提高数控分度系统定位精度的途径

1、提高数控分度系统定位精度的途径.、八、一前言 在数控机床的实际操作中，需要对部件的位置进行准确定 位，目前，广泛采用的高精度数控分度头是一个典型的点位控制 系统。在这个控制系统中，有两个关键点的控制，即定位精度和 定位时间。 因此，本文针对如何提高数控分度系统中的定位精度 的方法进行探讨。二、数控分度头的概述 高精度数控分度头控制系统是一个位置全闭环控制系统。 位 置反馈回路采用圆感应同步器和与之配套的高精度圆感应同步 器数显表 , 数显表随时跟踪实际位移值并以数字形式实时输出 的显示。可以给微机系统提供 1分辨率的角度信号。伺服放大 器和伺服电机构成伺服驱动部分 , 采用数字式交流伺服配套产

2、 品, 具备高精度、恒转矩、良好的低速运转特性和低噪声等品质。 适于高精度定位、快速响应、宽调速范围的场合。传动机构采用 谐波齿轮传动机构 , 这是一种利用柔性工作构件的弹性变形进 行运动或动力传递的一种新型传动方式 , 有利于提高精度和效 率。锁紧装置采用单片电磁制动器进行轴向锁紧 , 具有简单可 靠、动作迅速等优点。 从本系统的结构来看 , 旋转轴的运转方向 由正转脉冲和反转脉冲来决定 , 而旋转轴的运转速度则由脉冲 频率决定 , 频率越高运转越快。 因此 , 其控制归结到如何依据给定参数和检测参数决定正转脉冲或反转脉冲的频率控制策略以及启停策略,使旋转轴锁定在预定值的土 T范围内。三、数

3、控分度头系统的发展现状及存在的问题1. 数控分度头系统的发展现状在传统的机械工业中， 采用的多是手工分度头， 它分度精度 低、分度柔性差、操作人员劳动强度大，难以实现自动化生产。 随着技术的进步与工业的发展， 对机械设备的自动化程度要求越 来越高，加工精度要求也越来越高。数控分度头的开发与研制， 就是为了适应自动化、 高精度的要求而发展的。 数控分度头是一 种应用十分广泛的精密圆分度器件，它采用交流伺服电机驱动， 经谐波齿轮减速器降速， 由圆光栅角位移传感器进行角度测量获 得闭环反馈信号， 由计算机实现闭环反馈控制， 交流伺服电机驱 动主轴实现精确的分度。分度头作为一种广泛应用的机械设备， 目

4、前对分度头的研究主要集中在分度头的精度分析和机械性能 改善、分度头的数控技术、 分度头在误差测量方面的应用和分度 头的数字化改造等方面。 国内不少单位对高精度数控分度头也做 了大量理论研究和产品开发工作， 华中理工大学机械学院对高精 度数控分度头的研究开展较早， 通过采用神经网络方法进行误差 补偿，使数控分度头的分度误差达到 15。2. 数控分度头系统存在的问题制约定位精度的因素直接影响数控机床精度， 在控制上大多 采用半闭环控制。 在这种控制方式下， 由于机械传动系统不包含 在控制环内，虽然提高了数控系统的稳定性，但是，由机械系统 中传动元件的制造误差以及导轨摩擦阻力产生的间隙和机械传 动系

5、统刚度变化引起的弹性变形等非线性因素不可避免， 它们将 直接影响执行部件的定位精度，是产生定位误差的薄弱环节。四、提高数控分度系统定位精度的主要途径1. 提高数控机床定位精度的方法就是进行系统误差补偿 目前，补偿数据分析依据的标准不同， 得到的定位精度结果 也不同。目前，国内大多数采用 ISO 2302 数控轴线的定位精 度和重复定位精度的国际标准。 ISO 是世界范围内各国标准化组 织（ISO成员）的联合组合，ISO 230 2是由ISO/TC 39机床 技术委员会的 SC2 金属切削机床检验条件分委员会制定的。标 准中规定， 为评定机床精度而进行定位检测时， 在沿轴线向每一 个目标点位置运

6、动中， 将产生一定数量的不同实际定位点 Pv 值， 用这些实际定位点Pv值减去目标位置Pi值便为该次运动的位置 偏差 Xv 值。根据 n 次测量的偏差值就可以确定该点的平均位置 偏差值Xv。下面的公式表示从正方向趋近目标点和不确定度的 估算值 Si 。国际标准将 2倍（即 4倍）的单向定为标准不确定度的估算值 称为该点的单向重复定位精度R。为得到机床的定位精度，必须沿机床的运动轴线建立许多个目标定位点， 然后根据实际的定位 位置，确定在每一个定位目标点 Zs 的变化范围。轴线单向定位 精度就是由单向定位系统偏差和单向定为标准不确定度估算值的 2 倍组合来确定的范围。如果从另外一个方向向目标点作

7、同样多次的定位运动， 就可 以求出该点反方向的平均位置偏差值和估算值 , 主要是由系统 中的间隙造成的。 很明显， 仅作单向定位试验的机床的表面精度 值比作双向定位试验的精度值要高得多。2.采用断型传动机构只有突破蜗杆机构的局限， 寻找新的传动机构， 才可能使回 转进给精度、分度定位精度有根本的提高 . 新机构除了传动死区 尽可能小、并能有效地消除传动间隙外，还应具有传动比大、结 构紧决、传动平稳等特点 . 通过改善系统结构来实现提高数控分 度系统定位精度。（一）改善输出轴的支承精度 系统的运动精度取决于圆角传感器的精度和分辨率， 现在使 用的圆感应同步器的分辨率为 1 ，它要求转子对定子的运

8、动径 向跳动不大于 10，目前所使用的 C 级滚动轴承的径向跳动为 6-8 ，基本满足需要。但如果需要更高的运动分辨率，以实现更 高的分度定位精度时， 则需要采用圆光栅等更高分辨率的传感器 进行检测。这时，会要求输出轴具有更高的支承精度。为此，可 考虑采用密珠轴承或静压轴承支承输出轴。（二）改善机构的元件质量 机构传动钢球的形状精度、 尺寸均一性， 与其接触的滚道元 件的形状精度，对传动性能影响极大。如果采用高弹性模量、高 强度的材料制造传动元件， 使工作表面具有更高的硬度， 并采用 尺寸均一性和形状精度更高的钢球，同时对滚道进行精细的加 工，将会进一步提高机构的传动灵敏度、运动分辨率、驱动力矩 和锁定力矩。改善驱动系统在实例中，机构是利用步进电机驱动的。 如果采用性能更好、 精度更高的直流或交流伺服系统取代步进电机驱动， 并进行全闭 环控制，会全面改善装置的性能，获得更高的工作质量。3. 检测误差的校正为进一步提高定位精度， 可以在输出轴上安装机械零位信号 装置，借助高精度正多面棱体用自准直平行光管法， 测取角位置 检测系统的误差序列， 经处理制成补偿曲线数据表， 存于控制器 中。在工作过程中，通过校正算法予以补偿，提高检测精度和 分度控制定位精度。结束语定位精度是影响数控分度系统的直接因素， 因此， 通过以上 提出了主要途径来提高数控分度系