數(shù)控機(jī)床加工中誤差來源及相關(guān)對(duì)策探析

韓春梅

（七臺(tái)河市工程質(zhì)量檢測中心，黑龍江 七臺(tái)河 154600）

伴著科技的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用中面臨著越來越高的精度要求。本文主要對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差的來源進(jìn)行分析，并且針對(duì)這些誤差提出解決措施。希望可以通過對(duì)這些問題的研究，總結(jié)出一定的經(jīng)驗(yàn)，提升數(shù)控機(jī)床的使用水平和維護(hù)水平。

1 程序編制中的誤差

如果把零件最早的輪廓形狀借助列表曲線進(jìn)行表示，采用近方程式與列表曲線發(fā)生逼近時(shí)，該方程式表現(xiàn)出的形狀和零件原本形狀之間形成的差值，就是所說的逼近誤差。

在使用數(shù)控機(jī)床來對(duì)零件進(jìn)行加工時(shí)，由于數(shù)控裝置之間具有互不相同的插補(bǔ)功能，所以與零件輪廓互相逼近的時(shí)候，都是選擇直線的方式進(jìn)行，有的時(shí)候則是用圓弧。直線或圓弧在馬上臨近零件輪廓曲線的時(shí)候，逼近曲線和現(xiàn)實(shí)中輪廓原來的曲線之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)最大差值，這就是通常所說的插補(bǔ)誤差。

2 控制系統(tǒng)誤差

2.1 開環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

此類數(shù)控系統(tǒng)是很特殊的一個(gè)種類，系統(tǒng)沒有配備檢測裝置，同時(shí)也沒有反饋電路，主要的驅(qū)動(dòng)元件是步進(jìn)電機(jī)。

進(jìn)給系統(tǒng)里面不存在反饋檢測裝置，所以前向通道里面產(chǎn)生的各種誤差沒有辦法以反饋信息呈現(xiàn)出來并加以補(bǔ)償，這樣在一定程度上就出現(xiàn)了輸出位置誤差。開環(huán)控制系統(tǒng)中最主要的輸出誤差就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的誤差。

在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作運(yùn)行的過程中，主要會(huì)產(chǎn)生以下誤差：第一，動(dòng)態(tài)誤差。在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的單步運(yùn)行過程中，往往會(huì)產(chǎn)生一定的振蕩現(xiàn)象。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在頻率比較低的地方進(jìn)行工作，還會(huì)伴有共振現(xiàn)象產(chǎn)生。第二，啟停誤差。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無論是啟動(dòng)開機(jī)還是關(guān)機(jī)停止，都需要一個(gè)過渡的過程，在這個(gè)過程里，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和控制脈沖相比，前者總是處于滯后的狀態(tài)。

針對(duì)引發(fā)以上誤差的原因，可以采取以下措施進(jìn)行改善：

第一，把好元件選擇關(guān)口。在條件允許的情況下，選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的時(shí)候，盡可能選擇步進(jìn)角最小的機(jī)器。第二，把握好驅(qū)動(dòng)電路環(huán)節(jié)。針對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制環(huán)節(jié)，一定選擇最優(yōu)質(zhì)的驅(qū)動(dòng)電路來完成此項(xiàng)工作。如果可以對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行選用，就可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所具有的步距角有效減少，這樣可以在很大程度上提高系統(tǒng)精度。第三，從控制原理方面入手。針對(duì)大型數(shù)控機(jī)床而言，通常要求具有很高的精度，那么開環(huán)系統(tǒng)在這方面就存在很大不足，針對(duì)這樣的情況，可以增設(shè)類似于直光柵這樣的檢測裝置，可以針對(duì)前向通道可能產(chǎn)生的誤差起到監(jiān)視和補(bǔ)償作用。一旦有傳動(dòng)誤差產(chǎn)生，反饋電路就會(huì)迅速發(fā)出一定數(shù)量的附加脈沖，這樣一來，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無論是多走步數(shù)還是少走步數(shù)都會(huì)得到有效的補(bǔ)償。

2.2 閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

由于閉環(huán)系統(tǒng)在進(jìn)行位置檢測的時(shí)候，已經(jīng)將進(jìn)給傳動(dòng)鏈所具有的全部誤差包含進(jìn)去，所以具有相當(dāng)高的控制精度。但是，位置檢測進(jìn)行的反饋同時(shí)帶有諸多不穩(wěn)定因素，調(diào)試工作進(jìn)行起來具有很大難度。閉環(huán)系統(tǒng)主要的誤差來源主要有：第一，檢測裝置通常具有制造誤差和安裝誤差，這兩種誤差會(huì)引起反饋系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。第二，機(jī)床零件與機(jī)構(gòu)之間經(jīng)常有誤差產(chǎn)生，因此檢測裝置在檢測的時(shí)候同樣會(huì)出現(xiàn)誤差，這樣得到的測量值就不再真實(shí)可靠。

減小上述誤差的主要途徑有：第一，如果條件允許，要盡量使用具有高分辨力的檢測裝置。第二，在進(jìn)行檢測裝置安裝時(shí)，一定要盡量提高安裝精度。

2.3 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)

這種系統(tǒng)主要存在于伺服電動(dòng)機(jī)之上，兩者之間是同軸安裝的關(guān)系，有時(shí)也可以把檢測裝置安裝在滾珠絲杠軸端，這樣就可以對(duì)角位移進(jìn)行測量，就可以把移動(dòng)部件產(chǎn)生直線位移數(shù)值間接地計(jì)算出來，再向數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行反饋，控制方式和閉環(huán)控制系統(tǒng)完全一樣。

半閉環(huán)系統(tǒng)主要的誤差來源如下：第一，上述提及的閉環(huán)系統(tǒng)中產(chǎn)生的誤差。第二，滾珠絲杠帶有的螺母副與導(dǎo)軌副之間產(chǎn)生的誤差。

3 進(jìn)給誤差

進(jìn)給誤差通常產(chǎn)生于數(shù)控機(jī)床和傳動(dòng)鏈兩者之間，是二者產(chǎn)生的誤差。進(jìn)給誤差通常由以下的幾種原因?qū)е拢?/p>

第一，滾珠絲杠日積月累，出現(xiàn)累積的螺距誤差。

第二，滾珠絲杠和螺母支架由于長時(shí)間處于受力或者受熱的狀態(tài)，導(dǎo)致出現(xiàn)變形，直至引發(fā)誤差。

第三，工作臺(tái)出現(xiàn)在導(dǎo)軌方面的誤差。

可以采用以下措施，達(dá)到有效減小進(jìn)給誤差的目的：

第一，針對(duì)開環(huán)系統(tǒng)和半閉環(huán)系統(tǒng)來說，累計(jì)產(chǎn)生的螺距誤差可以借助數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行誤差的修正和補(bǔ)償工作，因此，只要用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)軸運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，就會(huì)將該差值進(jìn)行自動(dòng)考慮，并且進(jìn)行補(bǔ)償處理。

第二，針對(duì)機(jī)械傳動(dòng)鏈遭受外力影響，導(dǎo)致變形以及受熱變形而產(chǎn)生的誤差，可以采用增大傳動(dòng)鏈剛性，或者減少摩擦力的方法解決。

4 結(jié)語

數(shù)控機(jī)床通常有著極其復(fù)雜的誤差來源，本文僅僅對(duì)其中最重要的一些進(jìn)行分析，并且提出可行性較高的措施加以改善。通過以上的經(jīng)驗(yàn)歸納和分析，希望可以使數(shù)控機(jī)床的日常制造、使用和保養(yǎng)水平得到明顯提升，解決數(shù)控機(jī)床現(xiàn)存的誤差問題。

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