数控机床加工精度实时补偿技术及其应用.pdf

数控机床加工精度实时补偿 技术及其应用 上海交通大学机械工程学院 数控机床加工精度补偿控制研究的意义 精密和超精密加工技术已成为现代机械制造中最重要的组成部 分和关键技术及发展方向。随着精密加工的广泛应用，对数控机床 加工精度的要求日益提高。数控机床的不精确性是由以下原因造成： （1）机床热变形误差；（2）机床几何误差；（3）切削力（引起的） 误差；（4）刀具磨损误差；（5）其它误差源，如机床轴系的伺服 误差，数控插补算法误差；等等。其中热变形误差和几何误差为最 主要的误差，分别占了总误差的45％、20％。提高机床加工精度有 两种基本方法：误差防止法和误差补偿法（或称精度补偿法）。误 差防止法是试图通过机床的设计和制造途径消除或减少可能的误差 源。误差补偿法是人为地造出一种新的误差去抵消当前成为问题的 原始误差，它主要采用“软技术” 。误差防止法虽能减少原始误差， 但靠提高机床制作精度来满足精度要求有很大的局限性，即使可能， 经济上的代价往往是很昂贵的。而误差补偿法是一种既有效又经济 （每台补偿实施成本仅为机床价格的5-10%， ）的提高机床精度手 段，通过误差补偿技术可在精度不很高的机床上加工出高精度零件。 误差补偿技术不但可用于新造机床以提高其技术含量，也适合于已 有机床的改造以避免花巨资购买高精度机床。 温度传感器在加工中心上的布置 T8 T18 温度传感器 T2 T7 T3 T17 T5 T6 T13 T1 T4 T16 T12 T11 T15 T9 T14 T10 温度传感器总数：32 应用实例 实例一。本方法在某厂的车削加工中心上使用。在补偿前，由于机床热变 形而产生以下三个主要问题：一、随着加工的进行，一个个工件直径尺寸越 来越小，每加工大约10个工件需调整机床一次，特别在加工初期工件尺寸变 化得更快，使得操作工劳动强度增大，且一有疏忽就会造成废品；二、每次 停机后加工的第一个工件直径尺寸有个向上的跳跃，绝大多数成为废品；三、 每班在机床切削加工前需预热即空转（包括主轴运转、拖板运动、冷却液流 动等）半小时以上，以达到机床的初步热平衡，这样既浪费了电力、损耗了 机床又降低了机床利用率。以150多台加工中心计算，由机床热变形造成的损 失是相当大的。经补偿，机床由热变形引起的工件尺寸误差从大于35µm 以上 降到12µm ，消除了废品，而且去除了预热。补偿技术应用于该厂150台类似 的车削加工中心，绝大多数获得优异的补偿效果，经济效益极大。 实例二。本方法还在某厂的一台数控双轴车床上使用。补偿前的情况与上 例基本相同。经补偿，机床由热变形引起的工件尺寸误差从60µm 以上降到 14µm ，锥度也大幅度下降。 目前，与我们正在进行合作研究机床精度补偿技术的单位有云南机床厂、 上海汽车集团汽车齿轮总厂、上海第二机床厂，等等。