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作者：冯洪华， 曾增权， 郑启贵（珠海格力精密模具有限公司）

文章已刊载在《模具制造》月刊，版权归作者所有，转载请注明出处，谢谢！

【摘要】以罗德斯机床为例， 通过不同工况因素及刀具切削力、 刀具摆动、 磨损量、 程序参数等加工精度影响因素的细致研究， 确定各因素点的实际影响作用， 并进行精度补偿， 确保消除加工影响， 达到完美精度控制。

关键词：超精密加工；精度影响因素；精度控制

1 引言

超精密加工体现了工业的实力， 对于工业加工精度和稳定性的研究一直是世界加工领域的难题。在这个问题上， 现阶段的加工控制方式已经取得了一定的进展， 但是在影响因素和评价方法上，依然有很多应用需要改进和完善 [1] 。

2 测试环境温度对机床加工精度的影响

测试环境温度对机床加工精度的影响， 在同一时间内， 从复测试定位精度， 如图1所示。

（1） 现象分析：要实现精度要在±0.005mm的加工精度， 加工环境必需控制在恒温22℃。

图1 定位精度测试

（2） 解决方法：作以下操作， 消除冷机与热机时的精度误差， 如图2所示。

注意事项：①坐标的建立在工作台中间；②根据机床行程进行更改XY的范围。

图2 消除冷热机时精度误差

3 测试主轴加工发热后， 加工精度的变化

经测试， 主轴在停机启动后预热10s对刀后进行加工， 与预热180s后进行对刀进行加工， 分别要同一平面上进行加工， 检测出预热180s后进行对刀加工的， 两台阶相差0.005mm左右。当预热180s后， 再曾加预热250s， 加工出来的结果不变， 在0.001mm的范围内。

现象分析：精加工前先预热主轴， 确保加工过程中不会因主轴因温度变化， 而导致到加工过程中Z方向的精度发生变化。

解决方法：采取图3所示的方法进行补正。

图3 补正方法

注意：后处理出来的NC程式默认为10s， 所以编程员需要在NC程式中手动更改。

4 消除过数误差

用探头分中过数后， 在四周加工基准， 分别检测各台阶的值， 检测实际加工与过数的误差。

实际的加工过程中发现， 分中加工四周， 分别检测四周台阶， 如果过数与加工一致的， 台阶的检测数应该是一样的。但是， 如图4所示， 台阶有误差， 分中过数的误差达0.002～0.014mm。

图4 台阶误差

解决方法：测试台阶修正。对正和台阶的相对值， 然后按相差值进行补偿：

（1） 当-0.05mm余量加工出台阶后， 利用机床的在机检测功能， 用光电探头检测四周分中的数值。

（2） 再用千分表检测四周台阶差的对称程度。

（3） 结合在机检测与千分表测数来判断本工序是否存过数误差。当发生偏中时， 把偏中数在机床上偏置回来后， 再-0.10mm加工基准。加工完后， 从新按上述方法进行检验。

（4） 如果检验结果还是偏位， 继续在原负量的基础上， 再-0.05mm加工， 直至检验合格为止。

5 消除检测误差

校正探头， 在机检测过程中探头起到了关系性的作用， 所以探头精度必须控制， 每一次从刀库里取出来都需要检测同心度， 利用千分表进行检测， 同心度需要效正到0.002mm的范围内。

加工前先检测探头分中偏差：

（1） 先用千分表校验探头同轴度， 精度要求在2μm内。

（2） 再用探头分中校正规外圆， 得出圆心位置坐标值 （记录此时探头角度位置） 。

（3） 然后机头归圆心点， 用千分表手动拉表外圆，观察圆度跳动。

（4）手动调整机头位置点， 校正圆度跳动在3μm内。

（5） 记录误差值， 探头分中后进行坐标值补偿。

6 消除刀具误差

用6R0.5mm的刀具加工平面时， 如图5所示， 正常参数会产生振刀纹。试验更改参数后发现， 当刀具长度大于4倍， 且余量少于0.04mm加工时， 就会产生这和现象。

图5 振刀纹

现象分析与解决方法：为了避免零件在加工过程中变形， 使用6R0.5mm的刀具加工， 刀具较小， 刚性不足， 所以将刀具长度按制在4倍以下， 尽可能装短， 并调整加工参数。效果如下：

（1） 一方面，购买的刀具存在一定加工误差， 所以当加工精密零件时， 要求现场挑选和使用精度在±0.005mm公差范围内的刀具。

（2） 另一方面， 采用左补偿的方法， 通过机床的对刀仪进行刀具的检测， 测出来的误差值， 再通过机床的左补偿功能， 进行对刀路轨迹的补正， 从而现实对小于5°的陡峭面精度控制在±0.005mm的加工技术。

左补偿的功能是新多机床都具备的， 指令是G43。但是， 以往使用时只局限于人工手动输入相对应的值进行补偿再进行加工， 使用不方便也不够智能， 所以在模具加工行业基本上不用。所以提出在加工时， 进行刀具直径的检测后， 机床按照检测出来的数据进行与理论值进行求差， 得出误差值自动输入到机床的相应的IP地址， 调用程序时自动执行左补偿的功能， 从而现实精度控制在±0.005mm的加工技术。

经过罗德斯机床的工程师和编程软件的工程师的共同努力下， 终于实现罗德斯机床的左补偿功能，可以现实自动检测刀具直径的误差值， 实现左补偿自动补正功能。因左补偿是以2D的方式进行的， 所以只对小于5°的陡峭面效果较好。数控加工刀具直径有误差， 要加工出超高精零件必须要半径左补偿， 但在NC里半径左补偿有很多限制， 不然很容易出错。

以下是左补偿使用规范：

（1） 限制只有等高策略 （不能用螺旋下刀） 才能使用半径左补偿。

（2） 只能用于顺铣加工。

（3） 只能用于纯直身和5°以下的斜顶 （不能有R角） 。

（4） 在NC里刀具补偿的半径选 “左” 。

（5） 所有用了左补偿的刀路， 都要把编程公差设为0.001mm。

7 结语

通过以上分析可以得知， 数控超精密加工过程中， 机床自身加工精度、 刀具切削力、 刀具摆动、 磨损量、 程序参数等因素都会对超精密加工最终结果产生一定影响。因此， 提升数控加工精度应该从多个角度入手， 通过选用合理控制方法， 根据加工需求与数控机床特点， 进行合理编程， 从系统上提升加工精确度。此外， 实际加工路线对于数控加工机床的加工效果也有着重要影响， 刀具进退以及具体加工方式如果不得当， 都会导致加工零件达不到预期超精密加工效果。本文提出的其中几点要素及解决方案， 希望能对同行有所帮助， 共同推进我国机加工行业健康发展。