数控技术及应用清华版8数控机床的精度ppt课件

1、第8章 数控机床的精度数控机床正在向高精度化方向开展，数数控机床正在向高精度化方向开展，数控机床精度的提高日益为人们所注重。控机床精度的提高日益为人们所注重。本章主要引见数控机床的精度规范和提本章主要引见数控机床的精度规范和提高数控机床精度措施的根本概念。并重高数控机床精度措施的根本概念。并重点引见数控机床的精度检测工程和评定点引见数控机床的精度检测工程和评定方法。方法。8.1 概 述8.1.1 机床精度的根本概念工件的加工精度是指加工后的几何参数(尺寸、外形和外表相互位置)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。误差是指实践值与理想值之间的差值，误差愈小，那么精度愈高。工件的

2、加工精度用尺寸精度、外形精度和位置精度三项指针来衡量。 在机械加工中，工件和刀具直接或经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相互位置的正确程度。 8.1.2 数控机床精度的主要检测工程1. 几何精度机床的几何精度是指机床的主要运动部件及其运动轨迹的外形精度和相对位置精度。它对工件的加工精度有直接影响，因此是衡量机床质量的根本目的。几何精度通常在运动部件不动或低速运动的条件下检查，其中主要包括：(1) 导轨的直线度 (2) 导轨或主要运动部件运动基准间的相对位置精度 (3) 主轴的回转精度 2. 定位精度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

3、定的目的位置运动时所到达的位置的精度。 3. 任务精度机床的任务精度是机床在实践切削加工条件下的一项综合考核。 8.2 数控机床的定位精度8.2.1 定位精度的根本概念定位精度的高低用定位误差的大小来衡量。按国家规范规定，对数控机床定位精度采用统计检验方法确定。1. 定位误差的统计检验方法(1)系统性误差 (2)随机性误差 2. 定位精度确实定 定位精度主要用以下三项目的表示：(1)定位精度 (2)反复定位精度 (3)反向差值 3. 实践检测中定位精度的计算8.2.2 定位精度的检测 数控机床的定位精度普通采用刻线基准尺和读数显微镜、激光干涉仪、光栅、感应同步器等丈量工具进展检测。 利用刻线基

4、准尺和读数显微镜的丈量原理见图8.3(a)。 较高精度的数控机床常用双频激光干涉仪丈量定位精度。其丈量原理见图8.3(b)。 图8.4为激光干涉仪丈量系统的原理图。 8.2.3 数控机床定位精度的评定 按国家规范GBl093189“数字控制机床位置精度的评定方法的规定，数控坐标轴定位精度的评定工程有以下三项： 轴线的反复定位精度R； 轴线的定位精度A； 轴线的反向差值B。 检测时，在各坐标轴上选择假设干测点，在每个测点位置上，使挪动部件按正、反两个方向挪动趋近。测定定位误差。 用图表示的检测结果如图8.5所示。8.3 数控机床定位精度分析和提高措施8.3.1 开环系统的定位精度分析在开环伺服系

5、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任务台(或刀架)的挪动。 在机床运用过程中，定位精度进一步遭到负载变化、振动、热变形、机床导轨和丝杠螺母副的磨损以及数控安装组件特性变化等的影响。其中，主要的影响要素有以下各项。1. 步进电动机的误差(1)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 2. 机械传动部分的误差(1)齿轮副的传动误差及传动间隙 (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开环系统的定位精度分析3. 导轨副的误差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

6、平行度误差以及滚动体存在外形、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转；或产生运动轨迹的不直线性，使运动件颠摆(上、下摆动)或摇摆(程度摆动)，这就产生了导向误差，直接影响了定位精度。 4. 机械传动部分的受力变形由于负载的变化(包括切削力、摩擦力以及加减速过程中的惯性力等)会引起弹性变形量的变化，呵斥挪动部件的定位误差以及反向时的失动量。 5. 机械进给部分的热变形数控机床由于机动时间长，由摩擦温升引起的热变形常是定位误差的主要组成部分。其中由丝杠和螺母相对运动摩擦引起的温升使丝杠产生的热伸长常会严重影响定位精度。8.3.2 失动量的来源和消除措施 失

7、动是指任务台或刀架反向挪动时的位移损失。在开环系统中，反向差值B反映了失动量的大小。 失动量的来源可用图8.6为例阐明。 为了减少失动量，可以从以下几个方面采取措施： (1)从产生失动量的根源上采取措施。 减小、消除各种机械间隙，采用各种消除间隙的构造。装配时预加载荷。 减少丝杠的弹性变形。增大轴径可有效地减少变形。 (2)减少相对运动件之间的摩擦力。 (3)对于点位控制系统可以采用一方向趋近法。 (4)失动量中的常值系统性误差部分，可以经过误差补偿的方法消除或减少。8.3.3 全死循环控制系统的定位精度分析 全死循环控制系统由于在任务台上安装了位置检测组件，把位全死循环控制系统由于在任务台上

8、安装了位置检测组件，把位移信号反响到输入端并与输入信号相比较，实现对任务台的反移信号反响到输入端并与输入信号相比较，实现对任务台的反响控制，因此机械传动系统各部分的误差对任务台的定位精度响控制，因此机械传动系统各部分的误差对任务台的定位精度没有直接关系，定位误差主要取决于位置检测系统的误差。它没有直接关系，定位误差主要取决于位置检测系统的误差。它主要包括有检测组件本身的误差，如分辨率、线性度等，以及主要包括有检测组件本身的误差，如分辨率、线性度等，以及由于检测组件的安装、调整所呵斥的误差。由于检测组件的安装、调整所呵斥的误差。 全死循环控制系统中的失动量，虽然不直接影响定位精度，但全死循环控制

9、系统中的失动量，虽然不直接影响定位精度，但过大的失动量会呵斥伺服系统的动态不稳定和振荡，使系统性过大的失动量会呵斥伺服系统的动态不稳定和振荡，使系统性能下降。普通死循环控制系统中，轮廓加工机床的失动量应控能下降。普通死循环控制系统中，轮廓加工机床的失动量应控制到小于或等于制到小于或等于4m，点位控制系统允许到，点位控制系统允许到0.010.02mm。 半死循环控制系统由于丝杠螺母副到任务台之间的传动链不在半死循环控制系统由于丝杠螺母副到任务台之间的传动链不在反响控制环内，该部分的各种误差与开环控制系一致样，会影反响控制环内，该部分的各种误差与开环控制系一致样，会影响定位精度。响定位精度。8.3

10、.4 提高定位精度的措施定位误差补偿 可以采用以下两种根本的方法。可以采用以下两种根本的方法。(1)从产生误差的根源上采取措施减小或消除定位误差。从产生误差的根源上采取措施减小或消除定位误差。 (2)采用误差补偿方法提高定位精度。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。相反的误差去补偿原有的误差。 1. 电气补偿法电气补偿法(1)反向间隙误差补偿反向间隙误差补偿 (2)螺距累积误差补偿螺距累积误差补偿 2. 软件补偿法软件补偿法(1)反向间隙误差补偿反向间隙误差补偿 (2)由螺距累积

11、误差等引起的常值系统性定位误差的补由螺距累积误差等引起的常值系统性定位误差的补偿偿 8.4 数控机床的任务精度 8.4.1 数控机床的任务精度实验 1. 主要检测工程 现以加工中心为例，引见其任务精度的主要检测工程。 (1) 镗孔孔距精度 (2) 斜线铣削精度 检测工程有： 四面的直线度； 相对面间的平行度； 相邻两面间的垂直度。 (3) 铣圆精度 2. 各检验工程与机床精度的关系 图8.8表示在两孔中心位置A、B两点处机床定位精度对试件孔距精度的影响。 8.4.2 机床进给伺服系统特性对加工精度的影响 控制系统应同时准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

12、协调运动和位置的准确性，产生轮廓的外形误差。以下仅讨论系统的稳态特性对轮廓误差的影响。 1. 跟随误差 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一样，但是两者的瞬时位置有一恒定的滞后。 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为实践运动的位置时间曲线。 2. 跟随误差与轮廓误差之间的关系 轮廓误差是指实践轨迹与要求轨迹之间的最短间隔。普通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工程？为什么说定位精度与任务精度数控机床的精度主要有哪些检测工程？为什么说定位精

13、度与任务精度实验对数控机床来说尤为重要？实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？数控机床定位精度的含义是什么？ (3)当采用统计分析法确定定位误差时，其两项主要参数和当采用统计分析法确定定位误差时，其两项主要参数和的含义分别的含义分别是什么？它们分别反映了哪种性质的误差？是什么？它们分别反映了哪种性质的误差？ (4)知某一坐标轴上假设干个目的点的定位精度后，如何评定该坐标轴的知某一坐标轴上假设干个目的点的定位精度后，如何评定该坐标轴的定位精度？定位精度？ (5)影响开环控制系统定位精度的要素是什么？影响开环控制系统定位精度的要素是什么？ (6)如何提高开环控制系统定位精度？如何提高开环控制系统定位精度？ (7)影响死循环控制系统定位精度的要素是什么？影响死循环控制系统定位精度的要素是什么？ (8)产生失动量的缘由是什么？经过哪些措施可以减小失动量？产生失动量的缘由是什