数控设备运动误差的基本类型和解决方法

2012-02-21张兴旺

装备制造技术 2012年11期

张兴旺

（江苏省联合技术学院无锡交通分院，江苏无锡 214062）

计算机的发展速度已经使传统的制造体系，无法适应现代机械制造业的发展需求。随着全新制造模式的出现。数控设备也必须随之改进自身的功能，其作为现代机械制造业的重要加工工具，对制造业实现柔性、自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用，其应用能力、加工效率的高低直接体现了企业的加工水平和生产实力。所以，数控设备的误差应该降到最低。本文根据加工出的成品零件的微观形状对数控设备的运动误差进行原因分析，并找到相应的解决方法。

数控设备在精密零件加工方面有着重要的作用，但是在检测加工好的零件的时总会发现各种问题，我们从零件微观形状这一方面来检测和观察，可以确定数控设备存在着许多的问题。以下就数控设备运动误差的基本类型和基本方法来阐述，仅以和同行探讨。

1 反向间隙误差

反向间隙误差是指由于机床传动链中机械间隙的存在，机床执行件在运动过程中，从正向运动变为反向运动时，执行件的运动量与理论值存在的误差，最后反映为叠加至工件上的加工精度的误差。反向偏差会影响查补运动的精度，如在g01切削运动时，方向偏差会影响插补运动的精度，偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形。另外，反向偏差还会影响到机床的定位精度，使得钻孔等工作受到阻碍，影响工作的正常开展。在这里我就反向间隙误差的原因及解决方案做一下详细的解析如图1所示。

图1 反向间隙误差

1.1 反向间隙误差产生的原因

（1）机械运动在改变方向时，导轨的间隙引起运动，导致间隙过大。

（2）编码器磁滞现象的影响。

（3）在运动时滚珠丝杠的末梢部分有轻微的浮动。

（4）间隙补偿量不适当。

（5）滚珠丝杠由于应力过大而造成部分磨损，从而导致滚丝竹杠弯曲。

（6）滚珠丝杠由于热度过大而变形。

（7）驱动联接磨损。

（8）配重平衡影响。

1.2 反向间隙误差的解决方法

（1）机械运动在改变方向时，确定导轨间隙。

（2）正确设定间隙补赏量。

（3）随时调整编码器磁滞现象影响的数据。

（4）调整传送带或者楔铁在运动过程中的的松紧度。

（5）及时检查传送部分零件，若发现破损，及时更换。

（6）配重平衡系统要做到及时调整。

2 周期性误差

周期性误差是指以某一固定量为周期重复出现的系统误差，属于测距单元的一项原理误差，对测距精度有直接的影响。测距仪指以一定距离为周期重复出现的测距误差。光学度盘指以某一角度为周期重复出现的分划误差。它主要来源是仪器内部电信号的窜扰以及光信号的窜扰，并且在接收单元形成一个固定不变的干扰信号。然而对这些窜扰却不易捕捉的到，甚至是束手无策，只能测定其误差值的大小与相位，对测量成果进行周期性误差的改正。对于周期性误差问题我做了以下方面的研究如图2所示。

图2 周期性误差

2.1 周期性误差产生的原因

（1）滚珠丝杠在运动过程中有轻微的跳动。

（2）配重平衡系统失效。

2.2 周期性误差产生的解决方法

（1）调整滚珠丝杠避免跳动现象发生。

（2）调整配重平衡系编程。

3 粘滞爬行误差

通过对机床导轨爬行现象的产生机理分析可知，在系统模型传输带速度减小的过程中,系统的静平衡状态失稳,出现了纯滑动和粘滞——滑动形式的导轨爬行现象。机床导轨爬行严重影响机床的加工精度、表面粗糙度和定位精度,是精密机床及重型机床必须解决的问题。粘滞爬行误差的存在首先会损坏到局部的零部件，慢慢的会影响到机器其它零部件的正常功能，进而导致整部机器瘫痪。以下是我针对此问题所做的具体的研究总结如图3所示。

图3 粘滞爬行误差

3.1 粘滞爬行误差产生的原因

（1）低速运转时进给动力不足。

（2）滑轨润滑的误差。

（3）导轨损坏。

（4）楔铁变形。

3.1 粘滞爬行误差的解决方法

（1）检查导轨的完好性。

（2）检查润滑导轨面。

（3）校正楔铁。

（4）加大伺服增益。

4 运动丢失误差

运动丢失误差指的是影响设备正常运转的自身缺失的因素，是人为的缺失，可以是机器衔接间隙大小有误、可以是零部件变形等等。在轴承零件加工的每一道工序中，为了获得直线运动轴承加工表面的尺寸、形状和位置精度，总得对机床、夹具和刀具进行调整，任何调整工作都必然会带来一定的误差。运动丢失误差总体来说比较好控制，它大多都是直观因素，平时多注意对机器进行维护检修，就可以最大程度的避免。下面，我就运动丢失误差得以滋生的原因及解决方案做一下具体的阐述如图4所示。

图4 运动丢失误差

4.1 运动丢失误差产生的原因

（1）滚珠丝杠和支撑在数控设备在运动过程中由于弹性比较大导致运行轨道的变形。

（2）在运动过程中的滑动阻力造成驱动系统的变形。

（3）轴承座的内轴承之间轴向的游隙过大。

（4）轴承座的刚性不足，由弹性引起轨道变形。

4.2 运动丢失误差产生的解决方法

（1）检查滚珠丝杠和支撑是否变形。

（2）润滑导轨。

（3）调整轴承座的内轴承，消除间隙。

（4）调整轴承的刚性。

5 矩形误差

是指零部件角度不精准，或是因外部原因导致零部件受磨损。举一个很平常的例子，在绘制矩形中心线时，首先脑袋里会有一个具体的设计框架，但是当下笔画下来时总会觉得这有毛病、那有毛病，线直不直、长不长、短不短等等，稍有不慎就会出现偏差，这个偏差就成了误差形成的要因。因为工件各处尺寸的设置在一定程度上需要人工进行尺寸编程，需要重视精度的把握，误差的产生不可避免。下面就矩形误差产生的原因及解决方案做一下具体分析如图5所示。

图5 矩形误差

5.1 矩形误差产生的原因

（1）两轴的角度有误差，并非垂直90°。

（2）滚珠丝杠有轻微的弯度。

（3）导轨磨损。

（4）工作台平面度超差。

5.2 矩形误差的解决方法

（1）调整轴向，确定角度准确。

（2）检查滚珠丝杠。

（3）修磨导轨。

（4）修整工作台。

6 比例误差

比例误差是指与被测距离成比例的测距误差。比例误差可以造成零部件衔接不紧密、两轴之间运行不一致等不正常现象，致使机器不能正常运转。我们都知道，在数控设备方面，存在比例控制技术，这种技术价廉、可靠且实用。这一项技术的发明很大程度上严格控制了比例误差的产生，使得数控设备在这个微电子盛行的时代得以稳健的生存。只能说为了更大程度的完善设备的性能，多方面的去弥补、减小误差的产生，但是终归还是杜绝不了误差的存在。以下，就误差产生的原因及解决方案做一具体分析如图6所示。