数控技师论文模板

　　如何提高数控机床的精度

　　目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准B10931-89等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。

　　一、反向偏差

　　在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时，反向偏差会影响插补运动的精度，若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长，反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加，因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。

　　反向偏差的测定

　　反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。六剑客职教园（最大的免费职教教学资源网站）

　　测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。

　　例如，在三坐标立式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量：

　　N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移

　　N20 X－50；工作台左移，消除传动间隙

　　N30 G04 X5；暂停以便观察

　　N40 Z50；Z轴抬高让开

　　N50 X-50：工作台左移

　　N60 X50：工作台右移复位

　　N70 Z-50：Z轴复位

　　N80 G04 X5：暂停以便观察

　　N90 M99；

　　需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对“反向间隙”)，因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。

　　回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。

　　反向偏差的补偿

　　国产数控机床，定位精度有不少>0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补，即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。

　　对于其他类别的数控机床，通常数控装置内存中设有若干个地址,专供存储各轴的反向间隙值。当机床的某个轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移指令值进行补偿、修正，使机床准确地定位在指令位置上，消除或减小反向偏差对机床精度的不利影响。

　　一般数控系统只有单一的反向间隙补偿值可供使用，为了兼顾高、低速的运动精度，除了要在机械上做得更好以外，只能将在快速运动时测得的反向偏差值作为补偿值输入，因此难以做到平衡、兼顾快速定位精度和切削时的插补精度。

　　对于FANUC0i、FANUC18i等数控系统，有用于快速运动(G00)和低速切削进给运动(G01)的两种反向间隙补偿可供选用。根据进给方式的不同，数控系统自动选择使用不同的补偿值，完成较高精度

　　的加工。

　　将G01切削进给运动测得的反向间隙值A 输入参数NO11851(G01的测试速度可根据常用的切削进给速度及机床特性来决定)，将G00测得的反向间隙值B 输入参数NO11852。需要注意的是，若要数控系统执行分别指定的反向间隙补偿，应将参数号码1800的第四位(RBK)设定为1；若RBK设定为0，则不执行分别指定的反向间隙补偿。G02、G03、JOG与G01使用相同的补偿值。

　　二、定位精度

　　数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。一台数控机床可以从它所能达到的定位精度判出它的加工精度，所以对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要途径。

　　定位精度的测定

　　目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量原理，以激光实时波长为测量基准，所以提高了测试精度及增强了适用范围。检测方法如下：

　　a. 安装双频激光干涉仪；

　　b. 在需要测量的机床坐标轴方向上安装光学测量装置；

　　c. 调整激光头，使测量轴线与机床移动轴线共线或平行，即将光路预调准直；

　　d. 待激光预热后输入测量参数；

　　e. 按规定的测量程序运动机床进行测量；

　　f. 数据处理及结果输出。

　　定位精度的补偿

　　若测得数控机床的定位误差超出误差允许范围，则必须对机床进行误差补偿。常用方法是计算出螺距误差补偿表，手动输入机床CNC系统，从而消除定位误差，由于数控机床三轴或四轴补偿点可能有几百上千点，所以手动补偿需要花费较多时间，并且容易出错。

　　现在通过RS232接口将计算机与机床CNC控制器联接起来，用VB编写的自动校准软件控制激光干涉仪与数控机床同步工作，实现对数控机床定位精度的自动检测及自动螺距误差补偿，其补偿方法如下：

　　g. 备份CNC控制系统中的已有补偿参数；

　　h. 由计算机产生进行逐点定位精度测量的机床CNC程序，并传送给CNC系统；

　　i. 自动测量各点的定位误差；

　　j. 根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数，并传送给CNC系统，螺距自动补偿完成；

　　k. 重复c.进行精度验证。

　　根据数控机床各轴的精度状况，利用螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，合理地选择分配各轴补偿点，使数控机床达到最佳精度状态，并大大提高了检测机床定位精度的效率。

　　定位精度是数控机床的一个重要指标。尽管在用户购选时可以尽量挑选精度高误差小的机床，但是随着设备投入使用时间越长，设备磨损越厉害，造成机床的定位误差越来越大，这对加工和生产的零件有着致命的影响。采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确测量和补偿，可以很好地减小或消除反向偏差对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，从而保证零件的加工质量。

　　理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的2——3倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。

　　在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。

　　在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。

　　1、加工工序划分

　　在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。

　　1.1 保证精度的原则

　　数控加工要求工序尽可能集中。常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。

　　1.2 提高生产效率的原则

　　数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。

　　实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。

　　2、加工路线的确定六剑客职教园

　　在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。影响走刀路线的因素很多，有工艺方法、工件材料及其状态、加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量，刀具的刚度、耐用度及状态，机床类型与性能等，加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。

　　下面举例分析研究数控机床加工零件时常用的加工路线。

　　2.1车圆锥的加工路线分析

　　数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D,小径为d,锥长为L,车圆锥的加工路线如图1所示。

　　图1 车圆锥的加工路线

　　按图1（a）的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算，可有相似三角形得：此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。

　　按图1（b）的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S,同样由相似三角形可计算得：按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。

　　按图1（c）的斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量ap,而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。

　　2.2 车圆弧的加工路线分析

　　应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。

　　下面研究分析车圆弧常用加工路线。

　　图2 圆弧切削路线的形式

　　在图2中，a图表示为同心圆形式，b图表示为等径圆弧（不同圆心）形式，c图表示为三角形形式，d图表示为梯形形式。不同形式的切削路线有不同的特点，了解它们各自的特点，有利于合理地安排其走刀路线。现分析上述几种切削路线：程序段数最少的为同心圆形式及等径圆形式；走刀路线最短的为同心圆形式，其余依次为三角形梯形及等径圆形式；计算和编程最简单的为等径圆形式（可利用程序循环功能），其余依次为同心圆、三角形式和梯形形式：金属切除率最高、切削力分布最合理的为梯形形式；精车余量均匀的为同心圆形式。

　　图3 阶梯切削路线的车圆弧

　　图3为车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S,即求圆弧与直线的交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。

　　图4 同心圆弧切削路线车圆弧

　　图4为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90°圆弧的起

　　点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按图4b加工时，空行程时间较长。

　　图5 车锥法切削路线车圆弧

　　图5为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图5所示，连接OC交圆弧于D,过D点作圆弧的切线AB.

　　由几何关系CD=OC-OD=一日=0.4148,此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过AB线。由图示关系，可得AC=BC=0.5868,这样可确定出车锥时的起点和终点。当R不太大时，可取AC=BC=0.5R.此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。

　　图6 切削螺纹时引入、引出距离        3、车螺纹时轴向进给距离的分析

　　车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加δ1（2mm——5mm）的刀具引入距离和δ2（1mm——2mm）的刀具切出距离，如图6所示。这样来保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。

　　4、轮廓铣削加工路线的分析

　　对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，来提高内孔表面的加工精度和质量。

　　5、多孔加工路线的分析

　　对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度