数控机床的误差源分析.docx

数控机床的误差源分析加工误差是由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的，即“机床 按某种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预期产生的 响应之间的差异”，也可定义为“机床误差是机床工作台或刀具在运 动中，理想位置和实际位置的差异”。在切削加工中，零件的加工精 度主要取决于工件和刀刃在切削成形运动中相互位置的正确程度。根据误差产生原因机理和特性的不同，对误差的分类有多种描述方法。 一般认为，机械加工系统是由“机床一一夹具一一工件一一刀具”构 成的，根据误差源的不同，可以将工件上最终反映的误差划分为机床 误差、工艺系统误差和检测误差，这三类误差的来源和在总误差的比 例如下图和表所示。说明上总怠差比例机.床误差凡何误差机床的制造、莪配缺陷造成的机味零件间括1耐位置 朋形状琴误差.机味本身牌有误差.其感响机味的 如侦箱理和和山精:度18%65%热（变形）误差机床悔履变化引起变形姑成的机成晦件向相对位置 及形状等误差.热误淹呈观IF技性科性.35%力f交雅）谖差'，.，1、U .号'鸟'IWl.Qr .Nil 妇!更 /J、装妇J， 机席部件本身更力等）引起夔形造成的机用零件间 相对位置及形状等诙差，也称刚快诙差12%r.艺系酬 箕它诙差刀具误差如肌具磨损等产生的误差10%25%宪具误差如文具引力、见曳形产沱的误差5%工件也误差和蜂性工件自日变形堵成的误差S%其它谩差LiJTF"；的冲系W服配诙皿 最芹期卜算诀诙 差、反向间瞬、机味振动等2%检削该差+确定性误差检泗仪腾的自4误差以双母数很差革7%10%安装遥差检剥慎腾与机.床笙装3%数控机床误差补偿技术主要针对机床误差，大量研究统计表明，几何 误差、热误差、力误差大约可以占到机床误差的25%、55%、20%（具体影响与机床原有精度、使用时间、加工情况等有关）。所以对 机床这三项误差的控制将是提高机床加工精度的关键技术。机械加1.1艺系蜿中并类误差的比例1 2.帅下图显示了数控机床空间综合误差与各类主要误差之间的关系，机床 的实际空间误差是多种因素综合作用的最终反映，而且几何误差、热 误差、力误差之间是相互影响的。因此，实施补偿技术还可以在一定 程度上弥补机床自身误差源之外产生的误差机床热变形是导致热误差的直接原因，由于机床的内部热源和环境热 扰动导致机床结构热变形而产生的误差。机床内部的轴承、电机及导 轨间的摩擦都会产生大量的热量，使机床内部热平衡被打破，不断变 化的温度场引起机床内部产生热应力，致使机床部件只有通过变形来 平衡热应力的作用。下图所示为机床的热动态过程，在机床运转过程 中，机床在运动部件内部热源及外部热源的作用下，产生热量并传给 机床各部位产生温差并使各零部件产生热变形。机床内热源主要是电机功率损耗、运动部件磨擦产生的热量、冷却润 滑液、切削热等。外热源主要是环境温度变化、日照幅射等。机床各 部件通过热传导、热对流和热幅射三种方式进行热交换。由于各零件 形状、结构及约束条件不同，引起拉、压、弯、扭等各种热位移，造 成与加工精度相关的各零部件产生不同程度的热变形，最终则反映在 刀具和工件间的相对运动关系遭到破坏而导致机床加工精度下降。各种热源的发热量以及环境温度均随具体加工情况、时间而变化，同时 机床有一定热容量，其温升还存在时滞现象，因此机床的热变形是随 时间而变化的非恒定现象。切削力误差是指数控机床加工时产生的切削力导致刀具、工件、机床 部件等变形，从而使实际切削位置与理论切削位置发生偏移而产生的 误差。零件加工时，“机床一夹具一工件一刀具”组成的工艺系统在 切削力作用下，各组成环节会发生弹性变形，刀具与工件之间的相对 位置发生变动，会造成工件在尺寸、形状和表面位置方面的加工误差， 称为切削力引起的误差(简称切削力误差)。这种误差又称为“让刀”， 它造成加工零件的形状畸变，以前误差补偿技术一般不考虑切削力误 差，其原因主要有二：一是在最后一道精加工工序中，切削力较小， 因此它引起的变形可忽略不计；二是由于影响切削力的因素众多，切 削力的在线检测比较困难，建立准确的切削力误差模型非常困难。在高速、高效、高精度加工条件下，切削力误差问题变得越来越突出：(1) 现代机械加工中，切深和进给量往往比过去机械加工中所用加 大，这增大了切削力；(2) 近年来，随着各项工业的迅速发展，一些高硬、高强度难加工 材料应用日益广泛，这些材料切削性能较差，切削加工时切削力很大;（3）硬切削、干切削技术在现代机械制造中应用日益广泛，这些新 技术都使切削力变大，从而生成较大的切削力误差；（4）随着数控技术的不断发展、机床制造精度的不断提高，精度要 求也从几十微米发展到几微米，也要求解决切削力误差问题；（5）传统加工中，批量生产比较多，切削力误差属于重复性误差， 可以不被考虑。但在现代机械制造中，单件、小批量生产增多，往往 在一台机床加工多种不同的零件，因而切削力误差常常成为非重复性 误差； （6）随着测量技术和信号处理手段的不断进步，对于几何误差和热 误差的误差补偿技术研究较多，并取得了很多成绩，使力误差在残余 误差中的比例凸显出来。