经济型数控机床加工中误差来源分析及其对策

杜洪亮 高天翔

摘 要：与其它生产系统相比，数控机床的自动化生产是其最大的优势，而经济型数控机床则是强化了这一强有力的生产优势，经济型数控机床具有很强的适应性和很高的加工精度，加工范围不受限制。鉴于此，近年来我国机械制造业开始引进此种设备，加入到我国制造业的庞大队伍中来，但由于其在操作过程中的不稳定，极易造成生产上的误差，这是其唯一而又致命的缺点。为有效地弥补这一缺陷，本文对此进行了分析。

关键词：经济型数控机床;加工误差;来源分析;对策

引言

随着我国数控机床加工技术水平的全面提高，我国已经逐步进入了一个全新的生产建设时代，但为了合理有效地提高我国数控加工技术应用的科学化水平，同时又能保证充分展示技术人员的精湛技艺，加强数控生产的经济优势。本文首先讨论了我国技术人员的技术优势。提高經济性的一个简单方法就是加强经济型数控机床的使用。这种机床不仅具有大多数机床所不具备的优点，而且价格低廉。已成为我国大型加工制造企业的标准选择对象。

1控制系统误差一开环控制系统

1.1数控机床的基础应用分析

数控机床是一种生产设备，具有高效率的产出，近年来，在我国建设生产加工行业中经常能见到数控机床的身影。在生产过程中，具有一般生产设备所不具备的高效率、高性能、高精度，操作过程简单快捷，维护方便。它是进入新世纪后经济标准的重要生产设备之一。其先进而卓越的技术应用理念，彻底改变了过去我国机床应用中的大部分困难。然而，随着实践的不断发展和应用，技术人员逐渐发现自己也存在很大的误差源。在数控机床的生产过程中，由于一些微妙的因素，常常会产生误差，从而使加工精度在一定程度上大大降低。为合理地提高经济型数控机床在生产过程中的精度，笔者最近几年针对其主要误差源进行了误差通用性分析，并结合数控机床常见误差通用性展开了如何有效地避免生产中的误差展开分析。

1.2控制系统误差

经济型数控机床的误差主要是由控制系统误差引起的，反馈电路不合理，工作时驱动元件不对中。前馈系统不包含反馈装置，前馈通道不能反馈有效信息，输出位置误差在一定程度上是不可避免的。通过反复运算，得出控制系统的第一个误差是动态误差的结论。振荡的存在会影响步进电机的停止运行，并且在低频段会出现单步运行。动态误差是起停误差，是控制系统在运行和停止过程中的误差，步进电动机在运行和停时出现过多的问题，使电动机的转机与控制脉动相对，冲击时出现哲时停现象，造成误差问题。

2控制系统误差-闭环控制系统和半闭环控制数控系统

2.1闭环系统

系统在进行系统检测时，对装置的动链处产生的误差进行适当的修正。但由于该系统在实际运行中存在着一些不可避免的问题，修正后可能再次出现错误。这时，技术人员需要使用高精度的检测设备对系统进行详细的检测，并通过详细的检测过程，观察系统误差产生的真正原因。技术人员要想真正有效地减少闭环系统中的误差，就必须在操作过程中尽可能地改善系统的细节，以满足数控机床在生产中的要求。与此同时，当开始安装系统时，确保按照正确的操作步骤安装闭环系统。

2.2程序编制误差

编程误差也称为近似误差。主要是指近似曲线与表曲线接近时，方程所示零件形状与原始形状的差异，即程序误差。在数控机床上加工零件时，由于各数控设备之间插补功能的不同，对零件轮廓的逼近是直线，有时是圆弧。当直线或圆弧曲线立即接近零件轮廓曲线时，曲线与实际轮廓的原始曲线之间会产生最大差异，这通常称为插值误差。

3影响数控加工精度的因素

有效地抑制或消除数控机床的加工误差是提高数控机床加工精度的关键，主要有：编程时数学近似、插补时数学近似、插补时近似、控制算法、检测装置、机床几何误差、刀具及对刀误差、工件定位误差、热变形、力变形等。还有一些由机床自身来确定，如测量系统，机床几何精度等等。有一些措施可以避免，例如：编程时的数学近似，插补时的近似近似，机床间隙，力变形及热因素等。与普通机床相比，数控机床的加工精度不仅与加工工艺有关，而且与编程阶段密切相关。程序错误是由程序控制原理引起的不可避免的错误。在编程阶段，将图形中的信息转换成可用于数控机床控制的形式，产生近似运算误差、插补误差、尺寸舍入误差、累积误差、刀具理论轨迹与实际轨迹的误差等。程序误差的大小与所使用的数控机床的脉冲等效关系密切。对这几种误差，只要在编程过程中对其中一个或几个采取相应的措施，就可以减少数控机床的编程误差。

4系统故障与参数不当设置

在经济型数控机床加工误差的形成中，系统故障和参数设置不当是主要原因之一。包括如下4种情况：

4.1电缆的不良连接

线缆系统、驱动器和步进电机之间的线缆不能很好地连接，会影响到系统脉冲指令传递的准确性，当指令对执行电机起作用时，会形成失步误差。这类误差的特点是：时有时无，因此，当有时没有加工误差时，应仔细检查所有电缆接头的连接情况，以消除电缆连接不良造成的加工误差。

4.2脉冲编码器存在故障

当主轴需要联动或进给时，脉冲编码器发出脉冲指令执行，并作用于进给电机。在此过程中，如果主轴与编码器连接不良，编码器盘损坏，则产生的脉冲指令异常，导致乱牙等错误。为了避免这种错误，我们应该仔细检查编码器本身的完整性以及布线的合理性和安全性，从而消除这种错误的原因。

4.3电机驱动放大器或数控系统的工作环境温度过高

电机驱动放大器和数控系统都属于电子产品，对工作环境有--定的温度要求，而且都配有风扇，用于冷却。但是，当风机出现故障或其他原因导致驱动器或系统工作环境温度过高时，就很难保证正常运行，从而导致误差的形成。一般来说，这种类型的误差在长时间工作后，加工误差会有明显的增加，而在机床停机后，经过一段时间的再运转，加工误差会有明显的减少。从而可以据此判断出这些误差的来源，进而有针对性地对风机进行维护、更换以及其他温度影响因素的检测。

4.4不当的参数设置

在数控系统中，一些参数设置不当会导致加工误差的产生。当设定G0O指令时，如果设定的速度参数太大，将会导致电动机在停机时因失步变大而产生误差。另外，如果编码器波特率参数设置不当，会导致螺纹加工中出现螺纹误差。所以，为了避免这类误差，必须按要求进行严格的参数设置，使这类误差保持在最低限度。

5机械故障与丝杆间隙的存在

机械故障和丝杆间隙的存在是经济型数控机床加工误差形成的另一个重要方面，归纳起来，包括以下三个方面：

第一，经济型数控系统运行一段时间后，丝杆螺母接头、丝杆轴向止推轴承接头和丝杆接头等部位会出现松动现象，从而形成加工误差。由于这类因素引起的加工误差一般较大，因此，当加工误差存在较大时，可将位置松动因素列入考虑范围，对连接松动等故障进行检查，并加以排除;

第二，电控旋转刀架锁紧不够或刀架夹进了异物，则会引起加工误差。为了避免这类错误，需要对刀架锁进行定期紧固，以确保刀架夹内清洁。

第三，丝杆缝隙的存在是产生加工误差的重要原因。通常，虽然经济型数控系统具有-定间隙补偿能力，但由于在切削加工过程中，由于切削力的作用，会导致刀具向间隙倾斜，从而产生加工误差。

结束语

总而言之，随着科技的发展和进步，新技术的应用还将推动经济型数控机床技术的提高、误差的减少、精度的提高，从而使数控机床的应用范围得到进一步的扩大。

参考文献：

[1]何伟.基于数控机床加工误差分析的补偿研究[J].制造业自动化，2011，54（2）：123-124.

[2]杨祖孝.提高经济型数控机床加工精度的途径[J].制造技术，2009，65（5）：57-58.