數（shù）控機床進給（gěi）係統進給精度誤差分析及（jí）優化
2015-12-7 來源（yuán）：數控機床市（shì）場網 作者：中捷機床有限公司，洪壽福 軒廣進 張洋
摘要：數控機床為縮短機械加工時間，進給速度及加速度的不斷（duàn）提高，對加工工件的精（jīng）密性（xìng）更加加強（qiáng），對其進給係統（tǒng）傳動精度要（yào）求更加嚴格，直線光柵尺閉環（huán）控製傳（chuán）動鏈（liàn）結構，對（duì）優化進給精度誤差簡單可靠。
關鍵詞：定位誤差 進給係統 光柵尺 絲杠 支撐方（fāng）式
在不斷（duàn）增（zēng）長的競爭壓力下，對現代化數控機床的生產效率和加工精度的要求也不斷提高，同時機床的（de）穩定性（各軸（zhóu）進給誤差）和使用壽命也相應變得越來越重要。這些變（biàn）化直接導致了（le）對機床進給控製檢測要求的提高（gāo）。機床（chuáng）總誤差（chà）中進給（gěi）係統（tǒng）的定位誤差為舉足輕重。目前數控機床加工零件加工精度要求高時，本身機（jī）械裝配已無法滿足（zú）要求機床各進（jìn）給（gěi）軸（zhóu）。必須通過直線（xiàn）光柵尺直接反饋進給係統運動誤差閉（bì）環（huán）控製進而通過數控（kòng）係統（tǒng）精細補償滿足前述高加（jiā）工精度要求。
1 進給傳動係統的結構
數控機床設計（jì）多種多樣,但進給係統（tǒng）結構大（dà）多相同。滾珠絲杠被用於（yú）實現伺服（fú）電機（jī）旋轉（zhuǎn）運動到滑板的直線運動（dòng）的轉換（huàn）。絲杠兩端支撐座內部的軸承（chéng）承受進給運動及加工的切（qiē）削（xuē）軸向分力。伺服電機通過聯軸器與絲杠聯（lián）接。而進給運動的位置值是通過直線光柵尺（chǐ）或電機編碼器加載到絲杠旋轉運動上的。單純使用編碼器對滾（gǔn）珠絲杠進行位置控製時腔（qiāng）製環檢測（cè）到的（de）數據（jù）是電機（jī）轉（zhuǎn）子角度位置並（bìng）非機床滑板的直（zhí）線運動位置。為了從電機轉子的（de）角度位置精確推算出滑板的（de）直線位置,驅動電機（jī）與滑板間一切傳動係統的性能必須 已知重複性必（bì）須高。而直線光柵尺控製包含了整個進給係統。進給（gěi）係統的（de）機械傳動誤差由光柵尺（chǐ）測量通過數控係統進行補償減少進給運動定位誤（wù）差。
1.1 運動誤差（chà）
直接采用旋轉編碼器十絲杠係統帶來的（de）是（shì）絲杠螺（luó）距誤差。進給（gěi）係統的間隙及螺距損失。由於滾珠絲杠的螺距用來直線測量的標準珠絲杠的螺距誤差直（zhí）接影響測量結果。進給係統（tǒng）內部間隙會導（dǎo）致（zhì）1到10 μm左右背隙出現（xiàn）。絲杠運動一定時間後可達到伸長平衡狀態。這個過程中會導（dǎo）致絲杠定位產生非（fēi）線性誤差。
誤差補償
數控係統由螺距補（bǔ）償和背隙補償。補償值需通過激光幹涉儀等檢測（cè）測量。
進給係統的受（shòu）力變形
在使用滾珠絲杠和編碼器來進行測量時,滑（huá）板加速移動（dòng）產生的慣性力、切削力、導軌內的摩擦力等機構變形力導致滑板軸向有位置偏移（yí）。經驗值,直（zhí）徑40mm 滾（gǔn）珠（zhū）絲杠,平均軸向偏移100/200N/μm之（zhī）間（jiān）。
慣性力
機床滑板的移動加速度（dù）越來越高移動慣性（xìng）力對進（jìn）給係統的變形也（yě）越來（lái）越大。
切削力
機床的切削力很容（róng）易達（dá）到幾千牛不僅作用於進給係統還作用於工件幾刀具上。而光柵尺補償小部分的變（biàn）形。所以一般在進行工件精加工時應用較小的進給力進行加（jiā）工。
摩擦力
根據導軌形式不同（tóng）摩擦力僅滾動（dòng）導軌垂直方向力的滑動（dòng）導軌垂直方向力的口左右。另外進給係統中最大的摩擦力產生於絲杠（gàng）螺母。原（yuán）因是絲杠螺母在（zài）進給運動中進行複雜的滾動及滑動相結合運動。
1.2 進給係（xì）統誤差來源
絲杠發熱產（chǎn）生定（dìng）位誤（wù）差
在采用編碼器進行位置控製時由（yóu）於滾珠絲杠發熱而導致定位（wèi）誤差是最大的誤差來源。
原因是，廠方麵在（zài）將電機的（de）旋轉運動轉為線性運動時絲杠要有高剛性，另一方麵絲杠起長度（dù）標尺作用。這種雙（shuāng）重功（gōng）能使得機床設計時必須滿足這兩方麵要（yào）求。而絲杠的剛性取決於絲（sī）杠的兩端（duān）固定預緊。
滾珠絲杠支撐軸承對定位精度影響
如圖a 絲杠單邊固定安裝（zhuāng）時，絲杠可以按溫度變化由緊（jǐn）固端出發自由伸長。通常用於短絲杠和垂直進給（gěi）絲杠（gàng），承載能力小軸向剛度低。
如圖b 絲杠單邊固定安裝，一端浮動時,絲杠可以按溫度變化由緊固端出發（fā）有微量軸向浮動，通常用於絲杠較長情況。
如圖c 絲杠兩端固定（dìng）安裝，並對絲杠施加預緊力時，絲杠的（de）軸向剛性大大提高但對熱變形較為敏感。
如圖d 由絲杠兩（liǎng）端雙（shuāng）重支撐固定安裝，並對絲杠施加預緊（jǐn）力時，使絲杠有（yǒu）較大的（de）剛度，還可以把絲杠熱變形釋（shì）放到推力軸承預緊（jǐn）中。所以必（bì）須考慮推力軸承的承載能力。
2 結論
機床進給係統因滾珠絲（sī）杠兩端支撐軸（zhóu）承（chéng）及絲杠螺母發熱，在采用半閉環控（kòng）製時會導致極大的（de）定（dìng）位誤差（chà）。通過絲（sī）杠和旋轉編碼器定（dìng）位的半閉環控製最大問題是滾珠絲杠的熱身長。這類伸（shēn）長過程常見時間常數為12小時，按加工程序的不同（tóng）會產生 0.1mm 數量級（jí）的誤（wù）差。而這（zhè）類誤（wù）差在數控機床整體誤差中占主導地位。
綜上述分析，為了減少進（jìn）給誤差滿足機床精（jīng）度及速度要（yào）求有必（bì）要采用直線光柵尺進行閉環控製。
投稿箱：
如果您有（yǒu）機床行業、企業相關新聞稿件發表（biǎo），或進（jìn）行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有（yǒu）機床行業、企業相關新聞稿件發表（biǎo），或進（jìn）行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息（xī）
