動(dòng)力卡盤對(duì)數(shù)控機(jī)床加工精度的影響
2020-12-24 來(lái)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(lái)越高，現(xiàn)有的機(jī)床附件———動(dòng)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(dòng)力卡盤對(duì)加工精度的影響，為動(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(diǎn)研發(fā)的方向之一。從機(jī)械加工領(lǐng)域的實(shí)際情況分析，大批量生產(chǎn)并不是很常見(jiàn)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(shì)，面對(duì)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(dòng)化控制的標(biāo)準(zhǔn)。 因此，需要重點(diǎn)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(shí)代，但是應(yīng)用機(jī)床來(lái)加工，最早出現(xiàn)在 18 世紀(jì)，當(dāng)時(shí)所生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(guó)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(shí)的生產(chǎn)中，雖然已經(jīng)有蒸汽動(dòng)力機(jī)的存在，但是為了防止出現(xiàn)咬缸的問(wèn)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(guó)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(guó)開(kāi)展工業(yè)革命奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，機(jī)床加工精度有了很大提升，人們也開(kāi)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(guó)的維特瓦斯，其提出的是三塊板理論。這一理論沒(méi)有任何基準(zhǔn)，進(jìn)行相互配刮，同時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)出現(xiàn)，給各個(gè)領(lǐng)域都產(chǎn)生了比較大的影響， 此時(shí)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(dòng)化控制水平，加工精度也得到很大的提升。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)床可以實(shí)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(cè)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(jì)算機(jī)來(lái)模擬人腦思維過(guò)程，可以通過(guò)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(cuò)誤可以及時(shí)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(shí)施的方案，可以有效地促進(jìn)機(jī)床加工精度的提升。
2 、動(dòng)力卡盤對(duì)于數(shù)控機(jī)床加工精度的影響
對(duì)于理想的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，其應(yīng)該確保在各個(gè)時(shí)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(huì)因?yàn)榭ūP的夾持沒(méi)有達(dá)到要求而導(dǎo)致精度不足， 這就是我們所說(shuō)的夾持精度，主要包含自定心精度、圓柱度、圓度等方面。對(duì)于環(huán)形的工件來(lái)說(shuō)，其圓度誤差如果超出標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致夾緊力超出標(biāo)準(zhǔn)而出現(xiàn)工件變形的情況。
動(dòng)力卡盤是整個(gè)數(shù)控機(jī)床自定心的工件， 如果存在誤差，很可能是因?yàn)槟p、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(gè)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(dòng)的情況，導(dǎo)致誤差的存在，影響加工精度。因?yàn)閯?dòng)力卡盤精度分析和精度檢驗(yàn)非常重要，是實(shí)行質(zhì)量控制的主要環(huán)節(jié)， 因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)動(dòng)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(duì)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(dòng)力卡盤的夾緊力在加工環(huán)節(jié)是保持恒定的，不會(huì)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(shí)就會(huì)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(dòng)力卡盤動(dòng)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?yàn)轵?qū)動(dòng)力輸入一側(cè)的卡盤在運(yùn)行中是保持固定不動(dòng)的。 手動(dòng)卡盤會(huì)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(dòng)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(huì)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(jì)算時(shí)沒(méi)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(dòng)力卡盤的運(yùn)動(dòng)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(dòng)力卡盤在運(yùn)行中不會(huì)出現(xiàn)偏差過(guò)大的情況，提升總體的加工精度水平。
2.2 減小傳動(dòng)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(gè)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(huì)有滑動(dòng)，弧形滑塊在滑槽內(nèi)要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，卡盤緊固在法蘭盤上會(huì)有徑向竄動(dòng)量，這就存在間隙，都會(huì)導(dǎo)致誤差，如果累積到一起就會(huì)造成徑向圓跳動(dòng)情況的出現(xiàn)。隨著數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，磨損會(huì)增加，各個(gè)結(jié)構(gòu)部位的間隙也會(huì)明顯增大，這就導(dǎo)致定心誤差的存在。此時(shí)，需要選擇合適的處理方式來(lái)消除間隙，或者通過(guò)補(bǔ)償方式避免間隙的影響。
2.3 減小卡盤磨損影響
動(dòng)力卡盤在運(yùn)行中，極易出現(xiàn)磨損，比如工字槽磨損、卡爪前端磨損等。無(wú)論是哪個(gè)部分出現(xiàn)磨損都會(huì)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(yùn)行維護(hù)中，必須要減小卡盤磨損的影響，消除動(dòng)力卡盤所存在的誤差問(wèn)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(yǔ)
數(shù)控機(jī)床自研發(fā)和應(yīng)用以來(lái)， 其加工精度就成為人們研究的重點(diǎn)， 主要是對(duì)主軸精度與動(dòng)力卡盤夾持精度的關(guān)系展開(kāi)重點(diǎn)分析。主軸的加工精度逐步提升，配合精度也會(huì)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(dòng)力卡盤作為主要的夾持部件，容易在加工中出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致精度無(wú)法提升。 本文從實(shí)際出發(fā)，重點(diǎn)分析動(dòng)力卡盤對(duì)于數(shù)控機(jī)床加工精度的影響，同時(shí)總結(jié)出可行的措施，希望可以應(yīng)用到實(shí)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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