数控机床精度评估技术

数控机床精度评估技术（精选三篇）

数控机床精度评估技术 篇1

1 数控机床加工精度与装配预紧之间的关系

机床的装配, 多以螺栓来对各个零部件进行联接, 对螺栓拧紧, 使螺栓预先在力的作用下具有承受工作载荷的能力, 而这个预先施加的力即为预紧力。合适的预紧使零部件直接联接更加紧密, 有效的提高零部件之间联接的可靠性和稳定性。预紧力过小, 联接部件之间在运行载荷的过程中就会产生缝隙或者发生一定的位移, 造成零部件联接的位置发生松动甚至脱落, 严重的会造成机床运行障碍发生停机。过大的预紧力会造成零部件发生变形, 降低零部件的使用耐久性, 加速磨损, 甚至造成零部件的直接损坏。因此, 为了保证数控机床的加工精度, 首先就要从装配方面着手, 对装配质量加以控制, 采用合适的预紧。

数控机床在装配的过程中存在多处需要施加预紧的部位, 预紧操作是否恰当, 对机床主轴的回转精度、部件运行精度都有直接的影响。对一个普遍的数控机床来说, 在装配预紧中主要存在以下几个重点部位, 即:主轴轴承的预紧、滚珠丝杠的整体预紧和支承轴承的预紧、滑轨固定的预紧、重要零部件联接出的预紧等。对这些关键部位在预紧力方面有严格的要求, 直接关系到机床整体的装配质量和加工精度。实际装配过程中, 我们往往对预紧不够重视, 对预紧力和预紧量没有具体的数值来将其量化, 多靠日常积累的经验来施加预紧力。这样装配通常会造成机床零部件装配上预紧力不均匀, 即使是由同一个人来进行整机的装配, 在预紧力方面也是存在差异的, 如果是不同的装配人员来操作, 差异会更加明显。因此, 对于关键部位的预紧, 对预紧力进行量化, 各部位的预紧达到统一的标准, 会有效的提高装配精度。

2 数控机床精度装配预紧技术的实施

2.1 主轴轴系预紧

参见图1, 对于主轴轴系的预紧, 必须严格控制预紧力的大小, 预紧力过大, 会加快轴承升温的速度, 降低使用寿命, 而且容易出现“咬死”的故障, 造成主轴系统的损坏。对主轴轴系适当的预紧不仅要保证轴承有适宜的游隙存在, 更要对主轴的回转精度有所提升。因此在锁紧螺母的位置预紧力的要求很高, 首先要得到准确的轴向游隙, 根据主轴转速、承载力以及轴承直径等条件对轴向预紧力加以确定, 在根据扭矩系数, 预紧力以及螺纹直径等参数计算出拧紧扭矩。根据计算结构设定扳手扭矩值, 对锁紧螺母进行拧紧。对于主轴后支承轴承的预紧, 根据切削力、转速等条件结合工况对温度升高状态下主轴的伸长量进行计算, 然后根据综合参数在保障适宜的轴向游隙的前提下确定预紧力, 同时计算出拧紧扭矩。

2.2 丝杠支承预紧

为了保证滚珠丝杠在运行过程中的加工精度, 首先选择度符合要求的任意配对组合的角接触球轴承组作为丝杠的支承轴承, 这样对于轴向间隙的调整也比较有利。对于预紧力的控制方面, 参考机床在执行加工任务时的运转工况, 以及其所具有的承载能力, 结合实际的工作经验来确定最终的预紧力, 然后根据各项参数对拧紧力矩加以计算, 最后对锁紧螺母进行预紧。

2.3 线性导轨预紧

线性导轨的预紧包括导轨预紧和滑块预紧, 首先对导轨副的型号加以确定, 根据产品说明中标示的螺钉拧紧力矩对导轨副进行预紧即可。但是如果在产品说明中没有对拧紧力矩进行标示, 则可参考行业推荐标准, 在结合实际工作经验, 对紧固螺钉的拧紧力矩进行控制。也可以根据先骨干的零部件模型, 对导轨的运行工况和载荷进行模拟, 利用有限元辅助软件对拧紧力矩进行分析和计算。

2.4 重要联接处的预紧

任何一台机床都必然存在重要零部件的联接, 一般采用螺栓或者紧固螺钉进行零部件的联接, 要对这些关键的联接处进行预紧力的合理控制, 对于零部件能否稳定运行以及其所具有的承载能力的大小都有直接的影响。对此, 可根据机床的实际加工运行的情况以及在执行加工任务是联接处零部件所承受的载荷情况采用合适的拧紧力矩对部件进行紧固, 保证联接处的可靠性和稳定性。在预紧力大小的控制方面可参考行业推荐标准, 配合专业数据, 必要时也可通过有限元软件的计算, 选取恰当的预紧力。

3 结语

数控技术装配过程中预紧力的大小对于机床加工精度具有重要的影响, 机床的装配人员必须对预紧力的合理性予以充分的重视。对于螺栓的紧固操作, 必须采取简单、稳妥和符合实际的方式达到螺栓预紧的目的。

摘要：加工制造业的飞速发展, 促进了机床加工精度的不断提高, 从多年的机床加工实践来看, 数控机床加工精度的控制不仅与机床本身的结构和性能有关, 而且机床在装配过程中, 装配质量对机床加工精度也有着重要的影响。对零部件的装配合理的控制预紧力和预紧量, 可以有效的提高零部件的载荷能力, 从而在加工运行的过程中保证良好的工作状态。本文对数控机床精度在装配方面的预紧技术进行研究和探讨, 旨在提高机床装配的质量, 进而提高数控加床的加工精度。

关键词：数控机床,精度,装配,预紧

参考文献

[1]王海涛, 李初晔.基于力学分析的主轴轴系结构优化设计[J].制造技术与机床, 2012.

数控机床精度评估技术 篇2

关键词：离心压气机叶轮五轴数控加工技术

1 离心压气机的叶轮五轴数控加工工艺分析

1.1 加工顺序

1.1.1 粗加工流道：首先，因为流道中间很窄，而出口和进口部位很宽，因此，为提升加工的效率，在粗加工时可将流道分为三段，并在宽处和窄处分别使用直径较大和较小的刀。其次，因为流道深度很大，所以在铣削时要分若干层来进行，并且对每层切削的深度进行控制。

1.1.2 精加工叶片曲面：为使加工质量得到保证，一定要对刀具切削特点加以考虑，加工时采用顺铣方式。

1.1.3 精加工轮毂曲面：从入口进刀，按照由下至上的形式把流道按照流线方向进行加工。根据图纸要求将轨迹之间的最大残留高度的最大轨迹数得出。

1.2 加工方式及其刀具

1.2.1 加工方式。对叶轮不同曲面采用不同加工形式，对直纹面叶片使用侧铣加工，对轮毂曲面使用端铣加工。

1.2.2 加工刀具。在进行叶轮数控加工时可采用多种刀具，运用较多的则为圆锥球头铣刀、圆环面立铣刀、圆柱平底立铣刀、圆柱球头铣刀，为使加工效率得到提升，也可使用一些特殊的铣刀对其加工。与此同时，根据被加工叶轮材料的不同，需使用不同的刀片材料，通常情况下这些刀片材料由硬质合金、高速钢等材料制造而来。除此之外，对刀具参数进行合理选择也非常重要。为使加工效率以及刀具刚度得到提升，可按照叶片流道大小的不同尽可能选取直径大的粗加工铣刀。为使加工精度和刀具刚度得到提升，在对流道与叶片进行精加工时，可采取直径相对小的球头锥度立铣刀。

1.3 路径生成方式 叶轮加工绝大多数时间都是被轮毂曲面粗加工占据了的，所以，对刀具路径的生成形式进行合理设计，对提高叶轮加工效率的意义是重大的。粗加工轮毂曲面时，可使用不同刀具路径生成形式。其中就包括外援等距生成形式、轮毂等距生成形式、等参数生成形式。等参数形式下的刀具路径在加工时切削连续，但其加工效率低。另两种形式加工效率则要高些，并且切削路径的长度也比较短。

2 离心压气机的叶轮五轴数控的加工误差分析

2.1 机床误差 在机床运动中所形成的误差便是机床误差，就包括机床的热变形和几何误差，以及伺服系统、插补器的跟随误差等。下面就插补误差进行简要介绍：依照理论而言，当刀具在相邻两刀位间运动时，刀心需走一条直线，假如不改变刀具的刀轴方向，而只有三轴联动，这时刀心所走过的直线为同一条，但如若改变刀轴方向，那么此时尽管控制系统是进行的线性插补，但事实上刀心与工件所走的是曲线而非直线，于是便形成插补误差。

2.2 工艺误差 此项误差主要是指让刀误差，它是在切削时，零件或刀具受到切削力而产生变形，最终导致加工误差的形成，此变形包含零件变形和刀具变形。在加工叶轮时，因为两片叶中间有宽度很小的通道，并且深度又很大，所以采用的刀具必须属于细长型的，并且刚度还不能太大，不然极容易在加工时出现变形，进而造成刀具前后端出现让刀量差异，它的最终结果便是导致叶片的根部型值产生改变。除此之外，由于叶轮叶片很薄，在进行加工处理时容易产生形变，进而对叶轮加工精度产生影响，导致实际加工型值与理论编程不一致。

2.3 侧铣加工误差 因为此叶轮的叶片曲面属于不可展直纹面，但它又不同于可展直纹面的加工，因为它端点位置的两法矢不相同，所以，使用侧铣加工便会导致出现过切现象，此外，过切量受两法矢和刀具半径间夹角的影响。根据几何理论可知，可展直纹面采用圆柱铣刀进行侧铣加工时，它的接触线属于直线，假如是不可展直纹面，那么它的接触线便是曲线，在加工时便会出现过切的情况。

2.4 其它加工误差 其余形式的加工误差，包括工件装夹时形成的同轴度误差及三维建模时产生的曲面模型逼近误差等。

3 离心压气机的叶轮五轴数控的加工试验

3.1 分析叶轮数控加工的工艺 伴随三元流技术和计算机技术的发展应用，叶轮的叶片形状愈发复杂，要想完成此项工作就必须使用五坐标数控加工。现以315mm直径的分流长短叶片离心压气机的叶轮为例，它的数控加工工艺包括如下工序：

3.1.1 粗加工叶轮：对相邻叶片间的流道进行分区、分层粗铣。

3.1.2 精加工和清根加工叶轮：叶型的清根加工和精加工都是在一次加工过程中完成的，它包含短叶片吸力面、短叶片压力面、长叶片吸力面、长叶片压力面精加工和轮毂曲面的精加工。

3.2 压气机叶轮的三维建模 在叶轮的数控程序中，使用曲面模型来生成刀具的轨迹，先对典型零件的叶轮实行曲面建模，然后按照求教算法和曲面等距，将叶轮刀位数据得出。在对叶轮零件实行曲面建模时，需遵循点到线到面的规则，然后再对几何建模过程加以确定。①对旋转曲面加以利用，使叶片曲面外的表面得以生成。②对样条曲线命令加以利用，使直纹曲面的叶片准线得以生成。③对直纹曲面命令加以利用，使叶片曲面得以生成。④对阵列命令加以利用，使其它叶片得以生成，从而使叶轮曲面模型能够保持完整。经由上述几何建模过程对叶轮曲面模型加以绘制，在进行叶轮的加工仿真时使用零件实体模型，在进行曲面模型的建模时，经由布尔运算和曲面缝合等操作，便能使叶轮的实体模型得以生成。

3.3 叶轮数控加工的计算机仿真 要想确保叶轮数控的加工质量就必须保证生成刀具的轨迹是合理的。在数控加工复杂零件时，运用编程工具形成的加工程序在加工中有无过切，选用的刀具和工件有无彼此干涉，走刀线路合理与否等状况都是编程人员不能事先预料到的。零件加工过程可通过刀位仿真来实现，并且它还能对刀位轨迹合理性进行检查。在仿真之前需要先处理文件，确保刀位的格式要求与文件相符。

3.4 机床试切的加工试验 为对刀具轨迹的生成算法和后处理算法准确性加以验证，可使用石蜡模型来进行试加工实验。首先，对加工坐标系进行选择。因为压气机的叶轮关于回转轴对称，所以叶轮装夹位置为C轴回转轴和叶轮回转轴同轴。如此一来，便只需对流道加工程序进行编写，接着对C轴转角度数的设置加以调整，如此便能将其他流道加工出来了。所以，在进行编程时，需选取叶轮回转轴和Z轴同轴的坐标系。其次，刀位文件的后处理。在确保刀具路径无误之后便可对刀位文件实行后处理，并获取数控程序。然后再对叶轮短叶片及其相邻长叶片数控程序实行试切验证。通过测量可知，加工出的叶轮与设计精度要求相符。结果表明，所提出方法在叶面质量和加工精度上都起到了一定的改善作用，同时也将五轴数控的优势充分发挥出来了，从而使五轴数控机床加工的潜能得到了进一步提升。

4 结语

五轴数控加工作为数控加工中极为重要的研究方向，它也是制造领域非常重要的研究内容。通过以离心压气机的叶轮作为出发点，对五轴数控加工技术进行了一番研究。其研究内容包括：三维建模、后处理、工艺分析、误差补偿和分析。文中就其实现方式进行了大致论述，并在软件基础和实践中对其算法的有效性和正确性进行了一番验证。

参考文献：

[1]贾伟斌.压气机叶轮五轴联动数控加工技术的研究[J].内燃机车，2010，07:12-15+44+1.

[2]王秋鹏，刘宏利，顾天胜.压气机叶轮五轴联动数控加工技术探析[J].新技术新工艺，2012，10:31-33.

[3]熊江.压气机叶轮五轴联动数控加工技术[J].湖南农机，2013，

01:82-83.

[4]王福元.整体叶轮叶片型面数控电解精加工的若干关键技术研究[D].南京航空航天大学，2012.

[5]曾巧芸.整体叶轮五轴数控加工刀具轨迹规划与仿真[D].南京航空航天大学，2012.

[6]张剑.整体叶轮五轴数控铣削技术研究[D].湖南大学，2012.

高精度、高效率数控加工技术的研究 篇3

数控加工技术被广泛的应用在各行各业的加工制造中, 对于航空、汽车、和医疗等多种行业的发展起着至关重要的影响。由于效率和质量是制造技术的研究重点, 所以, 高精度、高效率的数控加工技术也成为了数控加工行业发展的方向。目前, 在精度方面, 超精密数控机场的精度可达约0.05um。在效率方面, 一些数控加工机场的空运行速度已达100m/min左右。然而, 由于数控加工技术需求的不同, 目前已衍生出了各式各样的数控加工技术。因此, 本文就实现高精度和高效率的数控加工关键技术进行了研究。

1 高精度数控加工的关键技术研究

1.1 数控机床的误差补偿技术

数控加工机床产生误差的阶段有两个, 一是在机床的设计制造阶段, 二是在机床的加工运行阶段。在设计和制造阶段, 只能采用误差预防的技术进行数控机床的误差补偿。然而受到技术和经济的影响, 该阶段的误差产生几乎难以避免。所以, 人们主要采用误差补偿技术来进行数控加工机床的误差补偿, 从而实现数控机床的高精度运行。误差补偿技术的运用, 是在不改变设备制造精度的情况下, 进行设备运行的误差补偿的。采用该种方法进行误差的补偿, 既可以使设备实现较高的精度, 又可以降低误差修正的成本。因此, 就现阶段来看, 误差补偿技术是被广泛应用的实现数控加工高精度运行的关键技术[1]。

1.2 误差补偿技术的实现

误差补偿技术的实现, 需要通过对设备加工过程中的误差来源进行分析, 并且要做好误差量的监测, 从而进行误差的补偿。一方面, 影响设备加工精度的误差源有很多, 技术人员必须全面的进行误差源的分析。比如机床的机构几何误差、热误差等引起的刀具与工件之间的位置偏差。另外, 刀具磨损变形、夹具变形和系统检测误差等多种形式的误差, 都会对设备的运行产生一定的影响。另一方面, 误差量的测量是误差补偿技术实现的关键。为了保证设备的高精度运行, 必须对所有误差因素在各种情况下的误差量进行测量。就目前而言, 误差的测量主要依靠于误差测量仪器, 该仪器不仅能实现单个误差因素的测量, 还能实现综合误差因素的测量。相比较而言, 单项误差测量较为容易实现, 而综合误差因素的测量则较为困难。就目前而言, 出于技术条件限制, 机床各项误差指标的测量比较困难, 但是机床位置精度和重复位置的精度监测比较容易实现。最后, 误差补偿是提高设备精度的主要途径。现阶段, 实现误差补偿的途径有两种, 一种是直接提高机床的装配精度, 二是利用编程技术提高设备运行的精度。相比较来看, 第一种方法的成本较高, 且容易受到精度等级的制约。而第二种技术较为容易实现, 且成本较低。所以, 软件补偿技术是实现数控加工误差补偿技术的主要途径[2]。

2 高效数控加工的关键技术研究

就现阶段而言, 五轴联动数控加工技术和CAM技术是实现高效率数控加工的关键性技术。但是相较而言, 五轴联动数控加工技术受价格和结构复杂等多种因素的影响, 没有得到类似CAM技术一样的广泛应用。

2.1 五轴联动数控加工技术

应用五轴联动数控加工技术的设备需要至少五个坐标轴, 并且需要在计算机的控制下进行材料的加工。五轴联动数控加工技术之所以具有高效性的特点, 是因为它具有以下几种优势。首先, 一般的数控加工技术很难一次性完成的某一复杂材料的加工, 都可以利用该技术一次性完成。在这种情况下, 材料加工的效率得到了极大的提升。其次, 该技术的使用可以有效提升曲面加工的效率。采用一般的数控加工技术时, 由于设备的刀具在加工过程中不能再次调整, 很难实现效率较高的曲面切削。在切削效果难以保证的情况下, 只能人工进行曲面的修补, 从而导致曲面加工效果较低。而采用五轴联动数控加工技术, 可以随时进行刀具的调整, 从而实现曲面的高效切削。再者, 该技术可以一次性完成工件的夹装。传统数控机床在进行工件加工时, 需要采用多台设备, 并经过多次定位安装才能完成该工件的加工。但是五轴联动数控加工技术可以实现工件一次性加工, 从而使设备的加工效率得以大大的提升。

2.2 CAM技术

CAM技术是计算机辅助制造技术的简称, 其基本理念是在计算机的辅助下, 进行产品的设计和制造。早于上世纪60年代, 该技术就已经产生。直到现在, 该技术已经被广泛的应用于电子和机械行业的制造生产领域, 并大大提高了制造行业的生产效率。CAM技术在数控加工中的应用, 使得数控加工技术向着高自动化的方向发展着, 从而使数控加工的效率得以进一步的提高。使用该技术进行数控加工, 可以使设备的软硬件得以更好的结合。因为, 采用该技术进行数控编程时, 可以将夹具和刀具等多种因素考虑进去, 并且可以完成数控加工过程的模拟和仿真。而技术人员则可以根据仿真的效果, 来进行加工坐标的调整, 从而实现数控设备的高效加工。

3 结论

数控加工技术的高精度和高效率加工效果的实现, 还需要经过人们不断的开发和研究。目前, 导致数控机床产生误差的因素仍然有很多, 只有找出导致误差存在的因素, 并对该因素进行有效的补偿, 才能实现数控加工的高精度加工效果。而受到数控编程复杂性和刀具运行路径选择的影响, 数控加工技术的效率被限制在一定的范围内。也只有对这些工艺参数进行更加深入的研究, 才能够实现数控加工设备的高效率运行。

摘要：随着我国经济和工业的快速发展, 为满足机械生产加工的高性能和高可靠性等多方面的需求, 材料加工与制造已经向着大型化、复杂化以及材料多元化的方向发展。在这种情况下, 高精度、高效率的数控加工技术已经成为了数控技术的主要发展方向。尤其是在航空、航天等科技含量较高的行业中, 高精度、高效率的数控加工技术的研究已经成为了这些行业学者研究的重点。基于这种认识, 本文对高精度、高效率的数控加工技术进行了研究, 从而为关注这一话题的人们提供一些参考。

关键词：高精度,高效率,数控加工技术

参考文献

[1]彭健钧.基于特征的复杂工件数控加工关键技术研究[D].中国科学院研究生院, 2012.