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

Abstract

The number controls tool machine to enter to have to the processing of spare parts accuracy for the accuracy exercising tremendous influence originally the text passes analytical the number control a tool machine machine to spread a parts of characteristic, get the number control tool machine to enter the reason that crawls along for system low speed, and put forward to raise number to control tool machine low speed to enter to sport of the measure of steady and sport accuracy.The number controls tool machine is according to processing procedure to automatically process spare parts, it has to process accuracy Gao and produces an

efficiency Gao, product quality stability, process process gentle good, process a function strong etc. characteristics.Process process in, as long as the change process procedure and then can attain the purpose of processing the different shape, different accuracy spare parts.But isn't each piece to control to operate personnels all ability at stipulate of time inside promise processing of work piece accuracy, raise a tool machine efficiency, ensure that the product is qualified.This text tallies up fulfillment experience for long time and combines theory analysis and put forward from several aspects what time superficial viewpoint.

Keyword:The number controls tool machine servo enter to spread for machine to process accuracy

目录

摘要 0

目录 (2)

引言 (4)

1速爬行产生原因 (5)

1.1速爬行产生原因分析 (4)

2提高进给运动精度采取的措施 (7)

2.1进给运动采取的三个措施 (7)

2.2减少机床热变形及其影响的措施是: (8)

3工件坐标系设定对加工精度的影响 (9)

3.1工件坐标系时一般应遵循如下原则: (10)

4 如何提高数控机床的加工精度 (12)

4.1反向偏差 (12)

4.2偏差的测定 (13)

4.3偏差的补偿 (14)

4.4何提高数控机床的精度 (14)

4.5定位精度 (15)

5工件的装夹加与加工 (15)

5.1按工艺规定的定位基准装夹，定位基准符合以下原则 (16)

5.2加工过程中的精度要求 (17)

6测量工具正确使用方法 (19)

6.1常用测量工具的读数 (21)

6.1.1千分尺的读数 (21)

6.1.2游标卡尺读数 (22)

结论 (23)

致谢 (24)

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

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

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)

当N不大时,由式(7)可以求得A的近似值=4PN

Ac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vc

vc=$F4PNKm=N#$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。

2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。

2.2 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,或测定其变形的具体数值,存入数控装置的内存中,用以进行实时补偿校正"如传动丝杠的热伸长误差,导轨平行度和平直度的热变形误差等,都可以采用软件实时补偿来消除其影响。

2.2.5 保持工艺系统的热平衡"高精度的机床可安装在恒温车间,并在使用前进行预热,使机床达到热稳定后再进行加工,这是在使用时防止热变形影响的一种措施。

2.2.6 控制环境温度精密数控机床一般安装在恒温车间,其温度一般控制在2e以内。

3工件坐标系设定对加工精度的影响

因为数控机床通过坐标控制刀具进给。每次操作完数控机床，机台一般不在零点位置上，当你下次操作机床的时候，如果不进行回零操作，那你程序中的坐标系反应在机床动作的时候就会出现偏差，即不能准确的建立机床坐标系。通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。这样你程序中的坐标就可以准确的在机床的运动中表现出来。其实无论是否提高机床加工精度，数控机床回零操作都是操作数控机床必须的一个步骤。

工件坐标系是编程人员在编写程序时 ,在工件上建立的坐标系 ,其原点即为工件原点(也称工件零点或编程原点) 。理论上是由编程人员任意设定的 ,但实际上 ,它是编程人员根据零件特点为了编程

方便以及尺寸的直观性而设定的。有个比较方便的方法,就是用夹头对刀,我们知道夹头外径,刀具去碰了输入外径就可以,对内径时可以拿一量块用手压在夹头上对,同样输入夹头外径就可以了. 如果有对刀器就方便多了,对刀器就相当于一个固定的对刀试切工件,刀具碰了就记录进去位置了.

3.1工件坐标系时一般应遵循如下原则:

3.1.1 尽可能将工件原点选择在工艺定位基准上 ,这样有利于加工精度的提高;

3.2.2 尽量将工件原点选择在零件的尺寸基准上 ,这样便于坐标值的计算 ,减少错误率(当尺寸基准与工艺基准不重合时 ,则要考虑由基准不重合产生的误差) ;

3.2.3 尽量选在精度较高的工件表面上 ,以提高被加工零件的加工精度;

3.2.4 对于对称零件 ,应设在对称中心上 ,一般零件应设在工件轮廓某一角上 ,且 Z 轴方向上原点一般设在工件表面;

3.2.5 对于卧式加工中心最好把工件原点设在回转中心上 ,即设置在工作台回转中心与 Z 轴连线的适当位置上;

3.2.6 应将刀具起点和编程原点设在同一处 ,这样可以简化程序 ,便于计算 ,提高加工精度;对一般零件 ,仅按上述原则确定工件坐标系 ,即能保证其加工精度。但对于复杂、特殊零件 ,就要综合考虑各种因素对加工精度的影响。

3.3 在立式加工中心上加工畸形工件根据畸形工件的结构特点 ,往往在一个零件上要选择两个或两个以上的坐标系 ,这时就要根据零件的形状特征、夹紧方式及各加工部位的精度高低等因素综合考虑:

3.3.1 建立几个坐标系;

3.3.2 先加工哪个坐标系的哪个表面才能提高整个零件的加工精度;

3.3.3 坐标系间定位尺寸的精度对各部位加工精度的影响(某些定位基准可能不在工件上) 。

3.4 在卧式加工中心上加工箱体类零件根据箱体类零件的结构特点 ,不仅除上下底面之外的四个侧面需要分别建立四个定位坐标系 ,而且每一侧面上有时还需建立几个坐标系 ,这时就必须考虑各加工精度如何保证。如：

3.4.1 机床回转中心坐标精度对零件相对两侧面坐标系的建立来说 ,它直接影响两相对侧面通孔的同轴度;

3.4.2 每一侧面上几个坐标系建立时 ,加工工序的设计对加工精度的影响;

3.4.3 以底面为基准的的装夹精度 ,直接影响孔轴线相对端面的垂直度;

3.4.4 基准底面精度对孔的中心高精度的影响。当然 ,零件结构不同 ,精度要求不同 ,坐标系的建立也不一样 ,不管何种情况都应详细分析优先选用哪一原则或同时兼顾哪几项原则 ,才能有利于保证零件加工精度、提高工作效率 ,降低加工成本。