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數控機床幾何誤差及其補償方法

時間:2018-12-18 09:55?? 作者:admin 點擊: 次
  提高機床精度有兩種方法。壹種是通過提高零件設計、制造和裝配的水平來消除可能的誤差源,稱為誤差防止法(errorprevention)。該方法壹方面主要受到加工母機精度的制約,另壹方面零件質量的提高導致加工成本膨脹,致使該方法的使用受到壹定限制。另壹種叫誤差補償法(errorcompensation),通常通過修改機床的加工指令,對機床進行誤差補償,達到理想的運動軌跡,實現機床精度的軟升級。研究表明,幾何誤差和由溫度引起的誤差約占機床總體誤差的70%,其中幾何誤差相對穩定,易於進行誤差補償。對數控機床幾何誤差的補償,可以提高整個機械工業的加工水平,對促進科學技術進步,提高我國國防能力,繼而極大增強我國的綜合國力都具有重大意義。 
 
 
  1幾何誤差產生的原因 
 
 
  普遍認為數控機床的幾何誤差由以下幾方面原因引起: 
 
 
  1.1機床的原始制造誤差 
 
 
  是指由組成機床各部件工作表面的幾何形狀、表面質量、相互之間的位置誤差所引起的機床運動誤差,是數控機床幾何誤差產生的主要原因。 
 
 
  1.2機床的控制系統誤差 
 
 
  包括機床軸系的伺服誤差(輪廓跟隨誤差),數控插補算法誤差。 
 
 
  1.3熱變形誤差 
 
 
  由於機床的內部熱源和環境熱擾動導致機床的結構熱變形而產生的誤差。 
 
 
  1.4切削負荷造成工藝系統變形所導致的誤差 
 
 
  包括機床、刀具、工件和夾具變形所導致的誤差。這種誤差又稱為“讓刀”,它造成加工零件的形狀畸變,尤其當加工薄壁工件或使用細長刀具時,這壹誤差更為嚴重。 
 
 
  1.5機床的振動誤差 
 
 
  在切削加工時,數控機床由於工藝的柔性和工序的多變,其運行狀態有更大的可能性落入不穩定區域,從而激起強烈的顫振。導致加工工件的表面質量惡化和幾何形狀誤差。 
 
 
  1.6檢測系統的測試誤差 
 
 
  包括以下幾個方面: 
 
 
  (1)由於測量傳感器的制造誤差及其在機床上的安裝誤差引起的測量傳感器反饋系統本身的誤差; 
 
 
  (2)由於機床零件和機構誤差以及在使用中的變形導致測量傳感器出現的誤差。 
 
 
  1.7外界幹擾誤差 
 
 
  由於環境和運行工況的變化所引起的隨機誤差。 
 
 
  1.8其它誤差 
 
 
  如編程和操作錯誤帶來的誤差。 
 
 
  上面的誤差可按照誤差的特點和性質,歸為兩大類:即系統誤差和隨機誤差。 
 
 
  數控機床的系統誤差是機床本身固有的誤差,具有可重復性。數控機床的幾何誤差是其主要組成部分,也具有可重復性。利用該特性,可對其進行“離線測量”,可采用“離線檢測——開環補償”的技術來加以修正和補償,使其減小,達到機床精度強化的目的。 
 
 
  隨機誤差具有隨機性,必須采用“在線檢測——閉環補償”的方法來消除隨機誤差對機床加工精度的影響,該方法對測量儀器、測量環境要求嚴格,難於推廣。 
 
 
  2幾何誤差補償技術 
 
 
  針對誤差的不同類型,實施誤差補償可分為兩大類。隨機誤差補償要求“在線測量”,把誤差檢測裝置直接安裝在機床上,在機床工作的同時,實時地測出相應位置的誤差值,用此誤差值實時的對加工指令進行修正。隨機誤差補償對機床的誤差性質沒有要求,能夠同時對機床的隨機誤差和系統誤差進行補償。但需要壹整套完整的高精度測量裝置和其它相關的設備,成本太高,經濟效益不好。機床工作時,根據加工點的坐標,調出相應的誤差值以進行修正。要求機床的穩定性要好,保證機床誤差的確定性,以便於修正,經補償後的機床精度取決於機床的重復性和環境條件變化。數控機床在正常情況下,重復精度遠高於其空間綜合誤差,故系統誤差的補償可有效的提高機床的精度,甚至可以提高機床的精度等級。迄今為止,國內外對系統誤差的補償方法有很多,可分為以下幾種方法: 
 
 
  2.1單項誤差合成補償法 
 
 
  這種補償方法是以誤差合成公式為理論依據,首先通過直接測量法測得機床的各項單項原始誤差值,由誤差合成公式計算補償點的誤差分量,從而實現對機床的誤差補償。
 
 
  2.2誤差直接補償法 
 
 
  這種方法要求精確地測出機床空間矢量誤差,補償精度要求越高,測量精度和測量的點數就要求越多,但要詳盡地知道測量空間任意點的誤差是不可能的,利用插值的方法求得補償點的誤差分量,進行誤差修正,該種方法要求建立和補償時壹致的絕對測量坐標系。 
 
 
  2.3相對誤差分解、合成補償法 
 
 
  大多數誤差測量方法只是得到了相對的綜合誤差,據此可以從中分解得到機床的單項誤差。進壹步利用誤差合成的辦法,對機床誤差補償是可行的。目前,國內外對這方面的研究也取得壹定進展。 
 
 
  誤差合成法,要求測出機床各軸的各項原始誤差,比較成熟的測量方法是激光幹涉儀,測量精度高。用雙頻激光幹涉儀進行誤差測量,需時間長,對操作人員調試水平要求高。更主要的是對誤差測量環境要求高,常用於三坐標測量機的檢測,不適宜生產現場操作。相對誤差分解、合成補償法,測量方法相對簡單,壹次測量可獲得整個圓周的數據信息,同時可以滿足機床精度的檢測和機床評價。目前也有不少的誤差分解的方法,由於機床情況各異,難以找到合適的通用數學模型進行誤差分解,並且對測量結果影響相同的原始誤差項不能進行分解,也難以推廣應用。誤差的直接補償法,壹般以標準件為對照獲得空間矢量誤差,進行直接補償,少了中間環節,更接近機床的實用情況。但獲得大量的信息量需要不同的標準件,難以實現,這樣補償精度就受到限制。 
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