《數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用》第8章：數(shù)控機(jī)床的精度.ppt

1,第8章 數(shù)控機(jī)床的精度,數(shù)控機(jī)床正在向高精度化方向發(fā)展，數(shù)控機(jī)床精度的提高日益為人們所重視。本章主要介紹數(shù)控機(jī)床的精度標(biāo)準(zhǔn)和提高數(shù)控機(jī)床精度措施的基本概念。并重點(diǎn)介紹數(shù)控機(jī)床的精度檢測(cè)項(xiàng)目和評(píng)定方法。,2,8.1 概 述,8.1.1 機(jī)床精度的基本概念 工件的加工精度是指加工后的幾何參數(shù)(尺寸、形狀和表面相互位置)與理想幾何參數(shù)符合的程度。精度的高低用誤差的大小來(lái)表達(dá)。誤差是指實(shí)際值與理想值之間的差值，誤差愈小，則精度愈高。工件的加工精度用尺寸精度、形狀精度和位置精度三項(xiàng)指針來(lái)衡量。 在機(jī)械加工中，工件和刀具直接或通過(guò)夾具安裝在機(jī)床上，工件的加工精度主要取決于工件和刀具在切削成形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中相互位置的正確程度。,3,8.1.2 數(shù)控機(jī)床精度的主要檢測(cè)項(xiàng)目,1. 幾何精度 機(jī)床的幾何精度是指機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)部件及其運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀精度和相對(duì)位置精度。它對(duì)工件的加工精度有直接影響，因而是衡量機(jī)床質(zhì)量的基本指標(biāo)。幾何精度通常在運(yùn)動(dòng)部件不動(dòng)或低速運(yùn)動(dòng)的條件下檢查，其中主要包括： (1) 導(dǎo)軌的直線度 (2) 導(dǎo)軌或主要運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)間的相對(duì)位置精度 (3) 主軸的回轉(zhuǎn)精度 2. 定位精度 機(jī)床的定位精度是指其主要運(yùn)動(dòng)部件沿某一坐標(biāo)軸方向，向預(yù)定的目標(biāo)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)所達(dá)到的位置的精度。 3. 工作精度 機(jī)床的工作精度是機(jī)床在實(shí)際切削加工條件下的一項(xiàng)綜合考核。,4,8.2 數(shù)控機(jī)床的定位精度,8.2.1 定位精度的基本概念 定位精度的高低用定位誤差的大小來(lái)衡量。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度采用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法確定。 1. 定位誤差的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法 (1) 系統(tǒng)性誤差 (2) 隨機(jī)性誤差 2. 定位精度的確定 定位精度主要用以下三項(xiàng)指標(biāo)表示： (1)定位精度 (2)重復(fù)定位精度 (3)反向差值 3. 實(shí)際檢測(cè)中定位精度的計(jì)算,5,8.2.2 定位精度的檢測(cè),數(shù)控機(jī)床的定位精度一般采用刻線基準(zhǔn)尺和讀數(shù)顯微鏡、激光干涉儀、光柵、感應(yīng)同步器等測(cè)量工具進(jìn)行檢測(cè)。 利用刻線基準(zhǔn)尺和讀數(shù)顯微鏡的測(cè)量原理見(jiàn)圖8.3(a)。 較高精度的數(shù)控機(jī)床常用雙頻激光干涉儀測(cè)量定位精度。其測(cè)量原理見(jiàn)圖8.3(b)。 圖8.4為激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)的原理圖。,6,8.2.3 數(shù)控機(jī)床定位精度的評(píng)定,按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBl093189“數(shù)字控制機(jī)床位置精度的評(píng)定方法”的規(guī)定，數(shù)控坐標(biāo)軸定位精度的評(píng)定項(xiàng)目有以下三項(xiàng)： 軸線的重復(fù)定位精度R； 軸線的定位精度A； 軸線的反向差值B。 檢測(cè)時(shí)，在各坐標(biāo)軸上選擇若干測(cè)點(diǎn)，在每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置上，使移動(dòng)部件按正、反兩個(gè)方向移動(dòng)趨近。測(cè)定定位誤差。 用圖表示的檢測(cè)結(jié)果如圖8.5所示。,7,8.3 數(shù)控機(jī)床定位精度分析和提高措施,8.3.1 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度分析 在開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)中，指令脈沖經(jīng)脈沖分配器、功率放大器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、減速齒輪、滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)換為機(jī)床工作臺(tái)(或刀架)的移動(dòng)。 在機(jī)床使用過(guò)程中，定位精度進(jìn)一步受到負(fù)載變化、振動(dòng)、熱變形、機(jī)床導(dǎo)軌和絲杠螺母副的磨損以及數(shù)控裝置組件特性變化等的影響。其中，主要的影響因素有下列各項(xiàng)。 1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的誤差 (1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角誤差 (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)誤差 (3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起停誤差 2. 機(jī)械傳動(dòng)部分的誤差 (1)齒輪副的傳動(dòng)誤差及傳動(dòng)間隙 (2)滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)誤差及傳動(dòng)間隙,8,8.3.1 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的定位精度分析,3. 導(dǎo)軌副的誤差 當(dāng)導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌面存在直線度誤差、平面度誤差、兩導(dǎo)軌間的平行度誤差以及滾動(dòng)體存在形狀、尺寸誤差時(shí)都會(huì)使運(yùn)動(dòng)件不能沿給定方向作直線運(yùn)動(dòng)，使導(dǎo)軌副的運(yùn)動(dòng)件偏離給定方向運(yùn)行；或產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)軌跡的不直線性，使運(yùn)動(dòng)件顛擺(上、下擺動(dòng))或搖擺(水平擺動(dòng))，這就產(chǎn)生了導(dǎo)向誤差，直接影響了定位精度。 4. 機(jī)械傳動(dòng)部分的受力變形 由于負(fù)載的變化(包括切削力、摩擦力以及加減速過(guò)程中的慣性力等)會(huì)引起彈性變形量的變化，造成移動(dòng)部件的定位誤差以及反向時(shí)的失動(dòng)量。 5. 機(jī)械進(jìn)給部分的熱變形 數(shù)控機(jī)床由于機(jī)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，由摩擦溫升引起的熱變形常是定位誤差的主要組成部分。其中由絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦引起的溫升使絲杠產(chǎn)生的熱伸長(zhǎng)常會(huì)嚴(yán)重影響定位精度。,9,8.3.2 失動(dòng)量的來(lái)源和消除措施,失動(dòng)是指工作臺(tái)或刀架反向移動(dòng)時(shí)的位移損失。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，反向差值B反映了失動(dòng)量的大小。 失動(dòng)量的來(lái)源可用圖8.6為例說(shuō)明。 為了減少失動(dòng)量，可以從以下幾個(gè)方面采取措施： (1)從產(chǎn)生失動(dòng)量的根源上采取措施。 減小、消除各種機(jī)械間隙，采用各種消除間隙的結(jié)構(gòu)。裝配時(shí)預(yù)加載荷。 減少絲杠的彈性變形。增大軸徑可有效地減少變形。 (2)減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)件之間的摩擦力。 (3)對(duì)于點(diǎn)位控制系統(tǒng)可以采用單方向趨近法。 (4)失動(dòng)量中的常值系統(tǒng)性誤差部分，可以通過(guò)誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ驕p少。,10,8.3.3 全死循環(huán)控制系統(tǒng)的定位精度分析,全死循環(huán)控制系統(tǒng)由于在工作臺(tái)上安裝了位置檢測(cè)組件，把位移信號(hào)反饋到輸入端并與輸入信號(hào)相比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作臺(tái)的反饋控制，因而機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的誤差對(duì)工作臺(tái)的定位精度沒(méi)有直接關(guān)系，定位誤差主要取決于位置檢測(cè)系統(tǒng)的誤差。它主要包括有檢測(cè)組件本身的誤差，如分辨率、線性度等，以及由于檢測(cè)組件的安裝、調(diào)整所造成的誤差。 全死循環(huán)控制系統(tǒng)中的失動(dòng)量，雖然不直接影響定位精度，但過(guò)大的失動(dòng)量會(huì)造成伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定和振蕩，使系統(tǒng)性能下降。一般死循環(huán)控制系統(tǒng)中，輪廓加工機(jī)床的失動(dòng)量應(yīng)控制到小于或等于4m，點(diǎn)位控制系統(tǒng)允許到0.010.02mm。 半死循環(huán)控制系統(tǒng)由于絲杠螺母副到工作臺(tái)之間的傳動(dòng)鏈不在反饋控制環(huán)內(nèi)，該部分的各種誤差與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)一樣，會(huì)影響定位精度。,11,8.3.4 提高定位精度的措施定位誤差補(bǔ)償,可以采用以下兩種基本的方法。 (1)從產(chǎn)生誤差的根源上采取措施減小或消除定位誤差。 (2)采用誤差補(bǔ)償方法