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数控机床加工精度提高技术的进展及存在的问题
Sep 16, 2020  来源:焦作市技师学院  作者:张 娜

 
       摘 要:在机械加工中,很多情况下都会选择使用数控机床来进行零部件的加工, 所以对数控机床的精度要求在逐步地提升。以实际生产情况作为出发点,重点分析数控机床加工精度提升的技术手段,同时分析所存在的缺陷和不足。
  
       关键词:数控机床;加工精度;提高技术;问题
  
       在目前的机械加工领域内, 人们对于加工精度的要求是非常高的。而对于一些超级工业强国来说,他们已经不能满足于精密加工的要求, 而逐步将高精密加工作为研究和发展的方向。当前很多工业发达的国家,已经将加工的精度从微米级提升到亚纳米级, 甚至有些国家已经提升到纳米级。对于现代数控机床来说,为了能够促进加工精度的提升, 除了应该进行数控机床的基础结构性能的提升,保证热稳定性满足要求,同时还应该从系统软件方面来进行研发和应用, 从而可以使得其加工精度更高,比传统的机床有很大的提升。
  
       1、提高数控机床控制精度的发展情况分析
  
       (1)提高数控机床系统控制精度:采用高速插补技术,使用微小程序进行精确控制,在连续进给中使单位精细化,在位置检测装置上采用更高的分辨率设备,进而可以提高位置检测精度(日本已开发装有 106 脉冲 /转的内藏位置检测器的交流伺服电机, 其位置检测精度可达到 0.01 μm/ 脉冲), 位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。
  
       (2)采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术, 对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究表明,误差补偿技术在提高数控机床精度方面有明显的作用,开发潜力很大。
  
       (3)采用网格解码器:检查和提高加工中心的运动轨迹精度,并通过仿真预测机床的加工精度,以保证机床的定位精度和重复定位精度,使其性能长期稳定,能够在不同运行条件下完成多种加工任务, 并保证零件的加工质量,提高总体的加工技术水平。
  
       2、影响数控机床加工精度的因素分析
  
       2.1 机床自身对加工精度的影响
  
       (1)进给机构。滚珠丝杠是数控机床中非常重要的结构组成部分,其对于加工精度的影响是比较直接的。因为加工设备在生产、制造等环节中,自身就会存在一定的误差,要想从根本上消除这些误差,应该有效地控制丝杠导程对系统脉冲当量的影响。
  
       进给机构的机械传动机构主要是减速齿轮、 联轴节、滚珠丝杠副、支承轴承等。 这些部件在安装中会存在间隙, 相互作用之下在运动中对精度造成过大的影响,直接造成整个设备加工无法达到标准的要求。
  
       (2)  编程误差。 一是插补误差的影响。 插补运算环节,设备在运行中会存在随机误差,如果累计超出规定限值,就会导致机床的位移、定位都存在较大误差,加工精度也会受到影响。二是编程逼近误差的影响。在进行零件轮廓编程的过程中, 可以选择使用列表曲线逼近的方式,此时会导致逼近误差值不能有效的控制,进而导致出现加工误差。
  
       2.2 气温和工艺系统热变形对加工精度的影响
  
       (1)气温对加工精度的影响。 根据自然规律分析,温度变化极易导致金属出现热胀冷缩的情况, 进而使得其结构尺寸发生一些微小的变化, 从而在加工中产生误差。
  
       (2)工艺系统热变形对加工精度的影响。在机床加工环节,因为零部件之间相互作用而摩擦生热,造成内部的各个部件会热传导不平衡使工件变形, 已经调整好的位置也会发生变化,工件和刀具运行准确性比较差,进而导致加工精度难以满足实际运行的要求。
  
       3、数控机床加工精度提高技术所存在的主要问题
  
       经过大量的研究和试验分析, 考虑到实际加工中所存在的问题和不足, 通过使用误差补偿技术来提升数控机床的加工精度,是非常有必要的,也能够产生比较好的效果, 对于现代数控机床的加工有着极为重要的意义和价值。 但是结合国际上生产企业的实际情况来进行分析,该技术还没有应用到实践中,这主要是因为还存在以下几个方面的问题。
  
       (1) 误差补偿技术还没有研发出一种通用的数控机床空间建模分析方法, 所以很多数学模型都不能应用到相同型号的机床来进行分析, 使得总体应用效果比较差。
  
       (2)误差参数识别技术还缺乏完善性,在具体的误差识别中有着很多的问题和不足。
  
       (3)误差补偿的实现效果会受到硬件系统的影响,因此导致其无法正常应用,技术升级效果比较差,如果进行技术改造,则会投入较多的资金和成本,且非常复杂。
  
       (4)企业自身的经济实力比较差,投入资金量也比较少,不能有效地研发出高水平的补偿技术,所以也就无法直接应用到数控机床控制领域, 极大地影响数控加工技术的发展和进步。
  
       (5)有些加工误差与加工对象存在直接的关系,比如零部件的材质不同、 材料自身存在质量缺陷或者零部件设计缺乏合理性, 都会导致其加工精度受到比较大的影响。
  
       4、结语
  
       数控机床加工技术已经比较成熟, 但是加工精度方面依然有着很多的问题无法彻底地解决。 从这个角度出发,我们需要积极地总结经验教训,及时发现技术方面存在的缺陷和问题,完善技术体系,将先进的加工精度提升技术应用到实践中, 促进数控加工工艺的发展和进步。 很多厂家已经研发出高精度的数控加工机床, 如上海机床厂有限公司成功开发出具有自主知识产权的“纳米数控磨床”,为我国数控领域的发展起到了非常大的促进作用。 在未来的发展中, 相信我国数控机床技术一定会得到很大的提升, 达到世界先进水平,推动我国机械制造领域的全面发展。
  
       参考文献:
  
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