数控技术及应用清华版.8.数控机床的精度

1、第8章 数控机床的精度数控机床正在向高精度化方向发展，数控机床精度的提高日益为人们所重视。本章主要介绍数控机床的精度标准和提 高数控机床精度措施的基本概念。并重 点介绍数控机床的精度检测项目和评定 方法。8.1概述8.1.1机床精度的基本概念丄工件的加工精度是指加工后的几何参数（尺寸、形 状和表面相互位置）与理想几何参数符合的程度。 精度的高低用误差的大小来表达。误差是指实际值 与理想值之间的差值，误差愈小，则精度愈高。工 件的加工精度用尺寸精度、形状精度和位置精度三 项指针来衡量。丄在机械加工中，工件和刀具直接或通过夹具安装在 机床上，工件的加工精度主要取决于工件和刀具在 切削成形运动过程中

2、相互位置的正确程度。8.1.2数控机床精度的主要检测项目1.几何精度丄的几何精度是指机床的主要运动部件及其运动轨迹的形状精度和相对位置精度。它对工件的加工精度有直接影 晌，因而是衡量机床廣量的基本指*示。亢何*青度通常右运 动部件不动或低速运动的条件下检查，其中主要包括：検(1)导轨的直线度卷(2)导轨或主要运动部件运动基准间的相对位置精度竣(3)主轴的回转精度2.定位精度乂机床的定位精度是指其主要运动部件沿某一坐标轴方向, 向预定的目标位置运动时所达到的位置的精度。3.工作精度籍的工作精度是机床在实际切削加工条件下的-项综合8.2数控机床的定位精度x定位精度的咼低用定位误差的大小来衡量。按国

3、家 *示准颈定，奸薮$空*几床定彳立精度采由统计检验方瘫 确定。& 1定位误差的统计检验方法>(1)系统性误差檢(2)随机性误差t2.定位精度的确定粒定位精度主要用以下三项指标表示:令(1)定位精度重复定位精度$(3)反向差值t 3.实际检测中定位精度的计算822定位精度的检测数控机床的定位精度一般采用刻线基准尺和读数显微镜、 激光干涉仪、光栅、感应同 步器等测量工具进行检测。利用刻线基准尺和读数显微镜的测量原理见图8.3(a) o支架/指示仪loocfo i激光干涉吵反射镜 二二也r工作台/较咼精度的数控机床常用双频激光干涉仪测量定位精度。其测量原理见图&3(b)。的原

4、理图。测呈用的奇弁t饵数控纸带澈尢:涉仪数控装置tat打卬机4豔输出的内容lull- k的规定，数控坐标轴定位精度的评定项目有以下三项:8.2.3数控机床定位精度的评定丄轴线的重复定位精度凡 轴线的定位精度a4-轴线的反向差值b。丑師esig狐瞬筐蛊甌劇超s颐黙命右1：移动部件按正、反两个方向移动趋近。测定定位误差。用图表示的检测结果如图5所示。8.3数控机床定位精度分析和提高措施开环系统的定位精度分析丄廊伺服系统中，指令脉冲经脉冲分配器、功率放大器、步进电动机、减速齿轮、滚珠丝杠螺母副转换为机床工作 台(或刀架)的移动。丄，床使用过程中，定位精度进一步受到负载变化、振动、热变形、机床导轨和丝

5、杠螺母副的磨损以及数控装置组件 特性变化等的影响。其中，主要的影响因素有下列各项。粧1 步进电动机的误差$步进电动机的步距角误差$(2)步进电动机的动态误差$(3)步进电动机的起停误差検2机械传动部分的误差$ (1 )齿轮副的传动误差及传动间隙令(2)滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙8.3.1开环系统的定位精度分析3.导轨副的误差4当导轨副的导轨面存在直线度误差、平面度误差、两导轨 间的平行度误差以及滚动体存在形状、尺寸误差时都会使 运动件不能沿给定方向作直线运动，使导轨副的运动件偏 离给定方向运行；或产生运动轨迹的不直线性，使运动件 颠摆qz、下摆动）或摇摆（水平摆动），这就产生了导向误差

6、, 直接影响了定位精度。4.机械传动部分的受力变形4龍疆警鬣！i矍餘蠶力統鹦翳蠶盘 误差以友反向时的矣动重。5.机械进给部分的热变形4-机床由于机动时间长，由摩擦温升引起的热变形常是8.3.2失动量的来源和消除措施失动量的来源可用图86为例说明。蘊豔蠶严可以从以下几个|=,54鮒从产生失动量的根源上采取措y测量系统數 减小、消除各种机械间嚏，采用爸种消除间隙的结箱。装配咼预加蔬荷。杭 减少丝杠的弹性变形。 增大轴径可宥兹地就少变形。4 (2)减少相对运动件之间的摩擦力。4 (3)对于点位控制系统可以采用单 方向趋近法。4 (4)失动量中的常值系统性误差部 分，可以通过误差补偿的方法消 除或减少

7、。弹性变形(/拖板间隙詁工件丝杠拖板行程x拉空隙弹性变形(圧缩)电动机转角g.3.3全死循环控制系统的定位精度分析.3.4提高定位精度的措施定位误差补偿可以釆用以下两种基本的方法。4 (1)从产生误差的根源上釆取措施减小或消除定位误差。 丄(2)采用误差补偿方法提高定位精度。误差补偿的原理就是人为地制造一个大小相等、方向相反的误差去补偿原有的误差。1.电气补偿法4 (1)反向间隙误差补偿4 (2)螺距累积误差补偿2.软件补偿法» (1)反向间隙误差补偿4 (2)由螺距累积误差等引起的常值系统性定位误差的补偿8.4数控机床的工作精度8.4.2机床进给伺服系统特性对加工精度的影响1 跟随

8、误差控制系统应同时精确地控制各坐标 轴运动的位置和速度。由于系统的 稳态和动态特性，会影响坐标轴的 协调运动和位置的精确性，产生轮 廓的形状误差。以下仅讨论系统的 稳态特性对轮廓误差的影响。丄 数控机床的伺服进给系统可简化 为一阶系统来讨论。当恒速输入 时，稳态情况下系统的运动速度 与速度指令值相同，但是两者的 瞬时位置有一恒定的滞后。4 在图8.9中，曲线1为某一坐标轴 的位置命令输入曲线，曲线2为实 际运动的位置时间曲线。2.跟随误差与轮廓误差之间的关系4轮廓误差是指实际轨迹与要求轨 迹之间的最短距离。一般分析两 种情况下的轮廓误差：加工直线 轮廓和加工圆弧轮廓。8.5习题(1) 数控机床的精度主要有哪些检测项目？为什么说定位精度与工作精度 试验对数控机床来说尤为重要？(2) 数控机床定位精度的含义是什么？iii(3) 当釆用统计分析法确定定位误差时，其两项主要参数和7的含义分别 是什么？它们分别反映了哪种性质的误