数控机床加工精度提高方法的分析

1、数控机床加工精度提高方法的分析第20卷第3期湖北工业大学JournalofHubeiUniversityofTechnology2005年O3月文章编号10034684(2005)06012303数控机床加工精度提高方法的分析陶然,杨光,朱亮(武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070)摘要数控机床使用过程中存在很多产生加工误差的因素,而进给机构和编程误差对数控机床加工精度的影响都是可以通过改善而减小的,通过对这两方面的分析提出了相应提高机床加工精度的方法.关键词数控机床;加工误差;加工精度中圈分类号TH161文献标识码:A随着现代机械加工技术的进一步开展,数控机每一件产品的质量在很大程度

2、上依赖于机床自身加何防止误差和提高加工精度进行了分析.1进给机构步进电机控制的经济型数控机床加工精度直接受步进系统的脉冲当量k的影响口.脉冲当量k由下式决定dait/360.(1)式中:口为步进电机步距角,(.);i为齿轮减速比;t为滚珠丝杠导程,mm.滚珠丝杠在制造过程中,由于加工设备诸因素当量误差愚daiAt/360.选用精度等级高的滚珠丝杠,可减小丝杠导程误差对机床加工精度的影响.进给机构的机械传动机构由减速齿轮,连轴节,间隙,影响到工作台进给精度,特别是在运动换向节间的间隙,可以减小对机床加工精度的影响.珠丝杠与螺母之间的间隙为S,那么反转时造成工作台进给误差一SF.不仅如此,丝杠螺母

3、副的间隙还影响丝杠螺母副的刚度,进而影响工作台进给精度.消除滚珠丝杠与螺母之间间隙的方法是施加预紧力.在双螺母预紧的滚珠丝杠副中,当预紧力等于最大轴向力的1/3时,其间隙可根本消除,而且对滚珠丝杠副的寿命影响不大.珠丝杠支承轴承的轴向间隙也直接影响工作台的进给精度.假设轴承的轴向间隙为s,那么反向时造成工作台进给误差一S.轴承通过定位预紧或定压预紧消除其间隙,同对间隙的影响.假设联轴节的扭转间隙为S,在机构反向时造成工作台进给误差:(t/2ni)SL.(2)侧向间隙为s.,机构反向时造成工作台进给误差用表示,且一(t/rd)Sc.(3)式中,d为与滚珠丝杠连结的齿轮分度圆直径,mm.减小传动比

4、及齿轮传动侧隙对机床加工精度的影收稿日期2005-03-05【作者简介陶然(1976-).男.湖北武汉人,武汉理工大学硕士研究生,研究方向:制造自动化124湖北工业大学2005年第3期响,应通过提高齿轮的制造精度,减小齿轮综合误差,在满足传开工作环境要求下,减小侧向间隙来实现.'进给机构间隙对机床加工精度的影响,除采取序中判断进给方向的指令转向后,给出假设干个额外4进给指令脉冲,以补偿间隙造成的误差一>.1根据以上分析,在运动换向时,进给机构间隙尺寸精度接近数控机床的重复定位精度时影响更大.因此,在数控编程和加工中采取一些相应的措施可以提高加工精度.图l阶梯轴轮廓如图l所

5、示,精加工工件轮廓为6一cd,如采用如图2所示的刀具移动路线就不妥,因为从的运动方向与相反,会产生反向间隙,如改为图3所示的刀具移动路线,精加工时刀具在径向的移动保持尺寸连续递增趋势,在轴向的移动保持尺寸连续向左趋势,这样便消除了机床的反向间隙的影响E引.2编程误差图2刀具移动路线l刀具移动路线刀具移动路线.图3刀具移动路线2数控机床加工与普通机床加工不同,工件的加工精度不仅与加工过程有关,而且与加工前编程阶段紧密相关.由于程序控制原理自身的原因,编程误差不可防止.在经济型数控机床上加工工件,倾斜直线是通过刀具沿平面上两个坐标轴方向走折线而形成,这差的影响因素主要有机床分辨率,脉冲均匀程度,控

6、制系统的动态特性及插补方法与算法等.插补的运算过程中,还会产生累积误差,当它达到一定值时,会使机床产生移动和定位误差,影响加工精度.以下措施可减小数控系统的累积误差4.1)尽量用绝对方式编程绝对方式编程以某一固定点(工件坐标原点)为基准,每一段程序和整个加工过程都以此为基准.而增量方式编程,是以前一点为基准,连续执行多段程序必然产生累积误差.2)插入回参考点指令机床回参考点时,会使各坐标清零,这样便消除了数控系统运算的累积误保证加工精度.有换刀要求时,可回参考点换刀,这样一举两得.逼近误差是由于采用近似算法逼近零件廓形而产生的误差.在加工非圆曲线的数学处理中,近似地将非圆曲线分割,以直线廓形代

7、替曲线廓形,这样刀具形成的廓形不可能准确地与被加工廓形重复而产生加工误差.如果工件廓形方程,编程数学处理后程序规定的廓形与方程描述廓形之间的逼近误差值,取决于曲线分割中分割弦的长度z.一ri一(r.一(Z/2)".(4)其中为理论廓形最小曲率半径.如果被加工零件的廓形方程未知,编程时用列表曲线逼近,此时产生的逼近误差值那么难以确定.用步进电机控制的经济型数控机床在加工时,寸的最小单位是脉冲当量值,脉冲当量值决定了机理时只能圆整到一个脉冲当量值,从而造成编程时的圆整误差,该误差影响加工零件的尺寸精度.3结论1)通过分析数控机床进给机构和软件编程对数控机床加工精度的影响,提出了加工误差产

8、生的根源和减小误差的方法.2)在数控机床上实现了对几何误差的软件补偿.采用软件补偿,在编程阶段完成,与机床的数控系统无关,便于现有的数控机床改造,对开放式数控系统应用更为方便E.第2O卷第3期陶然等数控机床加工精度提高方法的分析1253)运用软件补偿技术和文中提到的减小进给机构安装及制造误差的方法,可对现有数控机床改造,提高其工作精度;也可用于普通型数控机床,使其精度提高到精密级.在加工中心上增加测量头,配合补偿技术提高其工作精度,可以完成三坐标测量的某些工作.将以上提出的思想融人数控系统设计,将补偿模块与插补,伺服及反应等统一进行规划设计,将进一步促进数控系统的开展6.参考文献1E2333E

9、CE56tioninMachineTools:ANeuralNetworkApproachJ.JourhalofIntelligentManufacturing,1994(5):687707.王洪.数控加工程序编制M.北京:机械工业出版社,2003.毕毓杰.机床数控技术M.北京:机械工业出版社,1996.误差分析J.机床与液压,2003(5):294295.王侃夫.数控机床故障诊断及维护M.北京:机械工业出版社,2002.黄大贵.微机数控系统M.成都:电子科技大学出版社,1996.HowtoImprovetheMachiningPrecisionofNCMachineToolsTAORan,Y

10、ANGGuang,ZHULiang(SchoolofElectroMechanicalEngin.,WuhanUniv.ofTechnology,Wuhan430070,China)aspectsweputforwardsomemethodstOimproveNCmachinetoolsmachiningprecisioninthepaper.Keywords:NCmachinetools;machiningerror;machiningprecision责任编辑:张众(上接第110页)ThedesignoftheInputandPowerSourcesMOutputInterfaceoftheLaserainsControlSystemLIUYanxin,LIUWenlu,YANGYahfang(1WuhanLaserlightPhotoelectronicTechnologyCo.Ltd,Wuhan,430063,China;2SchoolofLogisticsEngineering,WuhanUniv.ofTechnology,Wuhan430063,China)Abstract:InthispaperthevoltagefeaturesareanalyzedoftheLaserPowerSourcesMainsControlSystemtheef