提高经济型数控车床车削精度的途径

作者: 来源: 发布时间:2017年11月01日 点击数:

  :研究了机床,驱动电机、刀具和数控编程等因素对数控车床车削精度产生的影响,通过分析、实践,提出了提高数控车床车削精度的一些措施

 

关键词:经济型数控车床;伺服电机;加工精度;编程。

数控机床是衡量一个国家机械制造工业水平的重要指标。2003年开始,中国就成了全球最大的机床消费国,也是世界上最大的数控机床进口国。目前正在提高机械加工设备的数控化率,1999年,我们国家机械加工设备数控化率是58%,目前预计是1520%之间。虽然我国的机床设备数控化率有所提高但总的水平参差不齐,有的是世界水平,有的比国外落后1015年,目前经济型数控车床占了数控机床的总数的1/3以上 因此,要想提高总体水平,就必须从增强经济型数控车床的精度的方向出发,结合生产实际,总结了提高经济型数控机床加工精度的方法,提高我国的机械制造工业水平。

 

一、车床的配置的提高

1、驱动采用伺服电机

伺服电机除了在成本上略高于步进电机这一缺点以外,控制精度、低频特性、矩频特性、矩频特性、过载能力、运行性能等方面均优于步进电机,尤其是在控制精度伺服电机的步距角为989‘是步距角为036 的步进电机的1/131,也就相当于伺服电机的脉冲当量是步进电机的1/131。如果采用同样的滚珠丝杠联接传动,步进电机的定位精度是005mm的话,伺服电机的定位精度就为0001mm. 其次在运行性能方面,由于步进电机采用的是开环控制,在启动频率过高或负载过大时,易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲现象。造成定位误。而交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,定位精度大大提高。

2、床鞍采用贴塑工艺处理

床鞍采用贴塑工艺处理,移动轻快,减少床身导轨的磨损,避免爬行现象,精度高,便用寿命长。

3、采用滚珠丝杠和角接触球轴承

滚珠丝杆采用整体内循环丝杆,配对角接触球轴承支承并预紧,导轨、丝杆等采用集中润滑,具有运动灵活、减少热变形、精度稳定的特点。

4、刀架采用电动精密齿盘定位刀架或排刀架

电动刀架有四工位,采用精密齿盘定位,重复定位精度高。但即使采用了精密齿盘定位,刀架的重复定位精度也最高只能达0005mm。如果工艺允许的话,经济型数控车床尽量不采用电动刀架,而是采用排刀架,一则减少了刀架旋转时产生的重复定位精度,二则可减少刀架旋转的时间,提高生产效率。

 

二、进给运动间隙补偿

1、修改参数

数控车削时,刀具的纵、横向进给是由步进电机控制纵、横向丝杠转动带动大、中溜板移动来实现的。由于纵向和横向丝杠存在丝杠间隙,致使刀具实际进给量和程序指令值不符,从而影响零件加工精度,因此必须进行补偿或消除,以保证刀具的准确位移。

根据车削零件的特点,工件径向尺寸精度往往比轴向尺寸要求高,因此,间隙补偿重点应放在横向丝杠的间隙补偿上。

以北京KND系统为例:1、首先,利用百分表对机床的重复定位精度进行检测。如在X向测得的定位误差为0025mm,这时,就在参数011处将BKLX修改为0025。如果在Z向测得的定位误差为0006mm,这时,就在参数012处将BKLZ修改为0006

2、采用滚珠丝杠

滚珠丝杠可以使用双螺母结构,利用2个螺母的相对轴向位移,使2个滚珠螺母中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的2个相反的侧面上,从而消除丝杠的轴向间隙。

3、在中溜板上悬挂配重块

根据车削加工中的径向切削力Fp的大小,选择合适的配重块悬挂在中溜板上,使横向丝杠旋转时,中溜板上的螺母始终与横向丝杠的单面接触工作,以补偿其存在的丝杠间隙。采用此方法时,应尽量选用较大的主偏角,使切削力Fp始终小于中溜板配重块所产生的拉力,从而有效消除丝杠间隙所产生的影响。

 

三、编程技巧

1、尽量使用绝对尺寸编程

数控编程中,可选择绝对尺寸编程、相对尺寸编程或混合方式进行编程。绝对尺寸编程是以工件坐标系原点为坐标原点,根据刀尖在工件坐标系中的位置来编程的,每一条程序的基准都是工件坐标系原点,整个加工过程中始终使用同一基准;而相对尺寸编程是以刀尖所在位置为坐标原点,根据刀尖相对于坐标原点所产生位移来编程的。因此相对尺寸编程的坐标原点在不断变化,每一条程序执行时是以当前刀尖点为基准控制刀具位移量的,连续执行多条指令时必然产生累积误差。所以用绝对尺寸编程可以提高零件加工精度。

2、合理使用G04指令

在进行锪孔、车槽、车台阶轴清根等加工时,使用G04指令,使刀具在短暂时间内实现无进给光整加工,避免刀尖在工件表面上划出一段螺旋线。

在运动方向或速度大小改变时,设置G04指令。因为运动方向和速度大小改变时会产生一定的惯性,这时考虑G04指令,暂停一定时间,使运动惯量降低,然后改变运动方向或运动速度,以提高零件加工精度。

 

四、刀具几何参数误差的补偿

1、对车刀刀尖圆弧半径的补偿

如图2所示,车刀安装时,是以假想刀尖A点进行对刀的。加工时,如以A点编制程序,刀具实际加工轨迹和工件要求的轮廓形状除圆柱面和垂直端平面外都存在误差,且圆弧半径R越大,产生的误差值越大。因此,有补偿功能的数控车床要按刀尖圆弧中心进行编程,使用刀尖圆弧半径补偿功能,消除刀尖圆弧半径的影响,保证零件的加工精度,如系统没有刀尖圆弧补偿功能,可以用计算方法通过改变程序指令来补偿刀尖圆弧半径所产生的误差。

1)、加工圆锥面

2中,若假想刀尖A沿工件轮廓BB′移动(即假想刀尖运动轨迹AA′与工件轮廓BB′重合),则必然产生图中阴影部分残留误差。若使车刀刀尖在图2位置A点向左移动ΔZ(如图3所示),即移动到图3A 点,使车刀刀尖圆弧与工件轮廓BB′相切,然后使假想刀尖沿图3AA′移动(即刀尖圆弧运动轨迹始终与工件轮廓BB′相切),从而避免了残留误差。

通过几何推导,若被加工圆锥面圆锥半角为θ,则刀具在切削圆锥面前向左移动距离Δ为:

若切削双段圆锥面,如图4所示。在切削第一段圆锥半角为θ1的圆锥面前刀具向左移动ΔZ1,沿

θ2θ1时,为正值,即刀具在切削BB′段轮廓后,应向左移动。当θ2θ1时,为负值,即刀具在切削BB′轮廓时,在Z向位移量应减小;θ2=90�时,即B′B″为垂直端面时,刀具切削BB′段时Z向应少走ΔZ1,其值为:,这样就能保证B′B″端面的轴向位置。

2)、加工圆弧面

切削加工圆弧面,如图5所示。若按假想刀尖A点沿工件圆弧轮廓BB′编程,则必然产生图中阴影部分残留误差。车削半径为r的凸圆弧,如图5(a)所示。车削半径为r的凹圆弧,如图5(b)所示。

假想刀尖A点按CC′圆弧(如图6所示)编程,则可以避免残留误差,保证圆弧的加工精度。图6(a)中,CC′圆弧中心O′,半径为r+R。在加工圆弧BB′前,刀具先向左移动ΔZ,使刀尖达到CC′圆弧,然后再按CC′圆弧进行切削,切削至C′点时,再沿X轴正方向移动ΔXΔX计算同ΔZ),使刀尖回到B′点。通过几何推导,ΔZ值为:

Z轴之间的夹角图6(a)中,α=0�,则

6(b)中,CC′圆弧中心O′,半径为r-R 。在加工圆弧BB′前,刀具先向左移动ΔZ,使刀尖达到CC′圆弧,然后再按CC′圆弧进行切削,切削至C′点时,再沿X轴正方向移动ΔXΔX计算同ΔZ),使刀尖回到B′点。通过几何推导,ΔZ值为:

2、车刀刀尖中心高的补偿

车削加工时,很难保证车刀刀尖与被加工零件回转中心等高,从而影响被加工零件的径向尺寸。被加工零件直径为db ,由于刀具安装时刀尖与零件回转中心存在高度差Δh,引起被加工零件的实际直径为da(如图7所示),其值为:

从式(6)看出,由于车刀刀尖中心高误差Δh而引起的径向尺寸误差,除与Δh有关外,还与被加工零件的直径db有关,直径越小误差越大。因此在实际加工中,应尽可能把车刀刀尖调整到与被加工零件中心等高。如调整后仍存在一定的Δh,则在数控编程时应针对不同的轴径db利用(6)式进行修正。

 

5结束语

实践证明,这些方法对提高经济型数控车床的加工精度具有良好的效果。

 

参考文献

[1] 李善术.数控机床及其应用[M].北京:机械工业出版社,1998

[2] .数控加工及程序编制基础[M].北京:机械工业出版社,1997

[3] .数控机床加工程序编制[M].北京:机械工业出版社,1997

[4] 北京KND系统用户手册 北京:北京凯恩帝数控技术有限责任公司2005

 

 

 

 

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