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動力卡盤對數(shù)控機(jī)床加工精度的影響

2021-5-12 來源：焦作市技師學(xué)院作者：秦偉

摘要：數(shù)控機(jī)床主軸的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，目前其轉(zhuǎn)速要求越來越高，現(xiàn)有的機(jī)床附件———動力卡盤與主軸的高轉(zhuǎn)速形成了矛盾，其中安全和精度是首先要考慮的因素，分析動力卡盤對加工精度的影響，為動力卡盤的高速化提供參考，也為提高數(shù)控機(jī)床高速切削下的加工精度提供解決途徑。

關(guān)鍵詞:動力卡盤；數(shù)控機(jī)床；加工精度；影響分析

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)全面發(fā)展，對于機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和精度要求逐步提升，機(jī)械加工環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化控制就是提升加工質(zhì)量的重要方式，所以也是人們重點研發(fā)的方向之一。從機(jī)械加工領(lǐng)域的實際情況分析，大批量生產(chǎn)并不是很常見的，而現(xiàn)代加工更是以小批量、單件生產(chǎn)作為主要的形式，尤其是船舶、航天等領(lǐng)域中，不僅要求加工質(zhì)量高，而且很多都是小批量、多樣化的生產(chǎn)，這就需要數(shù)控機(jī)床發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，面對復(fù)雜的零部件也能夠提高加工的質(zhì)量和水平，促進(jìn)加工精度的提升，達(dá)到完全自動化控制的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要重點研究數(shù)控機(jī)床的加工精度，以更好地促進(jìn)機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。

1、機(jī)床加工精度的發(fā)展演變

切削作為機(jī)械加工方式，其發(fā)展歷史是比較悠久的，特別是磨削，最早可以追溯到上古時代，但是應(yīng)用機(jī)床來加工，最早出現(xiàn)在 18 世紀(jì)，當(dāng)時所生產(chǎn)出來的機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，并不具備拖板、進(jìn)給絲杠等結(jié)構(gòu)部分。在 19 世紀(jì)中，英國已經(jīng)生產(chǎn)出通用機(jī)床，使得工業(yè)發(fā)展更加的迅速。在當(dāng)時的生產(chǎn)中，雖然已經(jīng)有蒸汽動力機(jī)的存在，但是為了防止出現(xiàn)咬缸的問題，必須要將氣缸與活塞間隙控制在 5 mm 以下，所以限制了工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展。隨著機(jī)床加工工藝的提升，英國所生產(chǎn)的機(jī)床就已經(jīng)可以將氣缸與活塞的間隙下降到 2 mm，有效地促進(jìn)蒸汽機(jī)性能的提升，為英國開展工業(yè)革命奠定了堅實的基礎(chǔ)。

經(jīng)過多年的發(fā)展，機(jī)床加工精度有了很大提升，人們也開始全面重視這一領(lǐng)域的研究。最早提出精密加工的是英國的維特瓦斯，其提出的是三塊板理論。這一理論沒有任何基準(zhǔn)，進(jìn)行相互配刮，同時建立了比較高精度的直尺、角尺等基準(zhǔn)件，使得加工精度得到了比較大的提升。

發(fā)展到 20 世紀(jì)之后，計算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)，給各個領(lǐng)域都產(chǎn)生了比較大的影響，此時所研發(fā)出的數(shù)控機(jī)床有了顛覆性的發(fā)展，其不僅可以提升機(jī)床加工自動化控制水平，加工精度也得到很大的提升。計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)床可以實現(xiàn)在線補(bǔ)償，該技術(shù)并不需要事先進(jìn)行誤差值的測量就能夠?qū)崿F(xiàn)精度的提升。當(dāng)前人們提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理念，就是利用計算機(jī)來模擬人腦思維過程，可以通過自主學(xué)習(xí)掌握一些技能，也就是在機(jī)床加工中如果存在錯誤可以及時地改進(jìn)和糾正，并且分析誤差形成的規(guī)律，然后總結(jié)出補(bǔ)償實施的方案，可以有效地促進(jìn)機(jī)床加工精度的提升。

2、動力卡盤對于數(shù)控機(jī)床加工精度的影響

對于理想的數(shù)控機(jī)床來說，其應(yīng)該確保在各個時刻內(nèi)工件軸線和車床主軸中心線都是重合的，從而可以使工件形位精度達(dá)到要求。工件的形狀和位置會因為卡盤的夾持沒有達(dá)到要求而導(dǎo)致精度不足，這就是我們所說的夾持精度，主要包含自定心精度、圓柱度、圓度等方面。對于環(huán)形的工件來說，其圓度誤差如果超出標(biāo)準(zhǔn)，就會導(dǎo)致夾緊力超出標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)工件變形的情況。

動力卡盤是整個數(shù)控機(jī)床自定心的工件，如果存在誤差，很可能是因為磨損、卡爪夾持表面存在形狀誤差等。導(dǎo)致圓形零部件出現(xiàn)誤差的一個非常重要的因素就是卡盤夾持的剛度比較小，工件在加工中出現(xiàn)了傾斜、偏移或者移動的情況，導(dǎo)致誤差的存在，影響加工精度。因為動力卡盤精度分析和精度檢驗非常重要，是實行質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對動力卡盤的分析，保證卡盤制造、安裝精度。

2.1 分析夾緊力損失

夾緊力損失對于數(shù)控機(jī)床最終加工精度有著直接的影響，是非常關(guān)鍵性的影響因素。理想條件下，液壓動力卡盤的夾緊力在加工環(huán)節(jié)是保持恒定的，不會變化;但是卡爪在離心力的影響下，其夾緊力伴隨著轉(zhuǎn)速的增大而逐步的下降，此時就會導(dǎo)致夾緊力損失比較嚴(yán)重。新加坡的 Rahman 進(jìn)行深入的楔形動力卡盤動態(tài)夾緊力的研究，然后建立了如下的模型：

該模型能夠進(jìn)行深入分析，主要是因為驅(qū)動力輸入一側(cè)的卡盤在運行中是保持固定不動的。手動卡盤會有一定的自鎖功能，能夠保證模型分析可以順利的進(jìn)行。但是目前所應(yīng)用的楔形動力卡盤并未有自鎖功能，即使是回轉(zhuǎn)油缸中利用液壓鎖自鎖，油液的壓縮性也會導(dǎo)致該模型不能進(jìn)行有效的分析。此外，該模型進(jìn)行計算時沒有分析摩擦力的影響，所有體積力都作為集中力進(jìn)行處理，造成模型精度比較差，難以滿足分析的要求。

要想促進(jìn)動力卡盤的運動精度提升，就要全面地提升核心部件的精度，保證形狀精度、位置精度、幾何精度都要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，從而使動力卡盤在運行中不會出現(xiàn)偏差過大的情況，提升總體的加工精度水平。

2.2 減小傳動與嚙合間隙

以三爪自定心卡盤作為案例進(jìn)行分析，其各個結(jié)構(gòu)部分都是間隙配合的。比如卡爪工字槽和卡盤殼體會有滑動，弧形滑塊在滑槽內(nèi)要進(jìn)行轉(zhuǎn)動，卡盤緊固在法蘭盤上會有徑向竄動量，這就存在間隙，都會導(dǎo)致誤差，如果累積到一起就會造成徑向圓跳動情況的出現(xiàn)。隨著數(shù)控機(jī)床運行時間的延長，磨損會增加，各個結(jié)構(gòu)部位的間隙也會明顯增大，這就導(dǎo)致定心誤差的存在。此時，需要選擇合適的處理方式來消除間隙，或者通過補(bǔ)償方式避免間隙的影響。

2.3 減小卡盤磨損影響

動力卡盤在運行中，極易出現(xiàn)磨損，比如工字槽磨損、卡爪前端磨損等。無論是哪個部分出現(xiàn)磨損都會導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床加工精度受到影響。從這一方面出發(fā)，在數(shù)控機(jī)床的運行維護(hù)中，必須要減小卡盤磨損的影響，消除動力卡盤所存在的誤差問題，從而可以有效促進(jìn)數(shù)

控機(jī)床加工精度的提升。

3 、結(jié)語

數(shù)控機(jī)床自研發(fā)和應(yīng)用以來，其加工精度就成為人們研究的重點，主要是對主軸精度與動力卡盤夾持精度的關(guān)系展開重點分析。主軸的加工精度逐步提升，配合精度也會非常高，主軸技術(shù)得到了很大的提升，能夠從一定程度上促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工精度的提高。但是目前數(shù)控機(jī)床加工中，動力卡盤作為主要的夾持部件，容易在加工中出現(xiàn)問題而導(dǎo)致精度無法提升。本文從實際出發(fā)，重點分析動力卡盤對于數(shù)控機(jī)床加工精度的影響，同時總結(jié)出可行的措施，希望可以應(yīng)用到實踐中，以促進(jìn)數(shù)控機(jī)床加工精度的提高，提升機(jī)械制造業(yè)水平。

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