沖指令傳遞的準確性，當指令對執行電機起作用時，會形成失步誤差。這類誤差的特點是：時有時無，因此，當有時沒有加工誤差時，應仔細檢查所有電纜接頭的連接情況，以消除電纜連接不良造成的加工誤差。

4.2脈沖編碼器存在故障

當主軸需要聯動或進給時，脈沖編碼器發出脈沖指令執行，并作用于進給電機。在此過程中，如果主軸與編碼器連接不良，編碼器盤損壞，則產生的脈沖指令異常，導致亂牙等錯誤。為了避免這種錯誤，我們應該仔細檢查編碼器本身的完整性以及布線的合理性和安全性，從而消除這種錯誤的原因。

4.3電機驅動放大器或數控系統的工作環境溫度過高

電機驅動放大器和數控系統都屬于電子產品，對工作環境有--定的溫度要求，而且都配有風扇，用于冷卻。但是，當風機出現故障或其他原因導致驅動器或系統工作環境溫度過高時，就很難保證正常運行，從而導致誤差的形成。一般來說，這種類型的誤差在長時間工作后，加工誤差會有明顯的增加，而在機床停機后，經過一段時間的再運轉，加工誤差會有明顯的減少。從而可以據此判斷出這些誤差的來源，進而有針對性地對風機進行維護、更換以及其他溫度影響因素的檢測。

4.4不當的參數設置

在數控系統中，一些參數設置不當會導致加工誤差的產生。當設定G0O指令時，如果設定的速度參數太大，將會導致電動機在停機時因失步變大而產生誤差。另外，如果編碼器波特率參數設置不當，會導致螺紋加工中出現螺紋誤差。所以，為了避免這類誤差，必須按要求進行嚴格的參數設置，使這類誤差保持在最低限度。

5機械故障與絲桿間隙的存在

機械故障和絲桿間隙的存在是經濟型數控機床加工誤差形成的另一個重要方面，歸納起來，包括以下三個方面：

第一，經濟型數控系統運行一段時間后，絲桿螺母接頭、絲桿軸向止推軸承接頭和絲桿接頭等部位會出現松動現象，從而形成加工誤差。由于這類因素引起的加工誤差一般較大，因此，當加工誤差存在較大時，可將位置松動因素列入考慮范圍，對連接松動等故障進行檢查，并加以排除;

第二，電控旋轉刀架鎖緊不夠或刀架夾進了異物，則會引起加工誤差。為了避免這類錯誤，需要對刀架鎖進行定期緊固，以確保刀架夾內清潔。

第三，絲桿縫隙的存在是產生加工誤差的重要原因。通常，雖然經濟型數控系統具有-定間隙補償能力，但由于在切削加工過程中，由于切削力的作用，會導致刀具向間隙傾斜，從而產生加工誤差。

結束語

總而言之，隨著科技的發展和進步，新技術的應用還將推動經濟型數控機床技術的提高、誤差的減少、精度的提高，從而使數控機床的應用范圍得到進一步的擴大。

參考文獻：

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