【影響車床加工精度的因素及補償?shù)拇胧?700字】

影響車床加工精度的因素及補償?shù)拇胧┠夸?緒論 11.1研究背景 11.2數(shù)控化改造內(nèi)容 51.3本文工作 72數(shù)控車床的組成及工作原理 72.1數(shù)控車床的組成 82.2數(shù)控車床的工作原理 83影響數(shù)控車床加工精度的因素分析 83.1影響數(shù)控車床加工精度的主要因素 83.2影響數(shù)控車床加工精度的主要誤差來源 103.3刀具的誤差影響 104提高數(shù)控車床加工精度的方法和措施 114.1提高導軌幾何精度 114.2誤差補償法 114.3誤差防止法 114.4理論計算與CAD模擬 125結(jié)論 13參考文獻 141緒論1.1研究背景數(shù)控車床作為一種先進的加工設備，在機械制造得到了廣泛的應用，其經(jīng)濟效益和社會效益的創(chuàng)造也十分明顯。與普通機床相比，數(shù)控機床結(jié)合了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機械結(jié)構(gòu)。加工精度高，加工件復雜，適應性強，勞動強度低，已成為先進制造技術(shù)不可或缺的工藝設備。然而，在數(shù)控車床的生產(chǎn)加工中，精度控制對產(chǎn)品質(zhì)量有著很大的影響，隨著自動化的生產(chǎn)過程中的飛速發(fā)展，相應的數(shù)控加工精度也提出了新的更高的要求。在機械加工中，加工精度通常取決于加工精度、編程精度、伺服精度和插補精度所決定。數(shù)控車床加工過程中的各因素可能是導致機床最終加工誤差的主要原因。沒有全面的分析和控制，任何誤差源可能會影響零件的加工精度。如何提高數(shù)控車床的加工精度，不僅需要對影響加工精度的各種因素進行分析，還需要掌握數(shù)控車床加工的技巧和操作方法。數(shù)控機床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀中國是世界上最大的機床生產(chǎn)，但仍在國際市場競爭的低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴峻的形勢，一方面，特別是在各種機床和數(shù)控機床的國內(nèi)市場有很大的需求，另一方面，有也有很多國內(nèi)機床銷售，國外產(chǎn)品充斥市場。在中國的市場占有率僅為15%左右的國外數(shù)控機床90年，而95已達77%。中國的數(shù)控機床嚴重影響的獨立研究和發(fā)展趨勢。這種現(xiàn)象，除了外部企業(yè)，制造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和促銷工具的原因，最主要的原因是各種各樣的中國數(shù)控機床生產(chǎn)，性能和結(jié)構(gòu)先進，新產(chǎn)品（包括底座、專用機床）的開發(fā)周期長，不能為用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體來說，這個問題體現(xiàn)在以下五個方面：（1）中國機床廠發(fā)展的基礎，產(chǎn)品周期大約是15到18個月，其設計時間約為5至8個月，約40%的總周期。和國外一些先進機床廠類似的產(chǎn)品開發(fā)周期是6至9個月，設計的約1.5至2個月，只有25%。因此，產(chǎn)品開發(fā)的總周期或設計時間與國外先進水平存在較大差距。（2）由于科學分析中國工廠設計工具的缺乏（如評估軟件，分析整體結(jié)構(gòu)的有限元分析方法和機械性能測試設備等），新產(chǎn)品主要是基于視覺經(jīng)驗和仿真設計，減少成功的機會，往往需要反復嘗試的形狀，它可能會錯過新產(chǎn)品的市場機會。（3）根據(jù)用戶需要使用，往往會在訂單中做出一些特殊要求，即使產(chǎn)品將投入生產(chǎn)，一些用戶也提出了一些要求，這就要求快速設計和修改圖紙及相關(guān)技術(shù)文件。在國外，這種修改工作在幾天到2個月的電腦在我們的機床廠手工操作至少1~主持下的一個星期，因為這些圖紙和文件涉及多個部門，往往缺乏變化和錯誤現(xiàn)象，影響產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨。（4）現(xiàn)在，中國工廠設計和技術(shù)人員在廣大年輕人中，他們的專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，也承擔著發(fā)展的任務。（5）長期以來由于設計、制造和制造等方面缺乏有效的協(xié)調(diào)發(fā)展模式，不能從一開始就把方案發(fā)展到各方面的正確觀點，容易導致重復變化，延長開發(fā)周期。為了解決這些問題，對產(chǎn)品整個開發(fā)過程中必須應用于計算機技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)、優(yōu)化和仿真，提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能，建立CE（并行工程），設計，制造和生產(chǎn)人員共享的虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境的協(xié)同工作和知識，使用相應的虛擬產(chǎn)品開發(fā)軟件，從而有效地解決產(chǎn)品的落后局面，使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟效益。普通車床數(shù)控化改造的優(yōu)點作為機械制造行業(yè)的重要設備，其發(fā)展已引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促進機控制信息產(chǎn)生一個質(zhì)的突破，導致數(shù)字技術(shù)自動化控制靈活的新一代應用數(shù)控機床的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應用為人類的自動化加工提供了一種理想的手段。隨著計算機的發(fā)展，數(shù)控機床得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用，人們的傳統(tǒng)機床和結(jié)構(gòu)的概念也發(fā)生了根本的變化。數(shù)控機床以其卓越的性能和精度、靈活多樣的特點吸引了世界各國的注意，并創(chuàng)造了機電一體化產(chǎn)品的發(fā)展之首。數(shù)控機床是一種數(shù)字信息，機電產(chǎn)品的機電一體化，它是刀具與工件之間的相對位置，機器的啟動、停止、主軸轉(zhuǎn)速、工件的夾緊和釋放、工具選擇、信息等操作如冷卻記錄在控制介質(zhì)泵和數(shù)字代碼的操作序列和數(shù)字信息發(fā)送到數(shù)控裝置或計算機。經(jīng)過解碼、操作，發(fā)出各種命令來控制機床伺服系統(tǒng)或其他部件的執(zhí)行，并處理所需工件。數(shù)控機床與普通機床相比，其主要優(yōu)點如下：（1）適應性強，適合加工單或小批量復雜零件；數(shù)控機床改變工件的加工，只需重新編制新的工件加工程序，就可以實現(xiàn)工件的新加工。（2）加工精度高，加工質(zhì)量穩(wěn)定；（3）可以由多個坐標進行協(xié)調(diào)，可以處理復雜零件的形狀；（4）加工零件更換，一般只需更換數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間；（5）機器本身精度高，剛性好，可選擇有效的加工量，生產(chǎn)效率高（通常是普通機器的3到5倍）；（6）自動化程度高的機器能降低勞動強度，改善工作條件；（7）操作人員的素質(zhì)要求較高，維修人員的技術(shù)要求較高。數(shù)控機床通常由以下部件組成：（8）主機，他是數(shù)控機床的主體，包括機床、立柱、主軸、進給機構(gòu)等機械部件。他是用來完成各種切割機零件。（9）是數(shù)控裝備的核心，數(shù)控機床，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鑰匙盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件進行數(shù)字輸入組件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插值實現(xiàn)的控制功能。（10）驅(qū)動裝置，它是數(shù)控機床的執(zhí)行機構(gòu)，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機和進給電機。在數(shù)控裝置的控制下，通過電液或電液伺服系統(tǒng)控制主軸和進給驅(qū)動。完成幾個進給機構(gòu)，即可完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的繪制（11）輔助設備，數(shù)控機床，以及一些必要的支持部件，以確保數(shù)控機床的運行，如冷卻，切屑，潤滑，照明，監(jiān)測等。本實用新型包括液壓和氣動裝置、芯片設定裝置、變換臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù)控分度頭，包括刀具和監(jiān)視裝置。（12）編程等輔助設備，可用于備件的編程、存儲等。但也有很好的經(jīng)濟效益；有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化；數(shù)控改造費用低；機械性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)受限；可以充分利用現(xiàn)有的條件；可以使用最新的控制技術(shù)；交貨時間短，生產(chǎn)和需求。數(shù)控機床已經(jīng)成為中國的主流市場需求的產(chǎn)品，需求量逐年增加。近年來，數(shù)控機床在中國的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品開發(fā)取得了很大的進步，特別是在高速機床、多軸、復合材料、精度等都有了很大的進步。然而，與先進國家相比，國內(nèi)數(shù)控機床仍存在著類似的差距，不能滿足國家建設的需要。中國是一個機器國家約三百萬普通機床。但機器質(zhì)量差，性能落后，單床的平均產(chǎn)值只有約1/先進行業(yè)國家的10，差距過大，以及緊急轉(zhuǎn)型。舊機床的改造，顧名思義，就是萬能機，加入了計算機控制裝置，使其具有一定的自動化程度，達到加工工藝的預期目標。隨著數(shù)控機床的日益普及，數(shù)控機床的技術(shù)和經(jīng)濟效益，大家都明白了。在國內(nèi)工廠的技術(shù)改造中，數(shù)控已成為機床的一個重要方面。在許多工廠中，數(shù)控機床是由數(shù)控機床采購，數(shù)字化和PC技術(shù)被用來改造普通機床，取得了良好的經(jīng)濟效益。中國有限的經(jīng)濟資源，規(guī)模大、狀態(tài)機的高需求，不能拿出錢來購買新的數(shù)控機床的類型，和我們的許多老機器，經(jīng)濟的通用機床的控制系統(tǒng)，使其能滿足加工的需要，還可以提高對該機的自動化程度，更與國情中國行。1984，中國開始產(chǎn)生一種改造舊機床的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。到目前為止，許多廠家已經(jīng)開發(fā)了經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)。預計未來機床的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型將得到迅速發(fā)展和普及。所以本次畢業(yè)設計的實例具有典型性和實用性。1.2數(shù)控化改造的內(nèi)容數(shù)控車床的主要內(nèi)容和主要結(jié)構(gòu)形式如下：1、送料軸的轉(zhuǎn)換普通車床的X軸和Z軸由同一電機驅(qū)動。由驅(qū)動箱和滑動箱驅(qū)動刀具運動以獲得不同的工件距離。Z軸運動由行走輪驅(qū)動。得到不同數(shù)量的飼料的箱子是X軸運動。車床的一般數(shù)控變形通常由刀盒和滑塊取出，開關(guān)鏈切換到伺服（或步進）：Z軸：縱向電機、齒輪箱（或聯(lián)軸器）、立式滾珠絲杠、大支架、立式數(shù)控指令，獲得不同刀數(shù)和間距。X軸：臥式電機，齒輪箱（或聯(lián)軸器），水平滾珠絲杠，水平滑塊，臥式數(shù)控指令，得到不同數(shù)量的刀具。在整個傳動鏈傳動精度得到改造后，在保證機床剛度的前提下，滾珠絲杠的精度、排架的選擇和機床導軌的精度是非常重要的。（1）滾珠絲杠副的選擇和布置；大多數(shù)普通車床用于T型螺釘和其他滑動螺釘。與滾珠絲杠相比，傳動效率低，不能適應高速運動。此外，由于磨損快，導致維修精度和使用壽命低的特點，數(shù)控機床一般將經(jīng)常更換滾珠絲杠。滾珠螺桿具有以下特點：摩擦損失小，傳動效率高，可達0.90~0.96；如果你使用堅果，可以完全消除間隙，提高傳動剛度；摩擦阻力小，幾乎與速度無關(guān)，靜摩擦力很小，保證運動平穩(wěn)，不易穿，低速爬行現(xiàn)象；使用壽命長，維護良好的精度。因此，應該注意的是，滾珠絲杠不能鎖緊，可逆的，即，旋轉(zhuǎn)運動可以轉(zhuǎn)換成直線運動，或直線運動成旋轉(zhuǎn)運動，所以垂直和傾斜螺絲使用應增加制動裝置或平衡裝置。根據(jù)滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種。根據(jù)螺母結(jié)構(gòu)，螺母可分為兩個螺母和一個螺母。在過渡時應根據(jù)具體情況和結(jié)構(gòu)設置，因為外螺螺母后面的螺母外，所以容易損壞和卡住的現(xiàn)象，但內(nèi)部比賽的背后，在內(nèi)部的球，而不是卡住的現(xiàn)象。由于兩個螺母不僅裝配，預緊調(diào)整比單螺母更方便，而且傳動剛性比單螺母要大，只要機床的空間結(jié)構(gòu)滿足機床的一般要求，雙螺母結(jié)構(gòu)在多個循環(huán)。變形滾珠絲杠的變形直徑一般與原T型螺桿直徑相近。對于特殊要求，機器應根據(jù)桿系統(tǒng)的穩(wěn)定性計算臨界轉(zhuǎn)速，最后確定滾珠絲杠的直徑。導致機床在變形性能較低的前提下，機床傳動精度的提高。機床的傳動精度保證了機床的剛度，與螺桿本身和軸承的布置形式精度有很大關(guān)系，一般機床一般反之，P4滿足要求，專用精密機床P3級甚至更高。絲杠軸承的共同布置可根據(jù)不同的需要分為以下幾種，如圖1所示。(a)(b)(c) (d)圖1絲杠副軸承的布置①.圖1－a中為一端固定，一端浮空的布置方式。這種類型物件的安裝負載能力較小，軸向剛度較低，一般適應于短螺絲，如調(diào)整數(shù)控機床和升降臺式數(shù)控銑床的垂直坐標。②.圖1－b中為一端固定，一端支撐的布置方式。這種類型的安裝在螺絲上較長，轉(zhuǎn)速比較高的場合，當力越大的時候必須增加角接觸球軸承的數(shù)量，當更經(jīng)濟的推力球軸承代替角接觸球軸承時，速度不高。1－d中是兩端固定安排。這種安排的螺絲是最好的方式來支持的剛性螺釘通過預緊的軸承預緊力，以減少影響的熱變形的螺絲。該方法是利用螺桿的長度是不是這樣，但設計中應注意提高平面球軸承的承載能力，軸承的剛度和預拉伸絲的生產(chǎn)，否則將影響軸承的壽命，但也因為加量不易控制，增加附加力矩電機。(2）機床導軌普通車床軌道主要用于滑軌，在一定的時間內(nèi)會產(chǎn)生不同程度的靜摩擦和動摩擦系數(shù)，對機床的傳動精度有很大的影響。因此在改造其數(shù)控機床的同時，必須進行必要的機床維修保養(yǎng)，使機床導軌的磨損狀況更加嚴重，便于維修，即磨削、淬火、整形、刮加工，并采用合理潤滑，保證機床的精度。1.3本文工作闡述了影響數(shù)控車床加工精度的因素，提高了NC加工精度。首先分析了數(shù)控車床加工精度的類型及影響加工精度的原因。全面分析了NC機床的誤差來源，然后對數(shù)控車床加工精度的幾個主要誤差因素的影響提出了相應的補償措施和方法來控制和保證零件加工的精度。本文的結(jié)論對提高數(shù)控車床加工精度和提高現(xiàn)有數(shù)控車床水平具有重要意義。2數(shù)控車床的組成及工作原理2.1數(shù)控車床的組成數(shù)控車床是現(xiàn)代機械加工設備、現(xiàn)代機械制造技術(shù)、自動控制技術(shù)、檢測技術(shù)、計算機信息技術(shù)、高效率、高精度、高柔性、自動化程度高的典型機電一體化產(chǎn)品。與其他機電產(chǎn)品一樣，它還包括一個機械體，一個電源，一個電子控制單元，一個檢測傳感器，和一臺機器（伺服系統(tǒng)）。2.2數(shù)控車床的工作原理圖1為數(shù)控車床的工作過程原理圖。在普通車床上，操作人員根據(jù)圖紙的要求，通過切削工件和零件的要求改變工件與工件之間的相對運動的軌跡；而數(shù)控車床加工零件，加工零件的加工順序、工藝參數(shù)和機床運動的數(shù)控編程語言，然后輸入到數(shù)控裝置。數(shù)控加工一系列的加工程序，執(zhí)行伺服系統(tǒng)命令，驅(qū)動車床的運動部件自動處理零件。3影響數(shù)控車床加工精度的因素分析3.1影響數(shù)控車床加工精度的主要因素數(shù)控車床的加工精度由數(shù)控系統(tǒng)的控制精度和機床的機械精度組成。數(shù)控系統(tǒng)的精度，伺服控制方式的調(diào)整對數(shù)控車床加工精度的最佳直接影響，同樣數(shù)控機床的精度也將控制數(shù)控車床的精度。一般來說，數(shù)控車床加工的精度一般是由于以下原因：（1）車床熱變形誤差;（2）車床幾何誤差;（3）由誤差引起的刀具的幾何參數(shù);（4）工具磨損誤差;（5）伺服進給系統(tǒng)錯誤等。其中，刀具的幾何參數(shù)誤差和伺服進給系統(tǒng)誤差在實際生產(chǎn)中最常見。大多數(shù)現(xiàn)代數(shù)控車床通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠實現(xiàn)其位置控制，而滾珠絲杠驅(qū)動誤差可影響機床精度，數(shù)控機床定位精度等重要因素。目前，中國數(shù)控機床CNC工藝大多采用半閉環(huán)控制伺服給料系統(tǒng)控制，半閉環(huán)控制系統(tǒng)工作如圖2所示。在數(shù)控車床工作中，伺服電機螺桿方向相反的運動將使間隙空運行，導致軸承和軸承間隙間隙產(chǎn)生間隙。同時外力將使機床驅(qū)動，運動部件彈性變形，數(shù)控車床誤差為正運行誤差，并且由于變化引起的不均勻力分量的運算總和的間隙彈性差距，從而影響NC設備的準確性。機械部件的加工部分是通過數(shù)控車床在零件表面上運動一定的運行軌跡產(chǎn)生的。由于數(shù)控車床刀具的刀具半徑和主轉(zhuǎn)角的半徑，導致其圓柱形部分的加工軸向尺寸發(fā)生變化，軸向尺寸的變化與刀尖的半徑成正比，當?shù)栋霃桨霃降陌霃皆黾?，軸向尺寸的變化將增加，軸向尺寸的變化與車床主角的角度成反比。當車刀的主傾角增加時，軸向尺寸的變化減小因此，加工加工部時，軸向位移長度應根據(jù)軸向尺寸的變化而變化。在數(shù)控車床加工中，刀尖半徑，主偏角，刀尖間距和工件中心高度偏差等參數(shù)，將使零件和零件的表面粗糙度的精度有一定的影響，另外對不合理的參數(shù)也會影響車床的壽命。3.2影響數(shù)控車床加工精度的主要誤差來源國內(nèi)外研究結(jié)果表明，數(shù)控車床加工精度的各種因素影響程度不盡相同，各種誤差的比例如表1所示。從表中可以看出，CNC加工精度機床，工具，夾具，加工技術(shù)和加工環(huán)境等諸多因素。在正常加工條件下，CNC車床本身的精度是影響工件精度的最重要因素。一般來說，數(shù)控車床的幾何誤差占數(shù)控車床總誤差的20％?30％，精密和超精密數(shù)控車床的比例系數(shù)更高。3.3刀具誤差的影響在加工中心，由于采用自動換刀功能，同時提高了生產(chǎn)效率，又帶來了工具交換錯誤。數(shù)控車床誤差的方法是硬件補償和軟件補償。過去，通常使用硬件補償，如加工中心的螺距誤差補償。錯誤隨著微電子學的發(fā)展，控制，檢測技術(shù)的出現(xiàn)，出現(xiàn)了新的軟件補償技術(shù)。它是一個數(shù)控系統(tǒng)通訊補償控制單元和相應的軟件來實現(xiàn)誤差補償，其原理是利用運動坐標校正誤差。4提高數(shù)控車床加工精度的方法和措施如何提升數(shù)控機床加工精度，減少加工誤差，生產(chǎn)更緊湊的零件已成為研究熱點的熱點問題。為了提高加工精度的精度，誤差補償方法和誤差預防方法可以提高數(shù)控車床在實際生產(chǎn)中的加工精度。4.1提高導軌幾何精度數(shù)控車床的發(fā)展趨勢是切削速度快、精度高、切削速度高必然引起振動，因此需要精密軌道具有良好的穩(wěn)定性和較高的剛度，可用于改善整個滑軌的滑動方法。具體方法為設計數(shù)控車床中的淬火鋼滑塊設計，螺旋磨床在平面背面，導軌與底座之間的間隙集中使用塑料材料，最后進行整體磨削，獲得較好的幾何精度。4.2誤差補償法誤差補償方法，是采用數(shù)控系統(tǒng)補償功能，車床軸上現(xiàn)有的誤差補償，從而提高了車床方法的精度。這是提高數(shù)控車床精度的手段，誤差補償技術(shù)可以高精度地加工數(shù)控車床的高精度零件。錯誤補償?shù)膶崿F(xiàn)可以由硬件或軟件完成。（1）對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控車床，車床的定位精度和反向偏置重復定位精度，從而影響零件加工精度的處理，對于誤差的情況可采用補償方式反向偏置補償，降低加工零件精度誤差。現(xiàn)在中國的機械加工業(yè)，車床的車床定位精度有不少于0.02mm的車床，對于這種車床一般沒有補償功能，可以在某些場合實現(xiàn)其位置，清除后隙。（2）編程方法可以在機械部分相同和低速單向定位到達插補情況的起點，實現(xiàn)數(shù)控車床插補。插補過程中的插補過程在反向的情況下，反向間隙值然后形式插補可以滿足零件的公差要求。其他類型的CNC車床可以在NC設備存儲器中設置多個地址，以便作為專用存儲單元來存儲每個軸值的間隙。當指示車床的某個軸改變運動方向時，數(shù)控車床的數(shù)控裝置不時讀取軸的齒隙值，補償并修正坐標位移指令值，并精確定位車床要求在指定位置，消除或減少精密加工零件沖擊的反向偏差。4.3誤差防止法錯誤預防法是事先預防，試圖通過制造和設計消除可能的錯誤來源。例如，通過提高車床零件的加工精度和組裝精度，提高車床系統(tǒng)的剛性，改善車床的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)，嚴格控制加工環(huán)境車間的加工環(huán)境和溫升，提高加工精度傳統(tǒng)方法。誤差預防方法采用“硬技術(shù)”，但該方法具有車床性能和幾何級數(shù)成本增加的缺點。同時，只需使用防錯誤方法來提高車床的加工精度，達到一定要求的精度，然后增加將非常困難。4.4理論計算與CAD模擬由車削刀具的幾何參數(shù)引起的加工精度誤差可以通過對零件的輪廓和理想輪廓編程刀尖的路徑，即預先將軌跡轉(zhuǎn)換為假想刀尖軌跡來解決，如在理論上盡可能實現(xiàn)零誤差。同時，編程過程以刀尖為中心，以刀尖為中心，重要的是，由于刀尖的工藝過程中心的繪圖和計算的特點更為繁瑣，輕微的錯誤就會導致偉大的，為了避免和減少錯誤的發(fā)生，可