数控机床位置精度及标准-文献综述整理.doc

数控机床位置精度检测及标准研究 一，数控机床位置精度定义 数控机床定位精度是指机床各坐标轴在数控装置控制下运动部件所能达到的目标位置的准确程度。一个移动部件沿直线(或圆)向既定位置趋近定位，总会有定位误差存在。定位误差的基本特征分量主要有四项。 1.系统误差 系统误差是指在一定或整个行程中的系统性误差(图1。它的特殊部分就是周期性误差。 产生系统误差的原因，主要是机床位移系统的基本元件(如丝杠、螺母、轴承等)或位移测量系统的基本元件(如刻线尺、同步感应器定尺等)或温度变化的影响等的误差。而丝杠止推轴承的轴向振摆以及由旋转编码盘测量位移时的码盘一转累积误差，将引起它的周期误差部分。系统误差对定位精度影响很大，尤其周期性误差的存在，将使移动长度的很小改变，导致位置误差的很大变化。如图1中移动长度L2仅比L1稍大一些，其位置误差A2却比A1大许多，尤其当从P1点移动长度L3到P2点时，会产生A3这样更大的位置误差。 2.分散性(即随机误差) 分散性是机床移动部件反复移向各个目标位置时，实际到达位置的精确性。分散性受移动速度、导轨摩擦特性、热、力、读数视差等因素的影响。它可由反复向同一目标位置沿同方向多次定位得到(图2). 3.反向定位的失动量 失动量为在向某一位置作正向和负向定位后，两个静止位置之差。 失动量的产生，一是驱动电机、传动元件和机床执行件间存在着间隙，二是传动系统的柔度和导轨摩擦特性的影响。 失动量的测量如图3。对于每一个特定点的目标位置，应分别测量正向和负向趋近目标位置N次的平均值和，然后取其代数差值。 4.最小可能移动量 最小可能移动量，是机床移动执行件实际能够给出的最小位移量。该移动量理论上应为机床数控系统的脉冲当量(对数控机床而言)，但由于导轨的摩擦、传动系统柔度、工作台及其上面放置工件的质量所引起的惯性以及润滑条件等的综合作用，它往往大于脉冲当量值。对于微小量进给加工和校正移动的准确性来说，最小可能移动量十分重要。所以，应该规定其最大允许值，并加以检验。 除上述四种特征分量之外，对有坐标原点之坐标行程的检测，尚有一个测量原点复归精度(一般多由热影响所致的“零点飘移”引起)的问题，亦应进行测量并规定允差。对于数控机床，还应考虑维持伺服驱动的速度输出与稳态下位置误差间成正比关系的位置回路增益，以及伺服控制驱动对步进速度输出指令的响应这两个动态分量的影响。 定位精度也可以理解为机床的运行精度。各运动部件的运动是在数控装置的控制下完成的,各运动部件在程序指令控制下所能达到的精度直接影响加工零件的精度,它反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性,所以定位精度是一项很重要的检测内容。因而定位精度也是加工中心机床最重要的，最具有该类机床特征的一项指标。机床位置精度的主要检测项目有: (1)直线运动位置精度(X ,Y,Z,U,V,TY轴); (2)直线运动重复定位精度; (3)直线运动反向间隙(失动量)测定; (4)回转运动定位精度(A,B,C轴); (5)回转运动重复定位精度; (6)回转运动反向间隙(失动量)测定。 二，数控机床位置精度检测的常用方法 数控机床位置精度检测的常用方法中，国内比较常用的方法有块规法和线纹尺，近年来随着大家对数控机床位置精度检测的重视，已经有越来越多的厂家开始使用国际上比较流行的双频激光干涉仪对机床进行检测。 2.1 线纹尺－显微镜检测法 2.1.1 测量原理 以精密线纹尺作为标准器,采用相对测量法进行测量,求出被测数控机床坐标轴上各被测点的位置偏差(单独偏差)。当数控机床沿被测坐标轴的轴线方向上作直线移动到目标位置p1,p2,p3,pj时(下标为目标位置序号),通过读数显微镜从精密线纹尺精确读出该目标位置的读数值,经过误差修正得到该目标位置的实际位置pij(i为检测序号)。根据GB10931-89中的位置偏差定义,实际位置减目标位置之差值即为该测点的位置偏差 即: (2-1) 根据这些位置偏差及位置精度的评定方法,经过数据处理,即可得到该轴线的定位精度!重复定位精度和轴线的反向差值等精度指标 2.1.2. 测量方法 线纹尺及读数显微镜的安装遵循阿贝原则将0级或1级线纹尺安放在机床的工作台上,如图2-1 a示,反复调整线纹尺,使之与被测坐标的轴线方向一致,若检测竖直方向(Y轴或Z轴)的位置精度,可用方箱作为定位基面。如图2-1 b示。 图2-1　a 　　　　　　　　　　　　　　　　图2-1　b 2.1.3 目标位置Pj及循环方式的选择 目标位置的选择必须客观真实地反映其周期误差在被测轴向的全部工作行程内随机选取各目标位置,一般应符合式(2) pj=(j-1)t+r