如何提高精密机械加工数控机床的精度?
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如何提高精密机械加工数控机床的精度?
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如何提高精密机械加工数控机床的精度?

  随着我国经济的快速发展,数控机床作为新一代机床在精密机械加工制造中得到了广泛的应用。随着精密加工技术的飞速发展和对加工零件精度的要求,对数控机床的精度也提出了更高的要求。虽然用户在购买数控机床时,都非常看重机床的位置精度,特别是各轴的定位精度和重复定位精度。但是,这些数控机床的精度到底如何呢?大量统计数据表明:65.7%的新机,安装不符合其技术指标;使用中的数控机床90%处于错误状态。因此,为了及时发现并解决问题,提高零件的加工精度,经常对机床的工作状态进行监控,对机床精度进行检测是非常必要的。

  目前,数控机床位置精度检测通常采用国际标准ISO230-2或国家标准GB10931-89等。同一台机床,由于使用的标准不同,产生的位置精度是不一样的,所以在选择数控机床的精度时,也一定要注意它所使用的标准。数控机床位置通常是指数控轴的反向偏置和定位精度。对于无论是测定还是补偿都是提高加工精度的必要途径。

  首先,反向偏见

  在数控机床上,由于各坐标轴传动链上的驱动元件(如伺服电机、伺服液压电机和步进电机)存在反向死区,各机械运动传动副的回隙等误差存在,导致各轴在反向运动中由正转反时形成反向偏置,通常也称为回隙或损耗。对于数控机床的半闭环伺服系统,反向偏置的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度,从而影响产品的加工精度。如G01切割运动,反向偏置会影响插补运动的精度,如果偏差过大会造成“圆不够圆,方不够方”的情况;和G00快速定位运动,反向偏置影响机床的定位精度,使钻孔、镗孔等加工孔位精度降低。同时,随着设备运行时间的增加,由于磨损引起的间隙逐渐增大,反向偏差也会增加。因此,有必要定期测量和补偿机床轴向的反向偏差。

  反向偏差的测定

  反向偏置测量法:在被测行程的轴线上,将前进或反向运动提前一段距离与停止位置作为基准,然后在同一方向上给出一定的运动命令值,使其移动一段距离,再向相反方向移动相同距离,测量停止位置与参考位置的差值。在靠近行程中间和两端的三个点分别进行多次测量(通常是七次),并确定每个位置的平均值。得到的平均值中的最大值为反向偏差的实测值。在测量时必须先移动一段距离,否则无法得到正确的反向偏差值。

  在测量直线运动轴的反向偏差时,测量仪器通常带有百分表或百分表。如果条件允许,可以使用双频激光干涉仪进行测量。在使用表盘指示器或表盘指示器进行测量时,要注意桌座与杆的延伸不宜过长过长,因为测量的悬臂较长,桌座受力移动,导致计数不准确,补偿值不真实。如果用编程来实现测量,可以使测量过程更加方便和准确。

  例如,在三坐标立式机床上测量x轴的反向偏差时,首先将量规压在主轴的柱面上,然后运行以下程序进行测量:

  N10 g91 g01 x50 f1000;桌子向右移动

  N20 x 50;工作台左侧,消除传动间隙

  N30 g04 x5;暂停观看

  N40 Z50;z轴升力开口

  N50 X-50:工作台在左边

  N60 X50:表右移位复位

  N70 Z-50: Z轴复位

  N80 G04 X5:暂停观察

  N90 M99;

  需要注意的是,在工作台的不同速度下测量的结果会有所不同。一般情况下,低速时所测值比高速时大,特别是在机床轴载和运动阻力较大时。低速运动表转速低,不易超调(相对于“回隙”),因此测量值较大;在高速时,由于表速高,超调容易出现超调,测值小。

  测量旋转轴反向偏差量的方法与测量直线轴的方法相同,只是用于测试的仪器不同。

  反向偏差补偿

  国内数控机床,定位精度,有很多>0.02mm,但无补偿功能。对于这类机床,在某些场合可通过编程实现单向定位,并可清除回隙。在机械零件恒定的条件下,一旦低速单向定位到达插补起点,就开始插补过程。当假进给遇到反方向时,对齿隙值进行形式插补,以提高插补加工的精度。基本上可以保证零件的公差。

  对于其他类型的数控机床,通常在数控存储器中有许多地址专门用于存储每个轴的回隙值。当机器的某一轴被命令改变运动方向时,数控装置会自动读取该轴的反向间隙值,补偿并修正坐标位移命令值,使机床精确定位在命令位置上,消除或减少微小的反向偏差对机器精度的不利影响。

  一般数控系统只有单齿隙补偿可用,为了平衡高低速运动的精度,除了更好地做好机械外,只有快速运动的被测值的反向偏置作为补偿值的输入,很难达到平衡,要考虑到快速定位精度和切割插补精度。

  对于FANUC0i和FANUC18i等数控系统,有两种间隙补偿可用于快速运动(G00)和低速切削进给运动(G01)。根据不同的进给方式,数控系统自动选择使用不同的补偿值,以完成更高精度的加工。

  输入参数NO11851 (G01的试验速度可根据常用的切削进给速度和机器特性确定),将G00测量的齿隙G00值输入参数NO11852。需要注意的是,如果数控系统单独执行指定的间隙补偿,应将参数号1800的第4位(RBK)设为1;如果RBK设置为0,则指定反向间隙补偿。G02、G03、JOG和G01使用相同的补偿值。

       二、定位精度

  数控机床定位精度是指被测机床中运动部件在数控系统中所能达到的运动位置精度,是区别于普通数控机床的一项重要的机床精度,它与机床的几何精度一起对机床的切削精度有着重要的影响,特别是对孔加工中的节距误差有着决定性的影响。数控机床的加工精度可由其所能达到的定位精度来确定,因此对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要手段。

  定位精度的测定

  目前采用双频激光干涉仪对机床进行检测加工。基于激光干涉测量原理,以激光实时波长为测量标准,提高了测试精度,扩大了应用范围。检测方法如下:

  安装双频激光干涉仪;

  在需要测量的机器坐标轴方向安装光学测量装置;

  调整激光头,使测量轴与机器运动轴共线或平行,使光学预对准对准;

  激光预热后,输入测量参数;

  按规定的测量程序测量机器的运动;

  数据处理和结果输出。

  补偿的定位精度

  如果被测定位误差超出数控机床误差允许范围,必须对机床误差进行补偿。常用的方法是计算节距误差补偿表,手动进入机床数控系统



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