《數(shù)控技術及應用》第8章：數(shù)控機床的精度.ppt

1,第8章 數(shù)控機床的精度,數(shù)控機床正在向高精度化方向發(fā)展，數(shù)控機床精度的提高日益為人們所重視。本章主要介紹數(shù)控機床的精度標準和提高數(shù)控機床精度措施的基本概念。并重點介紹數(shù)控機床的精度檢測項目和評定方法。,2,8.1 概 述,8.1.1 機床精度的基本概念 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表達。誤差是指實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指針來衡量。 在機械加工中，工件和刀具直接或通過夾具安裝在機床上，工件的加工精度主要取決于工件和刀具在切削成形運動過程中相互位置的正確程度。,3,8.1.2 數(shù)控機床精度的主要檢測項目,1. 幾何精度 機床的幾何精度是指機床的主要運動部件及其運動軌跡的形狀精度和相對位置精度。它對工件的加工精度有直接影響，因而是衡量機床質量的基本指標。幾何精度通常在運動部件不動或低速運動的條件下檢查，其中主要包括： (1) 導軌的直線度 (2) 導軌或主要運動部件運動基準間的相對位置精度 (3) 主軸的回轉精度 2. 定位精度 機床的定位精度是指其主要運動部件沿某一坐標軸方向，向預定的目標位置運動時所達到的位置的精度。 3. 工作精度 機床的工作精度是機床在實際切削加工條件下的一項綜合考核。,4,8.2 數(shù)控機床的定位精度,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衡量。按國家標準規(guī)定，對數(shù)控機床定位精度采用統(tǒng)計檢驗方法確定。 1. 定位誤差的統(tǒng)計檢驗方法 (1) 系統(tǒng)性誤差 (2) 隨機性誤差 2. 定位精度的確定 定位精度主要用以下三項指標表示： (1)定位精度 (2)重復定位精度 (3)反向差值 3. 實際檢測中定位精度的計算,5,8.2.2 定位精度的檢測,數(shù)控機床的定位精度一般采用刻線基準尺和讀數(shù)顯微鏡、激光干涉儀、光柵、感應同步器等測量工具進行檢測。 利用刻線基準尺和讀數(shù)顯微鏡的測量原理見圖8.3(a)。 較高精度的數(shù)控機床常用雙頻激光干涉儀測量定位精度。其測量原理見圖8.3(b)。 圖8.4為激光干涉儀測量系統(tǒng)的原理圖。,6,8.2.3 數(shù)控機床定位精度的評定,按國家標準GBl093189“數(shù)字控制機床位置精度的評定方法”的規(guī)定，數(shù)控坐標軸定位精度的評定項目有以下三項： 軸線的重復定位精度R； 軸線的定位精度A； 軸線的反向差值B。 檢測時，在各坐標軸上選擇若干測點，在每個測點位置上，使移動部件按正、反兩個方向移動趨近。測定定位誤差。 用圖表示的檢測結果如圖8.5所示。,7,8.3 數(shù)控機床定位精度分析和提高措施,8.3.1 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度分析 在開環(huán)伺服系統(tǒng)中，指令脈沖經(jīng)脈沖分配器、功率放大器、步進電動機、減速齒輪、滾珠絲杠螺母副轉換為機床工作臺(或刀架)的移動。 在機床使用過程中，定位精度進一步受到負載變化、振動、熱變形、機床導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。 1. 步進電動機的誤差 (1)步進電動機的步距角誤差 (2)步進電動機的動態(tài)誤差 (3)步進電動機的起停誤差 2. 機械傳動部分的誤差 (1)齒輪副的傳動誤差及傳動間隙 (2)滾珠絲杠螺母副的傳動誤差及傳動間隙,8,8.3.1 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度分析,3. 導軌副的誤差 當導軌副的導軌面存在直線度誤差、平面度誤差、兩導軌間的平行度誤差以及滾動體存在形狀、尺寸誤差時都會使運動件不能沿給定方向作直線運動，使導軌副的運動件偏離給定方向運行；或產生運動軌跡的不直線性，使運動件顛擺(上、下擺動)或搖擺(水平擺動)，這就產生了導向誤差，直接影響了定位精度。 4. 機械傳動部分的受力變形 由于負載的變化(包括切削力、摩擦力以及加減速過程中的慣性力等)會引起彈性變形量的變化，造成移動部件的定位誤差以及反向時的失動量。 5. 機械進給部分的熱變形 數(shù)控機床由于機動時間長，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運動摩擦引起的溫升使絲杠產生的熱伸長常會嚴重影響定位精度。,9,8.3.2 失動量的來源和消除措施,失動是指工作臺或刀架反向移動時的位移損失。在開環(huán)系統(tǒng)中，反向差值B反映了失動量的大小。 失動量的來源可用圖8.6為例說明。 為了減少失動量，可以從以下幾個方面采取措施： (1)從產生失動量的根源上采取措施。 減小、消除各種機械間隙，采用各種消除間隙的結構。裝配時預加載荷。 減少絲杠的彈性變形。增大軸徑可有效地減少變形。 (2)減少相對運動件之間的摩擦力。 (3)對于點位控制系統(tǒng)可以采用單方向趨近法。 (4)失動量中的常值系統(tǒng)性誤差部分，可以通過誤差補償?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)由于在工作臺上安裝了位置檢測組件，把位移信號反饋到輸入端并與輸入信號相比較，實現(xiàn)對工作臺的反饋控制，因而機械傳動系統(tǒng)各部分的誤差對工作臺的定位精度沒有直接關系，定位誤差主要取決于位置檢測系統(tǒng)的誤差。它主要包括有檢測組件本身的誤差，如分辨率、線性度等，以及由于檢測組件的安裝、調整所造成的誤差。 全死循環(huán)控制系統(tǒng)中的失動量，雖然不直接影響定位精度，但過大的失動量會造成伺服系統(tǒng)的動態(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，輪廓加工機床的失動量應控制到小于或等于4m，點位控制系統(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之間的傳動鏈不在反饋控制環(huán)內，該部分的各種誤差與開環(huán)控制系統(tǒng)一樣，會影響定位精度。,11,8.3.4 提高定位精度的措施定位誤差補償,可以采用以下兩種基本的方法。 (1)從產生誤差的根源上采取措施減小或消除定位誤差。 (2)采用誤差補償方法