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数控加工技术
数控加工技术课程报告
学院:
机械与汽车工程学院
专业:
机械设计制造及其自动化
姓名:
尹荣栋
学号:
1245522128
日期:
2015-05-15
江苏科技大学
数控加工技术报告
高精度、误差补偿数控加工技术的研究
高精度是数控技术研究的重要目标。
随着数控技术和数控机床的发展,对数控机床的加工精度及其测量技术提出了越来越高的要求。
目前,误差补偿技术已成为现代精密工程的重要技术支柱之一。
随着现代计算机技术、数控技术及测量系统的高速发展,误差补偿技术更是如虎添翼,有了更加广泛的应用前景。
特别在我国,随着我国工业和国民经济的高速发展,对数控机床质量的要求也越来越高,因而对数控机床补偿技术的研究会更深入,数控机床补偿技术的应用会更广泛。
关键词:
数控加工;误差测量;误差补偿
Abstract
HighaccuracyisanimportantgoalofresearchonNCtechnology.WiththedevelopmentofCNCtechnologyandCNCmachinetools,putforwardhigherrequirementsonmachiningaccuracyofNCmachinetoolandmeasuringtechnology.Atpresent,theerrorcompensationtechnologyhasbecomeoneoftheimportantpillarsofmoderntechnologyofprecisionengineering.Withtherapiddevelopmentofmoderncomputertechnology,numericalcontroltechnologyandmeasurementsystem,errorcompensationtechnologyisbeatigerwithwingsaddedmorewidelyappliedinthefuture,withthe.Especiallyinourcountry,withtherapiddevelopmentofourcountry'sindustryandeconomy,theCNCmachinetoolqualityrequirementsareincreasinglyhigh,sotheresearchofCNCmachinetoolcompensationtechnologywillbemorein-depth,applicationofCNCmachinetoolcompensationtechnologywillbemorewidely.
Keywords:
NCmachining;measurementerror;errorcompensation
引言
1952年,美国麻省理工学院与帕森斯公司进行合作,发明了世界上第一台三坐标数控铣床,标志着NC技术的开创和机械制造的一个新的、数值控制时代的开始。
目前,我国是全世界机床拥有量最多的国家(近300万台),但我们的机床数控化率仅达到1.9%左右,这与西方工业国家一般能达到20%的差距太大。
日本不到80万台的机床却有近10倍于我国的制造能力。
数控化率低,已有数控机床利用率、开动率低,这是发展我国21世纪制造业必须首先解决的最主要问题。
目前国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司,1年生产5万套以上系统,占世界市场约40%左右,其次是德国的西门子公司约占15%以上,再次是德海德汉尔,西班牙发格,意大利菲地亚,法国的NUM,日本的三菱、安川。
国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等,国产数控生产厂家规模都较小,年产都还没有超过300~400套。
随着科学技术的飞速发展,社会对产品多样化的要求日益强烈,产品更越来越快,多品种、中小批量生产的比重明显增加;同时,随着航空工业、汽车工业和轻工消费品生产高速增长,复杂形状的零件越来越多,精度要求也越来越高;此外,激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。
数控机床精度检测及误差补偿
1、误差来源
影响机床加工精度的误差源主要表现为
1)机床系统的空间误差,它包括:
由于机构几何误差、热误差、承载变形误差引起刀具与工件作用点上的相对位置偏差;由于伺服系统的跟踪误差、进给传动机构误差和位置检测误差等引起的位移误差。
2)刀具系统的位置误差,主要由换刀、刀具的尺寸调整误差、受力变形、热伸长和磨损等因素引起的。
3)工件和夹具系统的位置误差,主要由装夹弹性变形、切削热和工件材质不均匀等随机误差引起的误差。
4)检测系统的测试误差,主要指加工过程中实时检测、或工序间检测的测试误差。
5)外界干扰误差,主要指环境条件的扰动和运动工况的波动所引起的随机误差。
根据国外最新的研究成果,误差权重分配如表2.1所示。
从表中可以看出,几何误差、热变形误差、载荷误差以及刀具误差占到数控机床总误差的60%.70%。
2精度检测
机床原始误差参数的精确测定是误差模型准确计算的关键。
为了对数控机床的误差进行全面准确的预测和补偿或准确、全面评价机床性能,必须知道机床的所有误差元素在各种条件下、各种环境下以及在各个时刻的值,这远非一件易事。
为此国内外学者专家进行了不遗余力的研究,研究出了许多误差检定方法。
误差检测与辨识不仅是误差评定的基础,是机床精度评定工作的重要内容,而且是进行机床精度预报和误差补偿的又一关键技术。
精度检测是用合适的误差测量仪器直接测量出所要检定的误差成分,它有单项误差检测和综合误差检测之分。
误差检测不需要误差辨识模型,因此最可靠、最直观,也最便于应用。
一般情况下,机床单项几何误差的检测不是很困难,可以使用诸如激光干涉仪、机械方法、或其它光学方法进行高精度测量,但是机床热变形误差、弹性变形误差以及振动误差等由于多种因素的复杂影响,以及测量仪器研制、安装、性能等方面的制约,直接检测要困难得多,例如机床热变形误差就受到加工周期、冷却液的使用、零部件热特性以及周围环境等诸多因素的复杂影响,因此这类误差往往多采用间接估计的方法。
机床包括坐标测量机的动态误差也可以使用激光干涉仪直接检测。
在机床综合性能评价或综合误差补偿中,有时需要或只需要进行综合误差检测。
另外,综合误差检测也是辨识机床原始误差的一个重要途径,因此综合误差检测误差占有显著的地位。
近20年来,机床综合误差检测的研究主要集中在研制新型机床运动精度检测仪上,并取得了很大突破,用于机床运动误差检测的常用仪器已形成了系列。
由于条件的限制,很难对机床的各种指标都进行检测,但应用激光干涉仪对机床的位置精度和重复位置精度的检测是比较容易实现的,并且以此作为机床精度检测的一种常用发法。
国家标准GB/T17421-2-2000130规定了通过测量机床的单独轴线来检验和评定数控机床的定位精度和重复定位精度的方法。
主要指标是:
1.轴线的重复定位精度R;
2.轴线的定位精度A;
3.轴线的反向差值B;
4.平均位置偏差M。
其中,以重复定位精度R和反向差值B对加工精度的影响最为明显。
机床的重复定位精度是指重复定位时坐标轴的实际位置和理想位置的符合程度,重复位置精度的不准确会导致工件的尺寸误差。
而重复定位精度R的高低在很大程度上取决于滚珠丝杠的螺距累积误差和位置检测系统的误差。
反向差值是指机床在同一位置往返移动时重合程度,反向差值过大会直接影响工件的加工精度。
影响反向差值B的因素有:
由于测量轴线与被测机床运动坐标标准装置轴线(滚珠丝杠或光栅尺)存在偏置造成,运动部件移动时产生偏角,运动部件往返移动时产生阿贝误差B;滚珠丝杠副的加工误差;传动链各个部件的间隙误差;被测机床传动链连接和紧固元件松动等。
3误差补偿
数控机床的加工精度最终仍由刀具与工件之间的相对位置决定,其影响因素很多,而机床的动态误差和几何误差是影响加工精度的主要因素。
提高精度主要有两种途径,一是“硬件”方法,即提高机床部件的加工、装配精度,此方法不仅受到加工机床精度等级的制约,而且随着加工精度的提高,加工成本呈指数级数增加,效益不高。
二是“软件”的方法,该种方法充分利用数控机床的可编程、智能性,通过对误差的补偿而达到“低精度机床加工高精度工件”的效果。
采用软件的误差补偿技术是一项有效而经济的手段。
数控机床软件误差补偿技术由于无需对数控机床硬件进行改造,便可较大幅度提高数控机床的加工精度。
目前,对该方法的研究在数控机床上已得到广泛的应用,一般出厂时数控系统都已配有各自的误差补偿软件。
当前行之有效的是对机床各轴的定位误差补偿,通过修正数控系统反馈增值表IFC(IncrementalFeedCorrection),达到提高机床的定位精度的目的。
现有的数控系统,如HEIDENHAIN、SIMENZ、FUANC,国内的华中I、II、世纪星等,都有这一功能,并且可补偿的点数有增加的趋势;充分利用这一补偿功能,可达事半功倍之效。
MikronUCP800五轴数控机床的精度检测及误差补偿方法
利用英国雷尼绍(RENISHAW)公司MLl0激光干涉仪,对配有HEIDENHAINiTNC530数控系统的MikronUCP800数控机床的定位精度和重复定位精度进行精度检测和误差补偿。
1)MLl0激光干涉仪原理及测试系统
雷尼绍MLIO激光干涉仪为机床检定提供了一种高精度仪器,它精度高,达到土1.1PPM(在0~40℃下),测量范围大(线性测长40m,位选80m)。
测量速度快(60m/min),分辨率高(0.001pm),便携性好。
由于雷尼绍激光干涉仪具备自动线性误差补偿能力,可方便检测出机床精度。
2)检测与误差补偿
数控机床误差补偿系统该系统组成如图2.3所示:
数控机床、MLl0激光干涉仪、误差测量接口、误差补偿接口、计算机和打印机等。
图中数控机床是以MIKRONUCP800五轴联动数控铣床为误差补偿对象,MLIO激光干涉仪用于测量误差,计算机是系统的核心。
通过测量接口可用双频激光干涉仪自动测量数控机床的定位误差,误差数据可通过打印机输出。
再根据误差分析结果,依靠HEIDENHAINiTNC530数控系统自带的补偿软件进行精度补偿。
误差补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后进行的,这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。
另外,进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器(如激光干涉仪),这样可以先测量再补偿,补偿后再测量,并按照相应的分析标准对测量数据进行分析,直到达到机床对定位精度的要求范围。
误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。
所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整,其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。
所谓增量型是指以被补偿轴上相邻两补偿点间的误差差值为依据来进行补偿,而绝对型是指以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。
HEIDENHAINiTNC530数控系统是绝对型补偿,要求机床各轴的机械坐标参数考点必须是一个补偿点,系统规定各第一号补偿点应在各轴负方向最远端,即补偿点的编号从最负端开始,逐一向正方向编号。
各点要么不补,要么补一个正的当量,要么补一个负的当量,各点可补偿的误差范围为-1000pm~+1000pm。
3)实际检测补偿过程
精度的测量按照GB/T17421-2-2000数控机床位置精度的评定方法执行。
需要特别注意的是,环境温度保持在20±0.5℃测量应在机床预热以后,大约开机运行半小时以后进行,可以保证补偿数据的可靠性。
MIKRONUCP800空间位置的行程为800mmx650mm×500mm,采用HEIDENHAINiTNC530数控系统。
以x轴检测过程为例,当机床没有进行任何软件补偿之前,在X轴全行程上按照不等间距公式Pi=(i-1)p+r取17个点(取点越多检测结果越真实)。
用雷尼绍MLl0激光干涉仪跟踪检测X轴,来回运动5趟,来时为正向,返回时为负向。
通过对目标点实际空间位置的扑捉,根据GB/T1742-2-2000所规定的算法对其进行数据分析。
致谢
本论文是在方喜峰教授的指导下完成的,方教授教授不仅具备严谨的治学态度和科学的工作方法,而且有着持久的工作热情、高度的责任感,这些给了我极大的帮助和鼓舞。
参考文献
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