如何保证CNC加工中心的精度


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 前言:

 

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CNC加工中心作为金属切削的重要设备,被广泛应用于航空航天、汽车制造、消费电子等领域零件的加工,随着相关领域的不断发展,对CNC加工中心的精度也提出了更高的要求,那么如何保证CNC加工中心精度的稳定性与可靠性就至关重要了。

 

本文介绍了CNC加工中心的精度及保证精度稳定性及可靠性的具体措施。

 

1CNC加工中心的精度

 

CNC加工中心的精度主要包括几何精度、定位精度和切削精度。

 

几何精度反映加工中心的关键机械零部件如床身、立柱、主轴箱、工作台等)的几何形状误差及其组装后的位置误差,包括各直线轴之间的垂直度、工作台面的平面度、主轴孔的径向跳动、主轴的端面跳动、主轴轴线与工作台面的垂直度及与各直线轴的垂直度等。

 

定位精度是指所测量的加工中心运动部件在CNC系统控制下要到达某个坐标值和实际到达的位置之间的差距大小,它与加工中心的几何精度共同对加工中心切削精度产生重要的影响,尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。可以从加工中心的定位精度判出它的加工精度。

 

切削精度是指零件加工后的几何参数(尺寸、几何形状和相互位置)的实际值与理想值之间的符合程度。

 

2保证CNC加工中心精度的具体措施2 J从设计出发

 

1)尽量减少传动链。尽量减少机械传动的滚珠丝杠副、齿轮传动、皮带传动等传动方式,由于采用机械传动链会产生反向间隙。反向间隙的存在就会影响到加工中心的定位精度和重复定位精度,从而影响产品的加工精度。如果必须采用机械传动副,需对滚珠丝杠和轴承进行预紧,消除齿轮、蜗杆等传动件的间隙等措施来提高进给精度和刚度。

 

优选直接驱动方式,如采用直线电机驱动直线轴,采用力矩电机驱动回转轴(如电主轴、力矩转台、直驱摆头的应用),减少机械传动链,实现零传动。

 

方零件结构优化设计。床身、立柱、工作台、主轴箱等作为CNC加工中心的基础结构件,须对其进行静、动刚度、抗振性分析及拓扑优化设计等研究,在保证刚度的前提下,尽量减重,提高固有频率。为了减小铸件或焊接结构件的应力变形,可采用大理石床身、立柱等代替金属结构件,大大提高加工中心的刚性。因为大理石线膨胀系数小,不受周围环境变化的影响,消除振动的性能比较好。

 

沒检测技术。尽量采用闭环控制,对直线轴增加光栅尺,提高直线轴的定位精度。旋转轴增加编码器,如转台增加角度编码器,提高转台的定位精度。也可增加在线检测技术,如工件检测、刀具检测等。

 

4润滑。采用的轴承、齿轮、导轨都需要润滑。良好的润滑能够减少运动部件之间的摩擦因数,降低部件的温度,防止零件热变形,对于提高加工中心加工精度、延长加工中心使用寿命等都有着十分重要的作用。

今冷却。设计合理的冷却方式,当零件加工时,对刀具或工件喷淋冷却液,带走切削热,降低工件的热变形。

3功能部件选型。选择合适的功能部件,如选用精度等级高的滚珠丝杠,可减小丝杠导程误差对加工中心加工精度的影响。选用精度等级高的轴承可提高回转部件的精度,提高主轴及转台的定位精度及重复定位精度。

2.2从制造出发

1)保证零件加工精度。零件通过结构优化设计后,需要对其进行加工制造,需要合理的安排加工设备、编制合理的加工工艺,选用合理的刀具及切削液,按图纸技术要求实现零件的加工,保证零件的图样精度。对导轨安装面、主轴箱的安装法兰与安装孔、工作台的平面度、电机座、轴承座等重要工艺特征设置关键工序,在关键工序中设置工序质量的控制点,包括控制项目、控制要求、检测方式等。

方优化装配工艺。依据图样设计要求编制部件装配工艺规程与总装配工艺规程,优化装配工艺规程;设计工装检具;对自制件及外购件进行入场检验;严格按照装配工艺流程进行操作;通过减小传动链间隙,提高加工中心刚度;采用预加载荷,消除间隙影响。重点关注重要的固定结合面与滑动结合面的接触精度,固定结合面可采用刮研的方法,提高接触面的接触率。针对滚珠丝杠定位,设计专门的检验套、检验棒,以保证滚珠丝杆的正确装配。主轴要设计专门的检验棒,检测主轴的径向跳动。

3)  伺服系统补偿技术。对组装后的CNC加工中心进行激光干涉仪检验,检测直线轴与旋转轴的定位精度与重复定位精度,依据检测数据对其进行补偿,使精度达到更高的水平。

加工中心反向间隙的补偿。加工中心传动进给的直线轴由于滚珠丝杆与螺母之间存在间隙,当进给方向发生变化时,由于配合间隙的存在,必须反向旋转回间隙角度后,丝杆才能带动螺母旋转。当测定直线插补进给反向间隙后,可在需测量的轴方向上,使用直线插补指令进给一定距离进行定位,消除反方向上的间隙误差,使丝杆及螺母紧密配合。

主轴在加工启动过程中或加工一段时间后会热伸长,影响零件的加工精度,可以通过布置传感器,进行数据采集,之后进行变形补偿,达到精度要求。

2 J从使用出发

1)合理选择切削工艺。使用加工中心时,应该优化被加工零件的加工路线、加工程序、加工刀具,合理装夹工件,设置合适的切削参数,选择合适的切削液,使加工中心的使用性能达到最佳状态。

方定期维护与保养。CNC加工中心如果要保持好的精度,需要定期进行维护与保养,定期检查加工中心的几何精度。主要包括润滑系统的定期检测,检测润滑油的油面,是否有足够的润滑油,用手指触摸润滑面处,确认有无油膜。在加工中心长期未工作的情况下,最好以手动的方式控制润滑泵动作,强制供油,达到预先润滑的目的。液压系统定期更换液压油,保证液压油清洁。气动系统定期检测从气源 [1]进入的压缩空气要经过过滤减压单元送到各个支路。其中的过滤器需要周期性的清理。冷却系统定期更换冷却液,冷却水箱内的冷却液必须保持足够,不准混入异物;冷却液必须经常更换,保持洁净;定期清洗过滤器和过滤网;冷却液品牌的更换需依据切削材质而定,且油剂变浑浊必须马上更换。

+加工中心在经过长期的运行或出现磨损,或者因某种原因产生异常情况,需要重新进行调整时,应遵守各部件的注意事项来进行调整。

3结语

综上所述,为了能够保证CNC加工中心的精度,需从设计、制造、使用三方面着手,通过结构的优化设计、先进的制造技术、合理的使用与定期的维护与保养,使用中再结合先进的在线检测技术及误差补偿技术,才能保证加工中心精度的稳定性与可靠性,加工出高精度的零件,延长加工中心的使用寿命,提升加工中心的利用率。

 


 

 

 

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