浅论数控机床加工精度

摘要数控机床进给运动的精度对零件的加工精度有极大的影响本文通过分析数控机床机械传动部件的特性,得出数控机床进给系统低速爬行的原因,并提出提高数控机床低速进给运动的平稳性和运动精度的措施。数控机床是按照加工程序自动加工零件,它具有加工精度高、生产效率高、产品品质稳定、加工过程柔性好、加工功能强等特点。加工过程中,只要改变加工程序就能达到加工不同形状、不同精度零件的目的。但并不是每个数控操作人员都能在规定的时间内保证工件的加工精度,提高机床效率,确保产品合格。本文总结长期以来的实践经验,结合理论分析,从几方面提出几点粗浅看法。关键词：数控机床伺服进给机械传动加工精度AbstractThenumbercontrolstoolmachinetoentertohavetotheprocessingofsparepartsaccuracyfortheaccuracyexercisingtremendousinfluenceoriginallythetextpassesanalyticalthenumbercontrolatoolmachinemachinetospreadapartsofcharacteristic,getthenumbercontroltoolmachinetoenterthereasonthatcrawlsalongforsystemlowspeed,andputforwardtoraisenumbertocontroltoolmachinelowspeedtoentertosportofthemeasureofsteadyandsportaccuracy.Thenumbercontrolstoolmachineisaccordingtoprocessingproceduretoautomaticallyprocessspareparts,ithastoprocessaccuracyGaoandproducesan1efficiencyGao,productqualitystability,processprocessgentlegood,processafunctionstrongetc.characteristics.Processprocessin,aslongasthechangeprocessprocedureandthencanattainthepurposeofprocessingthedifferentshape,differentaccuracyspareparts.Butisn'teachpiecetocontroltooperatepersonnelsallabilityatstipulateoftimeinsidepromiseprocessingofworkpieceaccuracy,raiseatoolmachineefficiency,ensurethattheproductisqualified.Thistexttalliesupfulfillmentexperienceforlongtimeandcombinestheoryanalysisandputforwardfromseveralaspectswhattimesuperficialviewpoint.Keyword:Thenumbercontrolstoolmachineservoentertospreadformachinetoprocessaccuracy2目录摘要…………………………………………………………………0目录…………………………………………………………………2引言……………………………………………………………………41速爬行产生原因……………………………………………………51.1速爬行产生原因分析…………………………………………42提高进给运动精度采取的措施……………………………………72.1进给运动采取的三个措施……………………………………72.2减少机床热变形及其影响的措施是:………………………83工件坐标系设定对加工精度的影响……………………………93.1工件坐标系时一般应遵循如下原则:………………………104如何提高数控机床的加工精度…………………………………124.1反向偏差………………………………………………………124.2偏差的测定………………………………………………………134.3偏差的补偿………………………………………………………144.4何提高数控机床的精度………………………………………144.5定位精度…………………………………………………………155工件的装夹加与加工………………………………………………155.1按工艺规定的定位基准装夹，定位基准符合以下原则………165.2加工过程中的精度要求………………………………………176测量工具正确使用方法……………………………………………196.1常用测量工具的读数…………………………………………216.1.1千分尺的读数……………………………………216.1.2游标卡尺读数………………………………………22结论…………………………………………………………23致谢………………………………………………………………243参考文献………………………………………………………………25引言在开环进给系统中运动精度取决于系统各组成环节,特别是机械传动部件的精度;在闭环和半闭环进给系统中,位置检测装置的分辨力和分辨精度对运动精度有决定性的影响,但是机械传动部件的特性对运动精度也有一定的影响。通常在开环进给系统中,设定的脉冲当量为0101时,实际的定位精度最好的情况也只能达到0102在闭环系统中,设定的脉冲当量(或称最小设定单位)一般为01001,实际上定位精度只能达到01003,当指令进给系统做单步进给(即每次移动01001时,开始一二个单步指令,进给部件并不动作,到第三个单步指令时才突跳一段距离,以后又如此重复这些现象都是因为进给系统的低速爬行现象引起的,而低速爬行现象又决定于机械传动部件的特性。数控机床是按照加工程序自动加工零件,它具有加工精度高、生产效率高、产品品质稳定、加工过程柔性好、加工功能强等特点。加工过程中,只要改变加工程序就能达到加工不同形状、不同精度零件的目的。但并不是每个数控操作人员都能在规定的时间内保证工件的加工精度,提高机床效率,确保产品合格。本文总结长期以来的实践经4验,结合理论分析,从以下几方面提出几点粗浅看法。1速度爬行产生原因1.1速度爬行产生原因分析对于数控机床进给系统产生爬行的原因，一般认为是由于机床运动部件之间润滑不好，导致机床工作台移动时静摩擦阻力增大；当电机驱动时，工作台不能向前运动，使滚珠丝杠产生弹性变形，把电机的能量贮存在变形上；电动机继续驱动，贮存的能量所产的弹性力大于静摩擦力时，机床工作台向前蠕动，周而复始地这样运动，产生了爬行的现象。事实上这只是其中的一个原因，产生这类故障的原因还可能是机械进给传动链出现了故障，也可能是进给系统电气部分出现了问题，或者是系统参数设置不当的缘故，还可能是机械部分与电气部分的综合故障所造成。图1机械传动机构的简化动力学模型数控机床进给系统的机械传动机构可以简化成如图1所示的动力学模型[3]图中,B为传动部件的阻尼系数,K为传动刚度,为执行部件,m为执行部件的质量设驱动件以等速+v1运动,经时间t后,从动件的位移为x,速度为x,加速度&x,则运动方程为:m&x+B(&x-v1)-K(vt-x)+(F-Ax)=0(1)式中:F-Ax为摩擦力,它由弹簧力F和随的速度5而变化的分量-Ax所组成,A为比例系数该方程的解为：x=Bv1K+v1t-FK+e-NXt(C1Xt+C2Xt)(2)中:N=B-AKm称为阻尼比,X=Km为角频率式(2)中的C1!C2可以根据初始条件:t=0,x=0,x=$Fm来求得这样有x=Bv1K+v1t-FK+v1XeNXt[(2N-A)Xt-(1+N)Xt](3)(4)试中:$F=F0-Fv,即静摩擦力F0与动摩擦力Fv差;S1为动!静柔度修正系数,取为1将式(3)对t微分,得速度和加速度为x=v1{1-eNXt[Xt-(N-A)Xt]}(5)&x=v1XeNXt[AXt-(1-AN)Xt](6)从式(5)可以看出,执行部件的运动速度包括部分:恒量v1和振动量v1eNXt[Xt(N-A)Xt]振动分量小于恒定分量,x不会为零,如果阻尼足大,则随着时间的延续,振动分量将衰减到零,这振动表现为过渡过程,一段时间以后,执行部件将主动件的速度作匀速运动,如图2()所示当满足上述条件,则执行部件的速度将会时快时慢,图2()所示,甚至会出现停顿,如图2()所,这便是所谓的爬行现象,使运动产生停顿,即当=t1,x=0,&x=0时,由式(5)与式(6)得eNXt[Xt1-(N-A)Xt1]=1(7)AXt1-(1-AN)Xt1=0(8)6当N不大时,由式(7)可以求得A的近似值=4PNAc称为系统开始出现爬行现象临界运动均匀数由式(4)可知,当$F!K!m等为一定果A为临界值Ac,则速度v1就是产生爬行现象界速度vcvc=$F4PNKm=N#$f4PNKm中:$f为静!动摩擦系数之差,N=mg为正压力。进给执行部件的定位运动在接近定位点时,要降速,这时的速度可能低于临界速度vc,由于爬象将使部件不能准确地停在定位点,因而出现定差。当执行部件单步运动时,如果指令位移为X0动件的位移量),则只有满足KX0EF0时,执行才能够克服静摩擦力F0运动,如系统的静摩擦,传动刚度K不大,则一个微小的单步位移指传动链产生的弹性力不足以克服静摩擦力,执行是不会有位移响应的。72提高进给运动精度采取的措施2.1进给运动采取的三个措施根据前面的分析可知,要提高运动精度,应设法高进给运动的低速运动平稳性,可以采取的措施:降低执行部件的质量,减少静动摩擦系数之,提高传动刚度K。2.1.1减少动静摩擦系数之差执行部件所受摩擦阻力主要来自导轨副,一般的滑动导轨副不仅!动摩擦系数大,而且差值也大因此采用滚动导!卸荷导轨静压导轨塑料导轨,精度要求特高数控机床如数控三坐标测量机,则多采用气浮导。另外在进给传动系统中,广泛采用滚珠丝杠螺母或静压丝杠螺母副也是为了减少$f。2.1.2提高传动系统的传动刚度进给系统中从服驱动装置到执行部件之间必定要经过由齿轮!丝螺母副或蜗杆蜗轮副等组成的传动链为提高其刚,应尽可能缩短传动链,适当加大传动轴的直径,强支承座的刚度。此外,对轴承丝杠螺母副和丝本身进行预紧也可以提高传动刚度。2.1.3减小机床的热变形机床的热变形,特是数控机床的热变形,是影响加工精度的重要因引起机床热变形的热源主要是机床的内部热源,主电机!进给电机发热,摩擦以及切削热等热变影响加工精度的原因,主要是由于热源分布不均,热源产生的热量不等,各处零部件的质量不均,形成各部位的温升不一致,从而产生不均匀的温度场和不均匀的热膨胀变形,以致影响刀具与工件相对位置的正确性。82.2减少机床热变形及其影响的措施是:2.2.1减少机床内部发热量主运动采用直流或交流调速电机,减少传动轴与传动齿轮的数量;采用低摩擦系数的导轨和轴承;液压系统中采用变量泵这样可以减少摩擦和能耗发热。2.2.2均衡温度场主轴箱或主轴部件用强制润滑冷却,甚至采用制冷后的润滑油进行循环冷却;液压系统尤其是液压油泵站是一个热源,应放置在机床之外,若必须放在机床上时,应采取隔热或散热措施;切削过程中发热最大,要进行强制冷却,要自动及时排屑;对于发热大的部位,应加大散热面积或散热效果。2.2.3合理设计机床的结构及布局设计热传导对称的结构,如数控卧式镗床,采用双柱对称结构时,热变形对主轴轴线变位的影响要小,如果用立柱主轴箱悬挂的结构形式,则热变形对主轴影响要大结构设计时,应设法使热量比较大的部位的热向热量小的部位传导或流动,使结构部件的各部位能够均热,也是减少热变形的有效措施。2.2.4进行热变形补偿预测热变形的规律,建立变形的数学模型,或测定