經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度影響分析

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摘要：當前對于數(shù)控加工領(lǐng)域來說，提升經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度一直以來都是人們研究的重點，同時也是進行數(shù)控機床改造的主要方向，對數(shù)控機床加工領(lǐng)域的發(fā)展有著非常重要的意義。分析步進電機驅(qū)動經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工精度主要影響因素，提出促進精度提升的主要策略和方法。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟型；數(shù)控機床；加工精度；影響因素

對數(shù)控機床進行改造，主要目的是提升其加工精度。根據(jù)對當前實際情況的分析，對經(jīng)濟型數(shù)據(jù)機床的加工精度產(chǎn)生影響的因素比較多，比如原機床精度、靜動態(tài)特性、刀具形狀誤差、機床調(diào)整、對刀偏差、伺服系統(tǒng)性能等，這些因素與數(shù)控機床加工精度相關(guān)，也是研究的重點。

1步進電機對數(shù)控機床加工精度的影響

1.1步進電機步距角的影響

從經(jīng)濟型數(shù)控機床的組成結(jié)構(gòu)來分析，步進電機是影響最為直接的部件，主要是受到其脈沖當量k的影響，該參數(shù)通過下式進行計算：k=αit／360式中：α為步進電機步距角，（°）；i為齒輪減速比；t為滾珠絲杠導程，mm。步進電機在生產(chǎn)加工中，其定子齒與極分度不均、轉(zhuǎn)子齒形加工不準確和負載力矩的波動影響，會導致驅(qū)動電源各相電流不平衡，進而導致平衡點不一致，使電機的實際步距角和理論步距角存在較大的差異。結(jié)合上式進行計算，步距角差值會給脈沖當量k產(chǎn)生直接的影響，最終導致數(shù)控機床加工精度不能達到規(guī)定要求。步距角誤差根據(jù)下式進行計算確定：式中：αmax為測得最大正步距角，（°）；αmin為測得最大負步距角，（°）然后可以根據(jù)下式確定電機步距角誤差所導致的脈沖當量誤差：不同等級的電機的步距角精度有著很大的不同。為了能夠更好地促進數(shù)控機床加工精度的提升，在綜合分析電機成本的前提下，應該盡量選擇使用等級較高的步進電機，從而可以提升加工的精度和水平。

1.2步進電機動態(tài)特性方面的影響

步進電機的動態(tài)特性主要影響步距角的穩(wěn)定性，如果沒有嚴格控制，會導致出現(xiàn)脈沖當量誤差過大的情況,進而導致機床加工精度比較低，影響最終加工效果。步進電機在運行中屬于二級振蕩工作的方式，在脈沖響應階段的控制中，主要表現(xiàn)的是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動衰減振蕩的形式。因為電機結(jié)構(gòu)組成有一定的特殊性，其自身的阻尼非常小，如果脈沖頻率與電機的固有頻率比較相近，就會在工作中出現(xiàn)共振的情況。電機響應過程中在轉(zhuǎn)子衰減之后再次回到平衡點附近的位置上，然后就是脈沖出現(xiàn)，轉(zhuǎn)子會逐步從新狀態(tài)直接獲得能量并且圍繞新的平衡點開始衰減振蕩。在控制振蕩頻率和電機固有頻率比較相近的條件下，振蕩幅值就會逐步增大，導致動態(tài)誤差也會增大，進而導致出現(xiàn)失步情況。動態(tài)誤差的出現(xiàn)，會直接導致步距角發(fā)生變化，進而就會出現(xiàn)傳動精度不足的情況。為了能夠促進數(shù)控機床加工精度的提升，應該防止出現(xiàn)共振的問題，以消除動態(tài)響應誤差。如有必要，可以在電機軸外增加阻尼環(huán)裝置，以適當增大阻尼，從而降低振蕩的影響。

2進給機構(gòu)對數(shù)控機床加工精度的影響

2.1滾珠絲杠導程誤差的影響

滾珠絲杠在加工制造中存在導程誤差，很多情況下都是無法避免的。根據(jù)目前的計算標準，絲杠導程誤差導致的脈沖當量誤差可以按照下式進行計算：因此，在數(shù)控機床的加工制造環(huán)節(jié)，應該選擇精度比較高的滾珠絲杠部件，減小絲杠導程誤差，從而可以促進機床加工精度的提升。

2.2進給機構(gòu)間隙的影響

在進給機構(gòu)各個元件的組成中，會因為多個間隙共同存在而導致工作臺的精度無法達到要求，尤其是在運動換向的過程中，會因為間隙的存在而直接影響數(shù)控機床的加工精度。

3編程誤差對數(shù)控機床加工精度的影響

數(shù)控機床和傳統(tǒng)形式的機床存在明顯的區(qū)別，最終的零部件加工精度和加工過程有著直接的聯(lián)系，同時也會受到編程的影響；因此，如果零部件加工程序編寫存在很多的問題，或者偏差過大，將會直接導致編程誤差的存在，進而降低加工精度。

3.1編程中逼近誤差的影響

逼近誤差主要是通過近似算法逼近零部件輪廓所產(chǎn)生的誤差形式。在進行非圓曲線部分的加工環(huán)節(jié)，如果采用直線輪廓取代曲線輪廓的方式，刀具加工之后所形成的輪廓就不能準確地和加工輪廓重復而導致誤差的存在。如果被加工的零部件輪廓成形方程已經(jīng)知道，則應該在編程中采用列表曲線逼近的方式，此時就無法真正地確定逼近誤差，加工精度的控制難度也會加大。

3.2插補誤差的影響

經(jīng)濟型數(shù)控機床在進行工件加工過程中，傾斜直線通常是通過刀具根據(jù)平面中的坐標軸的方向沿著折線加工形成，從而會導致工件表面存在鋸齒形，此時就會產(chǎn)生插補誤差。對于插補誤差來說，主要是受到如下幾方面因素的影響：機床自身的分辨率、機床的脈沖均勻性、機床控制系統(tǒng)在工作中的動態(tài)特性、插補選擇方式、插補計算方法等。如果沒有綜合考慮這些因素，就會導致插補誤差的存在，進而對最終的零部件加工精度造成比較大的負面影響。

3.3編程中圓整誤差的影響

使用步進電機的經(jīng)濟型數(shù)控機床在機械加工時，脈沖當量的數(shù)據(jù)會對直線位移最小數(shù)值產(chǎn)生直接的影響。在編程過程中，主要是根據(jù)零部件的尺寸，將其直接轉(zhuǎn)化成為控制脈沖的數(shù)據(jù)。尺寸最小單位就是脈沖當量值，該數(shù)值與機床加工精度的極限值有著關(guān)聯(lián)。零部件的結(jié)構(gòu)尺寸在數(shù)據(jù)處理時，只能將其圓整到一個脈沖當量值，但是會直接導致編程過程中就存在圓整誤差，這一誤差將會給最終的加工精度造成不利的影響。從實際加工情況分析，編程誤差對機床加工精度所造成的影響是最為直接的，通常來說并不需要專用的軟件來進行補償，但是可以通過插補間隙或者增加機床分辨率等方式來進行處理，以更好地促進最終加工精度的提升。

4結(jié)語

經(jīng)濟型數(shù)控機床加工精度的影響因素比較多，本文重點分析比較常見的幾種，除此之外，還有加工環(huán)境、對刀、換刀等，不同的因素對精度的影響也是不同的，需要采取相應的措施和積極研發(fā)新技術(shù)，以促進數(shù)控加工技術(shù)的提升。

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作者：袁振東 單位：焦作技師學院