提高數(shù)控銑床定位精度及典型零件加工舉例

周大成+萬騰

摘要：為了改善數(shù)控銑床定位精度低的問題，通過采用新材料及應(yīng)用新工藝提高機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)零件制造和整體裝配精度，通過優(yōu)化機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改善傳動(dòng)鏈的定位精度，提高數(shù)控銑床定位精度及零件的加工水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)控銑床；加工精度；定位；舉例

中圖分類號(hào)：TG547文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.11.003

數(shù)控銑床是金屬切削加工的主要機(jī)床，由于數(shù)控機(jī)床本身具有先進(jìn)的加工工藝、程序化的工作流程以及模塊化控制單元，在國內(nèi)外機(jī)械加工企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)代機(jī)械加工企業(yè)的主要機(jī)床中，數(shù)控銑床占有很大的比重。國內(nèi)數(shù)控銑床在加工過程中普遍存在著機(jī)床主軸定位精度低的問題，導(dǎo)致了數(shù)控銑床的自動(dòng)化程度降低，維修時(shí)間增加，生產(chǎn)效率降低和勞動(dòng)成本增加的發(fā)生。

1數(shù)控銑床定位精度的提高

（1）采用新材料、新工藝提高主軸加工裝配精度。由于大型數(shù)控銑床的主軸軸承位置支撐面的外徑尺寸較大，符合大尺寸要求的軸承需要定制生產(chǎn)，加工成本高、維修周期長；大型滾動(dòng)軸承的支撐架架體精度難以保證，且容易導(dǎo)致受力不均而影響軸承壽命；傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承安裝尺寸較大，影響機(jī)床整體結(jié)構(gòu)的緊湊性。

通過在銑床主軸與機(jī)床固定支撐部分的接觸區(qū)域上加注一種液態(tài)聚合合金（新型的減磨涂層材料），液態(tài)聚合合金澆注后，迅速凝固成固態(tài)，固態(tài)聚合合金具有良好的自潤滑性能、與金屬結(jié)合強(qiáng)度高、固化無收縮，同時(shí)具有良好的機(jī)械特性。利用液態(tài)聚合合金代替?zhèn)鹘y(tǒng)滾動(dòng)軸承作為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副中的支撐結(jié)構(gòu)，以保證良好轉(zhuǎn)位精度和主軸結(jié)構(gòu)的緊湊性。

采用新材料和應(yīng)用新工藝提高主軸加工裝配精度，機(jī)床主軸具有安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊、生產(chǎn)成本低、定位精度高的特點(diǎn)，并且可以改變傳統(tǒng)滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，滿足主軸傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副任意外形尺寸的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)用性更高。

（2）優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，改善主傳動(dòng)系統(tǒng)定位精度。

數(shù)控銑床屬于開環(huán)或半閉環(huán)機(jī)床系統(tǒng)，機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)是影響數(shù)控機(jī)床定位精度的重要因素，而進(jìn)給絲杠的精度是機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的主要部分。因此，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)常采用具有高精度的滾珠絲杠。但是，高精度的絲杠仍然會(huì)存在一定的制造誤差，工作環(huán)境因素，以及在長期工作中會(huì)產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致螺距誤差，影響傳動(dòng)精度。所以，提高數(shù)控銑床的定位精度關(guān)鍵是對(duì)滾珠絲杠的螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

以XK6132數(shù)控銑床（本型號(hào)數(shù)控銑床的脈沖當(dāng)量是0.005 mm）主傳動(dòng)滾珠絲杠為例，傳動(dòng)系統(tǒng)中滾珠絲杠有效工作長度是1000 mm，以滾珠絲杠上500 mm的長度上，間隔10 mm為采樣點(diǎn)，并設(shè)定為基準(zhǔn)點(diǎn)，用雙頻激光干涉儀檢測各個(gè)采樣點(diǎn)的定位誤差值，以各個(gè)采樣點(diǎn)為參考數(shù)據(jù)，應(yīng)用MATLAB軟件，分析采樣點(diǎn)誤差曲線，利用軟件分析法對(duì)螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)機(jī)床傳動(dòng)誤差補(bǔ)償。通過螺距誤差的補(bǔ)償，數(shù)控機(jī)床的定位精度可以得到有效的提高。

（3）優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)控制算法，提高進(jìn)給系統(tǒng)定位精度。

數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度是影響被加工零件質(zhì)量的重要因素。其中，數(shù)控銑床的電氣控制系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服控制系統(tǒng)等均是系統(tǒng)定位精度的影響因素。目前，通過簡單的提高電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度效果顯著，但是成本的制約，限制了定位精度的提高。在數(shù)控銑床的電氣控制系統(tǒng)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的有效定位精度基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化原數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制算法的方法，提高數(shù)控銑床進(jìn)給系統(tǒng)定位精度，可以部分的消除系統(tǒng)的定位誤差，合理地提高數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的定位精度。

以XK6132數(shù)控銑床數(shù)控系統(tǒng)為例，通過采用PMAC高性能的多軸伺服運(yùn)動(dòng)控制器，在其原有數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算處理器支持下，保證伺服系統(tǒng)最大限度運(yùn)算速度和運(yùn)算精度。再利用PID前反饋伺服控制算法，進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)快速響應(yīng)和系統(tǒng)誤差補(bǔ)償，依靠算法功能提高傳動(dòng)系統(tǒng)的定位精度。采用高性能的運(yùn)動(dòng)控制器和合理的伺服控制算法以及誤差補(bǔ)償功能，可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)精確的定位和快速的系統(tǒng)響應(yīng)。

采用新材料和應(yīng)用新工藝是提高未來數(shù)控銑床以及數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一個(gè)重要方向，優(yōu)化數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)床精度、壽命和穩(wěn)定性以及零件質(zhì)量的提高具有主導(dǎo)作用，優(yōu)化數(shù)控系統(tǒng)控制算法，能提高進(jìn)給系統(tǒng)定位精度，使經(jīng)濟(jì)性更加顯著。

2典型零件加工的舉例

數(shù)控加工在現(xiàn)代加工領(lǐng)域具有重要地位，在機(jī)械加工和工業(yè)生產(chǎn)中都被廣泛應(yīng)用，典型零件在數(shù)控銑床上采用先進(jìn)的加工工藝十分必要。數(shù)控銑床加工的機(jī)械零件范圍十分廣泛，主要包括直線銑削、圓弧銑削、平面銑削、輪廓銑削、角度銑削、鉆孔深孔加工、鍵槽銑削等等。

典型二階外輪廓矩形薄板零件的加工十分復(fù)雜，數(shù)控系統(tǒng)的定位精度是保證零件加工質(zhì)量和加工精度的關(guān)鍵。利用數(shù)控銑床進(jìn)行零件加工，零件加工流程如下：

（1）用壓板裝夾工件毛坯，以不加工下平面為固定基準(zhǔn)，使加工部分保證足夠尺寸；

（2）確定工件中心上平面O點(diǎn)為工件坐標(biāo)中心，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)刀；

（3）利用數(shù)控系統(tǒng)接口轉(zhuǎn)換，輸入數(shù)控程序；

（4）采用硬質(zhì)合金YT15可轉(zhuǎn)位端銑刀直徑100 mm，主軸轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給速度150 r/min，銑削深度10 mm，采用自動(dòng)方式對(duì)零件上平面進(jìn)行銑削加工；

（5）采用高速鋼立銑刀直徑為17 mm，轉(zhuǎn)速500 r/min，進(jìn)給速度150 r/min，銑削深度9 mm，進(jìn)行外形輪廓尺寸粗加工，留待加工余量為1 mm；

（6）采用高速鋼立銑刀直徑為17 mm，轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給速度100 r/min，銑削深度1 mm，進(jìn)行外形輪廓尺寸精加工。

3總結(jié)

通過典型零件的銑削加工，與傳統(tǒng)銑削方式相比，采用新方法提高數(shù)控銑床定位精度，工件表面質(zhì)量高，零件加工效率高，機(jī)床性能更加穩(wěn)定。endprint