數(shù)控機(jī)床定位精度的綜合分析.pdf

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1、機(jī)械設(shè)計與制造第9期132MachineryDesign&Manufacture2010年9月文章編號：1001-3997(2010)09—0132～02數(shù)控機(jī)床定位精度的綜合分析王哲趙愛國趙德云徐璐(貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，貴陽550003)ComprehensiveanalysisofthepositioningprecisionofCNCWANGZhe，ZHAOAi-guo，ZHAODe-yun，XULu(MechanicalEngineeringCollegeofGuizhouUniversity，Guiy

2、ang550003，China)中圖分類號：TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A1引言不存在直線度誤差時，如圖2所示。機(jī)床工作臺滑體的理論行程S將等于激光干涉儀實際測量值S。。(S=So數(shù)控機(jī)床目前在我國應(yīng)用的已經(jīng)十分廣泛，定位精度是數(shù)控而在實際情況中，導(dǎo)軌G存在直線度誤差，如圖3所示。明機(jī)床的一個重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床定位精度是指機(jī)床的可動部件在顯看出工作臺滑體實際行程將不等于激光干涉儀實際測量值而數(shù)字控制系統(tǒng)控制下，快速或勻速運動時所能達(dá)到的預(yù)設(shè)坐標(biāo)精產(chǎn)生誤差(5≠S．o度，是數(shù)控機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床的一個顯著標(biāo)志。對于機(jī)床定位

3、精度還可用誤差來表示，主要包括：控制系統(tǒng)誤差，導(dǎo)軌直線度誤干涉鏡反射鏡差，反向間隙誤差，溫度誤差等，機(jī)床定位精度對于機(jī)床的切削加工精度會產(chǎn)生重要影響，因而定位精度也是判斷數(shù)控機(jī)床優(yōu)良程度的重要參數(shù)。2影響機(jī)床定位精度的各主要因素圖l激光干涉儀測量示意圖2．1機(jī)床導(dǎo)軌直線度對于定位精度的重要影響由于長期生產(chǎn)加工影響，機(jī)床在使用過程中會產(chǎn)生應(yīng)力變形，導(dǎo)致導(dǎo)軌的幾何精度發(fā)生變化，當(dāng)導(dǎo)軌的水平度和平行度發(fā)生改變時，滑體與導(dǎo)軌間的接觸力與摩擦力會發(fā)生相應(yīng)改變，必然致使滑體和導(dǎo)軌的各配合面間隙不均勻，從而影響數(shù)控機(jī)床的定位精

4、度。對于機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差經(jīng)過大量實際測量發(fā)現(xiàn)多集中于導(dǎo)軌的中段發(fā)生弧面彎曲，對此可用雙頻激光干涉儀進(jìn)行精確檢測，如圖1所示。具體檢測方法為：安裝雙頻激光干涉儀，在需要圖2機(jī)床導(dǎo)軌無直線度誤差時圖3機(jī)床導(dǎo)軌存在直線度誤差時測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)檢測裝置，調(diào)整激光頭指向，以上情況產(chǎn)生的原因是，由于導(dǎo)軌存在直線度誤差，導(dǎo)致滑使測量軸線與機(jī)床滑體移動軸線平行或共線，保持光路準(zhǔn)直，待體在固定位置時與理論行進(jìn)方向產(chǎn)生微小的角度偏差，稱為偏激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)，按規(guī)定的測量程序?qū)C(jī)床導(dǎo)軌直線度差角盧，此偏差角使固定

5、于工作臺的激光干涉儀的檢測反射進(jìn)行測量，最后分析數(shù)據(jù)并給出測量結(jié)果。棱鏡組也隨之出現(xiàn)一定偏擺，最終導(dǎo)致工作臺滑體的位移行程通過大量檢測數(shù)據(jù)顯示和理論推導(dǎo)，在理想狀態(tài)下，導(dǎo)軌Gs與激光干涉儀的實際測量值5不一致。如圖4所示：s一機(jī)床理★來稿日期：2009—11—26第9期王哲等：數(shù)控機(jī)床定位精度的綜合分析133論行程；s。—軸和Y軸行程的實際測量值；—激光測量直導(dǎo)值等分為若干行程段，測量出各段目標(biāo)位置的平均反向差值軌面距離；m一導(dǎo)軌直線度誤差；z一滑體角度波動值；—定位，將其作為機(jī)床的間隙補(bǔ)償參數(shù)輸入控制系統(tǒng)。CN

6、C系統(tǒng)在控誤差。制坐標(biāo)軸反向運動時，應(yīng)先自動讓該坐標(biāo)反向運動K值，然后再按指令進(jìn)行運動。．如圖6所示，工作臺正向移動到日點，然后反向移動到點，換向時，機(jī)床(絲杠)先反向移動值，然后移動到點；該過程機(jī)床系統(tǒng)實際指令運動值L為：，J=K，反向間隙補(bǔ)償在坐標(biāo)軸處于任何方式時均有效。而在系統(tǒng)進(jìn)行雙向螺距補(bǔ)償時，由于雙向螺距補(bǔ)償值已經(jīng)包含了反向間隙，因此不需要重復(fù)設(shè)置反向間隙補(bǔ)償值。圖4導(dǎo)軌直線誤差幾何分析圖2_2絲杠螺距誤差對于定位精度的影響機(jī)床使用的絲桿在制造過程中必然存在加工誤差，這就導(dǎo)致絲杠的螺距并不是均勻的，在傳

7、動過程中的進(jìn)給量也不是均衡的，再加上在機(jī)床正常加工時的摩損，都將使機(jī)床系統(tǒng)檢測控制回路不斷的搜尋最佳位置，而造成跟蹤誤差過大，從而影響機(jī)床定位精度。2：3環(huán)境溫度對于定位精度的影響圖5伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩機(jī)床在正常使用時，機(jī)體暴露于環(huán)境中，由于溫度的變化，導(dǎo)致機(jī)床導(dǎo)軌及工作臺等產(chǎn)生熱伸或冷縮變形，當(dāng)滑體進(jìn)行位移時，控制系統(tǒng)指令坐標(biāo)和實際位移坐標(biāo)會產(chǎn)生誤差，因此要考慮溫度對于定位精度的影響。2．4機(jī)床震動對于定位精度的影響X在高速定位或是切削加工中，由于受到摩擦阻力或是工件應(yīng)力影響，床身會產(chǎn)生微小震動，控制系統(tǒng)指令坐標(biāo)

8、和實際行程坐圖6反向間隙補(bǔ)償標(biāo)會產(chǎn)生一定的偏差，此時對于定位精度必然產(chǎn)生一定影響，因3．3減少溫度對定位精度的影響此必須考慮震動對于定位精度的影響。數(shù)控機(jī)床本體會隨著溫度的高低變化產(chǎn)生熱伸或冷縮變形，2．5反向間隙對于定位精度的影響這直接會對定位精度產(chǎn)生一定影響，尤其是對高精密機(jī)床或超高所謂反向間隙是指絲杠和螺母之間存在一定的間隙，所以在精密機(jī)床的影響更大，有時更是致命性