1、數(shù)控機(jī)床誤差分析
對數(shù)控機(jī)床誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償, 先需要深入了解和分析機(jī)床誤差及誤差產(chǎn)生源,認(rèn)識各誤差環(huán)節(jié),掌握誤差的性質(zhì),并確切掌握各誤差之間的關(guān)系。對誤差的分析,可以從誤差的來源和誤差的分類入手。
從誤差來源看,一般的數(shù)控機(jī)床主要由床身、立柱、主軸和各種直線導(dǎo)軌或旋轉(zhuǎn)軸組成。其中的每一部分都會產(chǎn)生誤差。誤差源可分為:(1)機(jī)床部件的幾何誤差;(2)運(yùn)動誤差;(3)熱變形;(4)切削力;(5)機(jī)床本身重量及負(fù)載所造成的變形誤差;(6)機(jī)床裝配誤差;(7)測試設(shè)備誤差;(8)刀具磨損;(9)夾具誤差;(10)機(jī)床伺服控制誤差及插補(bǔ)算法誤差等。
從誤差來源還可以分為幾何誤差及運(yùn)動誤差、熱誤差、伺服控制誤差和切削力誤差等四個大類。在機(jī)床的各種誤差源中,熱誤差及幾何誤差為 主要的誤差分別占了總誤差的45%和20,所以減少這兩項(xiàng)誤差特別是其中的熱誤差是提高機(jī)床加工精度的關(guān)鍵,而且越是的機(jī)床,熱誤差占總誤差的比例越大,熱誤差不僅使產(chǎn)品的尺寸精度下降,而且因尺寸超差調(diào)整而影響生產(chǎn)率。
從誤差的性質(zhì)來看,可以分為準(zhǔn)靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。所謂準(zhǔn)靜態(tài)誤差就是指隨時間緩慢變化而且與機(jī)床本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)的誤差。它主要包括幾何誤差、運(yùn)動部件低速運(yùn)動時的運(yùn)動誤差、機(jī)床部件偏載引起的誤差、熱變形誤差等,準(zhǔn)靜態(tài)誤差占了機(jī)床總誤差的70%。動態(tài)誤差是指由主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動誤差、機(jī)床振動和機(jī)床伺服控制性能所帶來的誤差。動態(tài)誤差 多地依賴于機(jī)床的運(yùn)行工況。這些誤差都將導(dǎo)致工件與刀具之間的相對位置的變化。
從誤差補(bǔ)償角度對機(jī)床分類,則可以分為位置誤差和非位置誤差。與機(jī)床工作臺或刀具位置(機(jī)床坐標(biāo))有關(guān)的誤差,即誤差可由坐標(biāo)位置函數(shù)表達(dá),如幾何誤差,機(jī)床重力(引起)誤差,刀具磨損(引起)誤差等。與機(jī)床工作臺或刀具位置(機(jī)床坐標(biāo))無關(guān)的誤差,如熱誤差(與溫度高低有關(guān))、力誤差(與受力大小有關(guān))。
2、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)闹饕P(guān)鍵技術(shù)
數(shù)控機(jī)床誤差的補(bǔ)償過程 重要的幾個過程就是對誤差進(jìn)行建模、測量,并 終進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶?shí)施,因此,這些過程中涉及到的一些技術(shù)會對數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)拈_展效果具有重要的影響,因此也就成為了進(jìn)行誤差補(bǔ)償研究的主要關(guān)鍵技術(shù)。
(1)誤差建模技術(shù)
對誤差進(jìn)行建模是進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)闹匾疤幔`差的建??梢苑譃檎`差綜合建模和誤差元素的建模。在機(jī)械加工中,機(jī)床加工精度 終是由機(jī)床上刀具與工件之間的相對位移決定的,刀具與工件之間的相對位移誤差用運(yùn)動學(xué)模型表示出來就是綜合誤差。誤差元素的建模是針對檢測的某一項(xiàng)誤差元素,比如幾何誤差中的X軸直線定位誤差或者機(jī)床主軸的熱漂移誤差,進(jìn)行誤差的建模。誤差建模技術(shù)研究的關(guān)鍵在于尋找 為的建模方法將機(jī)床存在的誤差通過所建立的模型準(zhǔn)確的反應(yīng)出來。
(2)誤差測量技術(shù)
因?yàn)檫\(yùn)動學(xué)模型是基于機(jī)床的各個獨(dú)立誤差成分來計(jì)算 終的位置和方向誤差的,因而,需要對誤差成分進(jìn)行 和的測量和辨識。誤差測量方法可以分為直接誤差測量和間接誤差辨識。直接誤差測量是在機(jī)床不同位置和溫度分布條件下,使用諸如激光干涉儀或其它光學(xué)或機(jī)械的方法來測量誤差,直接誤差測量一般測量的是單項(xiàng)誤差。間接誤差辨識是指用諸如伸縮式球棒儀、平面光柵等測量儀器對誤差進(jìn)行測量,而后通過運(yùn)動學(xué)建立的綜合誤差模型及其它數(shù)學(xué)方法對測得的誤差進(jìn)行分離而間接獲得各誤差成分,間接誤差測量一般測量的是綜合誤差。一般來講,直接誤差測量 ,其測量原理 簡單明了,但比較耗時。而間接誤差測量則是一種、的測量機(jī)床誤差分量的方法。誤差測量技術(shù)研究的關(guān)鍵在于建立精度和效率之間的平衡,在不犧牲精度需要的情況下,盡可能的提高誤差測量方法的效率。
(3)誤差的補(bǔ)償實(shí)施技術(shù)
誤差的建模、測量研究的開展, 終是為了對誤差進(jìn)行補(bǔ)償,誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)施過程可以分為離線補(bǔ)償和實(shí)時補(bǔ)償兩種。所謂離線補(bǔ)償,就是根據(jù)測量的誤差對數(shù)控加工程序進(jìn)行修改成為新的加工程序之后輸入機(jī)床,或者是將測量的誤差作為誤差文件置于數(shù)控系統(tǒng)中,由系統(tǒng)在機(jī)床運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)用達(dá)到誤差補(bǔ)償?shù)男Ч?。離線補(bǔ)償時要求用于補(bǔ)償?shù)恼`差是已知甚至固定的數(shù)值,因此只能針對機(jī)床穩(wěn)定的誤差,比如機(jī)床的幾何誤差,對于機(jī)床的熱誤差由于和機(jī)床的溫度場相關(guān),而機(jī)床的溫度是不斷變化的,因此, 采取實(shí)時的補(bǔ)償方法。