作者：

馮洪華， 曾增權， 鄭啟貴（珠海格力精密模具有限公司）

文章已刊載在《模具製造》月刊，版權歸作者所有，轉載請註明出處，謝謝！

【摘要】

以羅德斯機床為例， 透過不同工況因素及刀具切削力、 刀具擺動、 磨損量、 程式引數等加工精度影響因素的細緻研究， 確定各因素點的實際影響作用， 並進行精度補償， 確保消除加工影響， 達到完美精度控制。

【摘要】

關鍵詞：

關鍵詞：

超精密加工體現了工業的實力， 對於工業加工精度和穩定性的研究一直是世界加工領域的難題。在這個問題上， 現階段的加工控制方式已經取得了一定的進展， 但是在影響因素和評價方法上，依然有很多應用需要改進和完善 ［1］ 。

超精密加工；精度影響因素；精度控制

測試環境溫度對機床加工精度的影響， 在同一時間內， 從複測試定位精度， 如圖1所示。

（1） 現象分析：要實現精度要在±0。005mm的加工精度， 加工環境必需控制在恆溫22℃。

1 引言

（2） 解決方法：作以下操作， 消除冷機與熱機時的精度誤差， 如圖2所示。

注意事項：①座標的建立在工作臺中間；②根據機床行程進行更改XY的範圍。

2 測試環境溫度對機床加工精度的影響

圖1 定位精度測試

經測試， 主軸在停機啟動後預熱10s對刀後進行加工， 與預熱180s後進行對刀進行加工， 分別要同一平面上進行加工， 檢測出預熱180s後進行對刀加工的， 兩臺階相差0。005mm左右。當預熱180s後， 再曾加預熱250s， 加工出來的結果不變， 在0。001mm的範圍內。

現象分析：精加工前先預熱主軸， 確保加工過程中不會因主軸因溫度變化， 而導致到加工過程中Z方向的精度發生變化。

解決方法：採取圖3所示的方法進行補正。

圖2 消除冷熱機時精度誤差

注意：後處理出來的NC程式預設為10s， 所以程式設計員需要在NC程式中手動更改。

3 測試主軸加工發熱後， 加工精度的變化

用探頭分中過數後， 在四周加工基準， 分別檢測各臺階的值， 檢測實際加工與過數的誤差。

實際的加工過程中發現， 分中加工四周， 分別檢測四周臺階， 如果過數與加工一致的， 臺階的檢測數應該是一樣的。但是， 如圖4所示， 臺階有誤差， 分中過數的誤差達0。002～0。014mm。

圖3 補正方法

解決方法：測試臺階修正。對正和臺階的相對值， 然後按相差值進行補償：

（1） 當-0。05mm餘量加工出臺階後， 利用機床的在機檢測功能， 用光電探頭檢測四周分中的數值。

（2） 再用千分表檢測四周臺階差的對稱程度。

（3） 結合在機檢測與千分表測數來判斷本工序是否存過數誤差。當發生偏中時， 把偏中數在機床上偏置回來後， 再-0。10mm加工基準。加工完後， 從新按上述方法進行檢驗。

（4） 如果檢驗結果還是偏位， 繼續在原負量的基礎上， 再-0。05mm加工， 直至檢驗合格為止。

4 消除過數誤差

校正探頭， 在機檢測過程中探頭起到了關係性的作用， 所以探頭精度必須控制， 每一次從刀庫裡取出來都需要檢測同心度， 利用千分表進行檢測， 同心度需要效正到0。002mm的範圍內。

加工前先檢測探頭分中偏差：

（1） 先用千分表校驗探頭同軸度， 精度要求在2μm內。

（2） 再用探頭分中校正規外圓， 得出圓心位置座標值 （記錄此時探頭角度位置） 。

（3） 然後機頭歸圓心點， 用千分表手動拉表外圓，觀察圓度跳動。

（4）手動調整機頭位置點， 校正圓度跳動在3μm內。

（5） 記錄誤差值， 探頭分中後進行座標值補償。

圖4 臺階誤差

用6R0。5mm的刀具加工平面時， 如圖5所示， 正常引數會產生振刀紋。試驗更改引數後發現， 當刀具長度大於4倍， 且餘量少於0。04mm加工時， 就會產生這和現象。

5 消除檢測誤差

現象分析與解決方法：為了避免零件在加工過程中變形， 使用6R0。5mm的刀具加工， 刀具較小， 剛性不足， 所以將刀具長度按制在4倍以下， 儘可能裝短， 並調整加工引數。效果如下：

（1） 一方面，購買的刀具存在一定加工誤差， 所以當加工精密零件時， 要求現場挑選和使用精度在±0。005mm公差範圍內的刀具。

（2） 另一方面， 採用左補償的方法， 透過機床的對刀儀進行刀具的檢測， 測出來的誤差值， 再透過機床的左補償功能， 進行對刀路軌跡的補正， 從而現實對小於5°的陡峭面精度控制在±0。005mm的加工技術。

左補償的功能是新多機床都具備的， 指令是G43。但是， 以往使用時只侷限於人工手動輸入相對應的值進行補償再進行加工， 使用不方便也不夠智慧， 所以在模具加工行業基本上不用。所以提出在加工時， 進行刀具直徑的檢測後， 機床按照檢測出來的資料進行與理論值進行求差， 得出誤差值自動輸入到機床的相應的IP地址， 呼叫程式時自動執行左補償的功能， 從而現實精度控制在±0。005mm的加工技術。

經過羅德斯機床的工程師和程式設計軟體的工程師的共同努力下， 終於實現羅德斯機床的左補償功能，可以現實自動檢測刀具直徑的誤差值， 實現左補償自動補正功能。因左補償是以2D的方式進行的， 所以只對小於5°的陡峭面效果較好。數控加工刀具直徑有誤差， 要加工出超高精零件必須要半徑左補償， 但在NC裡半徑左補償有很多限制， 不然很容易出錯。

以下是左補償使用規範：

（1） 限制只有等高策略 （不能用螺旋下刀） 才能使用半徑左補償。

（2） 只能用於順銑加工。

（3） 只能用於純直身和5°以下的斜頂 （不能有R角） 。

（4） 在NC裡刀具補償的半徑選 “左” 。

（5） 所有用了左補償的刀路， 都要把程式設計公差設為0。001mm。

6 消除刀具誤差

透過以上分析可以得知， 數控超精密加工過程中， 機床自身加工精度、 刀具切削力、 刀具擺動、 磨損量、 程式引數等因素都會對超精密加工最終結果產生一定影響。因此， 提升數控加工精度應該從多個角度入手， 透過選用合理控制方法， 根據加工需求與數控機床特點， 進行合理程式設計， 從系統上提升加工精確度。此外， 實際加工路線對於數控加工機床的加工效果也有著重要影響， 刀具進退以及具體加工方式如果不得當， 都會導致加工零件達不到預期超精密加工效果。本文提出的其中幾點要素及解決方案， 希望能對同行有所幫助， 共同推進我國機加工行業健康發展。