超精密车床环形波纹问题的解决方案一例余纬任违(中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳621900)摘要:列举了车削加工可能产生环形波纹的原因并逐一排除，详述了最终解决环形波纹问题的动态性能调试过程。关键词:车削;环形波纹;振荡;增益:TG519.3文献标识码:AOneinstanceofthesolutionaboutannularrippleproblemoftheultraprecisionlatheYUWei，ＲENWei(InstituteofMachineryManufacturingTechnology，ChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，CHN)Abstract:Thispaperlistspossiblereasonsfortheannularcorrugationandruledoutonebyone，thedynamicper-formanceofthefinalprocessdebuggingtosolvetheproblemofcircularcorrugateddetails．Keywords:turning;annularcorrugated;oscillation;gain笔者单位的一台超精密数控车床的数控装置采用DELTATAUAdvantage400系统+PMAC控制器，配置气浮电主轴和X、Z直线轴，由模拟式单轴驱动器驱动直流伺服电动机。由于定位于超精密的车削和磨削加工，采用了高精度的直线光栅尺，机械和环境上采用了气浮隔振、恒温恒湿等一系列设计，电气控制系统硬件框图见图1。图1电气控制系统硬件框图1维修前的故障现象机床车削工件后，肉眼可见明显的环形波纹，纹路以工件圆心为中心呈圆环状分布，测得表面粗糙度为24nm以上，车削工件表面见图2。图2调试前车削纯铝表面---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---2原因分析环形波纹问题是车削加工的常见问题，由于在切削过程中，刀具刃口对工件的切削点是变化的，法向切削力也在不断变化，工件在车削过程中形成周期性的振动频率，从而导致车削表面形成星形放射状的纹路，直接反映在表面粗糙度指标上。产生环形波纹的原因很宽泛，根据金刚车的结构特点和控制特点，笔者分析可能的原因有:(1)切削参数不当;(2)车削材料问题;(3)工艺系统刚性不足;(4)主轴的轴向窜动和径向跳动;(5)地基的低频振动;(6)气源压力波动;(7)PID控制器调整不当。2.1切削参数不当切削参数包括主轴转速、切削深度、刀具进给量、刀具切削刃口的圆弧半径等，不同的转速、切深、进给率组合在实际加工中差异很大，在低、中车削速度的情况下，易产生积屑瘤及鳞刺，从而影响表面粗糙度。考虑到这次出现环形波纹问题时，运行的是以前经过实际加工验证的程序，使用同样的切削参数组合，所以先排除了切削参数的问题。2.2车削材料问题本次车削采用的材料是纯铝，与以前没有出现环形波纹问题时所用材料相同，也排除了材料问题。2.3工艺系统刚性不足由车床、工件和刀具组成的工艺系统是一个弹性系统，存在自由振动、受迫振动和自激振动，特别是自---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---激振动是由系统内部激发及反馈的相互作用而产生的稳定的周期性振动，当工艺系统刚性不足时，如X轴拖板运动中产生“扭摆”，自激振动引起刀具和工件的相对振动增大，造成车削表面质量下降。为此检查了金刚车主轴、X轴、Z轴机械传动环节的联接，应用激光干涉仪检查了定位精度和反向间隙，没有发现能够造成自激振动的因素。2.4主轴的轴向窜动和径向跳动主轴的轴向窜动和径向跳动对加工精度和表面粗糙度的影响很大。因此，对主轴的轴向窜动和径向跳动进行了检查，与机床验收时指标没有发生明显变化，认为主轴轴窜和径跳不存在问题。2.5地基的低频振动地基的低频振动是影响表面粗糙度的另一个原因，在超精密加工中，即使十分有效的无源隔振系统可以隔离并消除掉大部分的环境高频振动，但却无法消除其中的低频振动，尤其是频率小于20Hz的低频振动仍会引起机床床身产生不可忽视的振动，将引起车削表面形成波纹变化。鉴于此超精密数控车床安装场所已经采取了防振措施，机床导轨采用气浮结构，并且外围环境没有明显变化，可以不考虑地基低频振动的影响。2.6气源压力波动气源压力波动也是影响表面粗糙度变化的因素之一。此超精密数控车床包含气浮主轴等气浮结构，由于气源产生的压力将直接作用在这些气浮部件上，因此气源的压力波动会引起这些气浮部件产生同频率振动，其低频部分将...