數(shù)控機(jī)床的誤差分析及補(bǔ)償方法
數(shù)控機(jī)床的精度是機(jī)床性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它是影響工件精度的重要因素。那誤差的差源有哪些呢?補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ鞘裁?YJBYS小編為你解答如下!
數(shù)控機(jī)床的精度可分為靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)精度。靜態(tài)精度是在不切削的狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)，它包括機(jī)床的幾何精度和定位精度兩項(xiàng)內(nèi)容，反映的是機(jī)床的原始精度。而動(dòng)態(tài)精度是指機(jī)床在實(shí)際切削加工條件下加工的工件所達(dá)到的精度。
機(jī)床精度的高低是以誤差的大小來衡量的。數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)者與使用者對(duì)數(shù)控機(jī)床精度要求的側(cè)重點(diǎn)不同，機(jī)床生產(chǎn)者要保證工件的加工精度是很困難的，一般只能保證機(jī)床出廠時(shí)的原始制造精度。而機(jī)床使用者只對(duì)數(shù)控機(jī)床的加工精度感興趣，追求的是工件加工后的成形精度。
數(shù)控機(jī)床誤差源分析
根據(jù)對(duì)加工精度的影響情況，可將影響數(shù)控機(jī)床加工精度的誤差源分為以下幾類。
1)機(jī)床的原始制造精度產(chǎn)生的誤差。
2)機(jī)床的控制系統(tǒng)性能產(chǎn)生的'誤差。
3)熱變形帶來的誤差。
4)切削力產(chǎn)生的“讓刀”誤差。
5)機(jī)床的振動(dòng)誤差。
6)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量誤差。
7)外界干擾引起的隨機(jī)誤差。
8)其他誤差。
誤差補(bǔ)償方法
提高數(shù)控機(jī)床精度有兩條途徑：其一是誤差預(yù)防;其二是誤差補(bǔ)償。誤差預(yù)防也稱為精度設(shè)計(jì)，是試圖通過設(shè)計(jì)和制造途徑消除可能的誤差源。單純采用誤差預(yù)防的方法來提高機(jī)床的加工精度是十分困難的，而必須輔以誤差補(bǔ)償?shù)牟呗浴?/p>
誤差補(bǔ)償一般是采用“誤差建模-檢測(cè)-補(bǔ)償”的方法來抵消既存的誤差。誤差補(bǔ)償?shù)念愋桶雌涮卣骺煞譃閷?shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償、硬件補(bǔ)償與軟件補(bǔ)償和靜態(tài)補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。
1)實(shí)時(shí)與非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償
如數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)位置反饋控制系統(tǒng)，就采用了實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)。非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償其誤差的檢測(cè)與補(bǔ)償是分離的。一般來說，非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差部分，實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償不僅補(bǔ)償系統(tǒng)誤差，而且還能補(bǔ)償相當(dāng)大的一部分隨機(jī)誤差。靜態(tài)誤差都廣泛采用非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)，而熱變形誤差總是采用實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償。非實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償成本低，實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償成本高。只有制造超高精度機(jī)床時(shí)，才采用實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)。此外，在動(dòng)態(tài)加工過程中，誤差值迅速變化，而補(bǔ)償總有時(shí)間滯后，實(shí)時(shí)補(bǔ)償不可能補(bǔ)償全部誤差。
2)硬件補(bǔ)償與軟件補(bǔ)償
在機(jī)床加工中誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)都是靠改變切削刀刃與工件的相對(duì)位置來達(dá)到的。硬件補(bǔ)償是采用機(jī)械的方法，來改變機(jī)床的加工刀具與工件的相對(duì)位置達(dá)到加工誤差補(bǔ)償?shù)哪康�。與利用計(jì)算機(jī)的軟件補(bǔ)償相比，此方法顯得十分笨拙，要改變補(bǔ)償量，需改制凸輪、校正尺鄧補(bǔ)償裝置，或至少得重新調(diào)整，很不方便。再者，這種方法對(duì)局部誤差(短周期誤差)一般無法補(bǔ)償。
軟件補(bǔ)償是通過執(zhí)行補(bǔ)償指令來實(shí)現(xiàn)加工誤差的補(bǔ)償。由于軟件補(bǔ)償克服了硬件補(bǔ)償?shù)睦щy和缺點(diǎn)，逐漸取代了誤差的硬件補(bǔ)償方法。采用軟件補(bǔ)償方法，可在不對(duì)機(jī)床的機(jī)械部分做任何改變的情況下，使其總體精度和加工精度顯著提高。軟件補(bǔ)償具有很好的柔性，用于補(bǔ)償?shù)恼`差模型參數(shù)或者補(bǔ)償曲線可隨機(jī)床加工的具體情況而改變，這樣在機(jī)床的長期使用中，只要實(shí)時(shí)對(duì)機(jī)床進(jìn)行誤差標(biāo)定，修改用于軟件補(bǔ)償?shù)膮?shù)，就可使數(shù)控機(jī)床的加工精度多次再生。
3)靜態(tài)補(bǔ)償法與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法
誤差的靜態(tài)補(bǔ)償是指數(shù)控機(jī)床在加工時(shí)，補(bǔ)償量或補(bǔ)償參數(shù)不變。它只能按預(yù)置的設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償，而不能按實(shí)際情況改變補(bǔ)償量或補(bǔ)償參數(shù)。采用靜態(tài)補(bǔ)償方法只能補(bǔ)償系統(tǒng)誤差而不能補(bǔ)償隨機(jī)誤差。動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是指在切削加工條件下，能根據(jù)機(jī)床工況、環(huán)境條件和空間位置的變化來跟蹤、調(diào)整補(bǔ)償量或補(bǔ)償參數(shù)，是一種反饋補(bǔ)償方法。這種方法也叫綜合動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償法，它不但能補(bǔ)償機(jī)床系統(tǒng)誤差，也可以補(bǔ)償部分隨機(jī)誤差，能對(duì)幾何誤差、熱誤差和切削載荷誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法可以獲得較佳的補(bǔ)償效果，是數(shù)控機(jī)床最有前途的誤差補(bǔ)償方法，但需要較高的技術(shù)水平和較高的附加成本。
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齒隙補(bǔ)償也稱反向間隙補(bǔ)償。在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件(如伺服電機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標(biāo)軸在運(yùn)動(dòng)反向時(shí)形成反向偏差。由于齒隙的存在，在開環(huán)系統(tǒng)中會(huì)造成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位移值滯后于指令值;當(dāng)運(yùn)動(dòng)反向時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反向死區(qū)，從而影響定位精度和加工精度。在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于有反饋功能，滯后量雖可得到補(bǔ)償，但反向時(shí)會(huì)使伺服系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而不穩(wěn)定。
為解決這一問題，可先采取調(diào)整和預(yù)緊的方法，減少間隙。而對(duì)于剩余間隙，在半閉環(huán)系統(tǒng)中可將其值測(cè)出，作為參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，則此后每當(dāng)坐標(biāo)軸接收到反向指令時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)便調(diào)用間隙補(bǔ)償程序，自動(dòng)將間隙補(bǔ)償值加到由插補(bǔ)程序算出的位置增量命令中，以補(bǔ)償間隙引起的失動(dòng)量。這樣控制電動(dòng)機(jī)多走一段距離，這段距離等于間隙值，從而補(bǔ)償了間隙誤差。需要注意的是，對(duì)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)不能采用以上補(bǔ)償方法(通常數(shù)控系統(tǒng)要求將間隙值設(shè)為零)，因此必須從機(jī)械上減小或消除這種間隙。有些數(shù)控系統(tǒng)具有全閉環(huán)反轉(zhuǎn)間隙附加脈沖補(bǔ)償，以減小這種誤差對(duì)全閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。也就是說，當(dāng)工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)伺服系統(tǒng)施加一定寬度和高度的脈沖電壓(可由參數(shù)設(shè)定)，以補(bǔ)償間隙誤差。
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