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提高数控机床的运动精度和定位精度措施

  数控机床的运动精度和定位精度不仅受到机床零部件的加工精度、装配精度、刚度及热变形的影响,而且与运动件的摩擦特性有关。


  数控机床工作台(或拖板)的位移量是以脉冲当量作为它的 小单位,通常要求既能以高速又能以极低的速度运动。为了使工作台能对数控装置的指令作出准确的响应,就必须采取相应的措施。

  目前使用的滑动导轨、滚动导轨和静压导轨在摩擦阻尼特性方面存在着明显的差别。对于一般滑动导轨,如果启动时作用力克服不了数值较大的静摩擦力,这时被传动的工作台并不能立即运动,作用力只能使一连串的传动元件(如步进电机、齿轮、丝杠及螺母等)产生弹性变形,并储存了能量。当作用力超过静摩擦力时,弹性变形恢复,使工作台突然向前运动。这时由静摩擦力变为动摩擦力,其数值就明显减小,使工作台产生加速运动。由于工作台的惯性,使它冲过了平衡点而使工作台偏离了给定的位置。由于滚动导轨和静压导轨的静摩擦力较小,而且很接近于动摩擦力,加上润滑油的作用,使它们的摩擦力随着速度的提高而增大,这就有效地避免了人们十分关心的所谓“低速爬行”,从而提高了定位精度和运动平稳性。因此数控机床普遍采用滚动导轨和静压导轨。

  滚动导轨块是近三十年发展起来的新型支承元件。由标准导轨块构成的滚动导轨效率高、灵敏性好、寿命长、润滑简单及装拆方便等优点,因此广泛应用于数控机床及其他机械。

  由于滚动导轨和静压导轨降低了摩擦力,相应地减小了进给系统所需要的驱动扭矩,因此可以使用较小功率的驱动电动机。在轮廓控制系统中,由于减小了电动机尺寸和惯性矩,这就显著地改善了系统的动态特性。

  在点位直线或轮廓控制的数控机床上加工零件时,它经常受到变化的切削力,如果传动装置有间隙或刚性不足,则过小的摩擦阻力反而是有害的,因为它将会产生振动。针对这一情况,除了提高传动刚度之外,还可以采用滑动—滚动混合导轨,以改善系统的阻尼特性。

  除了滚动导轨和静压导轨以外,近二十多年来广泛采用了由聚四氟乙烯制成的贴塑导轨,它具有更为良好的摩擦特性、耐磨性和吸振作用。

  在进给系统中用滚珠丝杠代替滑动丝杠也可以收到同样的效果,目前数控机床几乎无一例外地采用了滚珠丝杠传动。

  数控机床(尤其是开环系统的数控机床)的加工精度在很大程度上取决于进给传动链的精度。除了减少传动齿轮和滚珠丝杠的加工误差之外,另一个重要措施是采用无间隙传动副,用同步带传动代替齿轮已成为一种趋势。对于滚珠丝杠螺距的累积误差,通常采用脉冲补偿装置进行螺距精度补偿。


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