動力卡盤對數控機床加工精度的影響
2020-12-24 來源：焦作市技師學院 作者：秦偉
摘要：數控機床主軸的精度直接影響數控機床的加工精度，目前其轉速要求越來越高，現有的機床附件———動力卡盤與主軸的高轉速形成了矛盾， 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，也為提高數控機床高速切削下的加工精度提供解決途徑。
關鍵詞:動力卡盤；數控機床；加工精度；影響分析
現代科學技術全面發展， 對于機械產品的質量和精度要求逐步提升， 機械加工環節實現自動化控制就是提升加工質量的重要方式， 所以也是人們重點研發的方向之一。從機械加工領域的實際情況分析，大批量生產并不是很常見的，而現代加工更是以小批量、單件
生產作為主要的形式，尤其是船舶、航天等領域中，不僅要求加工質量高，而且很多都是小批量、多樣化的生產，這就需要數控機床發揮其技術優勢，面對復雜的零部件也能夠提高加工的質量和水平， 促進加工精度的提升，達到完全自動化控制的標準。 因此，需要重點研究數控機床的加工精度， 以更好地促進機械領域的發展和進步。
1、機床加工精度的發展演變
切削作為機械加工方式，其發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，但是應用機床來加工，最早出現在 18 世紀，當時所生產出來的機床結構簡單，并不具備拖板、進給絲杠等結構部分。 在 19 世紀中， 英國已經生產出通用機床， 使得工業發展更加的迅速。 在當時的生產中，雖然已經有蒸汽動力機的存在，但是為了防止出現咬缸的問題， 必須要將氣缸與活塞間隙控制在 5 mm 以下，所以限制了工業領域的發展。 隨著機床加工工藝的提升， 英國所生產的機床就已經可以將氣缸與活塞的間隙下降到 2 mm，有效地促進蒸汽機性能的提升，為英國開展工業革命奠定了堅實的基礎。
經過多年的發展，機床加工精度有了很大提升，人們也開始全面重視這一領域的研究。 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，進行相互配刮，同時建立了比較高精度的直尺、角尺等基準件，使得加工精度得到了比較大的提升。發展到 20 世紀之后，計算機技術出現，給各個領域都產生了比較大的影響， 此時所研發出的數控機床有了顛覆性的發展， 其不僅可以提升機床加工自動化控制水平，加工精度也得到很大的提升。計算機技術的應用使得機床可以實現在線補償， 該技術并不需要事先進行誤差值的測量就能夠實現精度的提升。 當前人們提出了神經網絡控制理念， 就是利用計算機來模擬人腦思維過程，可以通過自主學習掌握一些技能，也就是在機床加工中如果存在錯誤可以及時地改進和糾正，并且分析誤差形成的規律，然后總結出補償實施的方案，可以有效地促進機床加工精度的提升。
2 、動力卡盤對于數控機床加工精度的影響
對于理想的數控機床來說，其應該確保在各個時刻內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到要求。 工件的形狀和位置會因為卡盤的夾持沒有達到要求而導致精度不足， 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。對于環形的工件來說，其圓度誤差如果超出標準，就會導致夾緊力超出標準而出現工件變形的情況。
動力卡盤是整個數控機床自定心的工件， 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。 導致圓形零部件出現誤差的一個非常重要的因素就是卡盤夾持的剛度比較小， 工件在加工中出現了傾斜、偏移或者移動的情況，導致誤差的存在，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，是實行質量控制的主要環節， 因此應該加強對動力卡盤的分析，保證卡盤制造、安裝精度。
2.1 分析夾緊力損失
夾緊力損失對于數控機床最終加工精度有著直接的影響，是非常關鍵性的影響因素。 理想條件下，液壓動力卡盤的夾緊力在加工環節是保持恒定的，不會變化;但是卡爪在離心力的影響下， 其夾緊力伴隨著轉速的增大而逐步的下降，此時就會導致夾緊力損失比較嚴重。
新加坡的 Rahman 進行深入的楔形動力卡盤動態夾緊力的研究，然后建立了如下的模型：
該模型能夠進行深入分析，主要是因為驅動力輸入一側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行。但是目前所應用的楔形動力卡盤并未有自鎖功能， 即使是回轉油缸中利用液壓鎖自鎖， 油液的壓縮性也會導致該模型不能進行有效的分析。此外，該模型進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、幾何精度都要達到標準的要求， 從而使動力卡盤在運行中不會出現偏差過大的情況，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行分析， 其各個結構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，弧形滑塊在滑槽內要進行轉動，卡盤緊固在法蘭盤上會有徑向竄動量，這就存在間隙，都會導致誤差，如果累積到一起就會造成徑向圓跳動情況的出現。隨著數控機床運行時間的延長，磨損會增加，各個結構部位的間隙也會明顯增大，這就導致定心誤差的存在。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磨損都會導致數控機床加工精度受到影響。從這一方面出發，在數控機床的運行維護中，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， 從而可以有效促進數控機床加工精度的提升。
3 、結語
數控機床自研發和應用以來， 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，主軸技術得到了很大的提升，能夠從一定程度上促進數控機床加工精度的提高。 但是目前數控機床加工中，動力卡盤作為主要的夾持部件，容易在加工中出現問題而導致精度無法提升。 本文從實際出發，重點分析動力卡盤對于數控機床加工精度的影響，同時總結出可行的措施，希望可以應用到實踐中，以促進數控機床加工精度的提高，提升機械制造業水平。
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如果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯系本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
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