A. 數控機床的誤差分析及補償方法
數控機床的誤差分析及補償方法
數控機床的精度是機床性能的一項重要指標，它是影響工件精度的重要因素。那誤差的差源有哪些呢?補償的方法是什麼?我為你解答如下!
數控機床的精度可分為靜態精度和動態精度。靜態精度是在不切削的狀態下進行檢測，它包括機床的幾何精度和定位精度兩項內容，反映的是機床的原始精度。而動態精度是指機床在實際切削加工條件下加工的工件所達到的精度。
機床精度的高低是以誤差的大小來衡量的。數控機床的生產者與使用者對數控機床精度要求的側重點不同，機床生產者要保證工件的加工精度是很困難的，一般只能保證機床出廠時的原始製造精度。而機床使用者只對數控機床的加工精度感興趣，追求的是工件加工後的成形精度。
數控機床誤差源分析
根據對加工精度的影響情況，可將影響數控機床加工精度的誤差源分為以下幾類。
1)機床的原始製造精度產生的誤差。
2)機床的控制系統性能產生的'誤差。
3)熱變形帶來的誤差。
4)切削力產生的“讓刀”誤差。
5)機床的振動誤差。
6)檢測系統的測量誤差。
7)外界干擾引起的隨機誤差。
8)其他誤差。
誤差補償方法
提高數控機床精度有兩條途徑：其一是誤差預防;其二是誤差補償。誤差預防也稱為精度設計，是試圖通過設計和製造途徑消除可能的誤差源。單純採用誤差預防的方法來提高機床的加工精度是十分困難的，而必須輔以誤差補償的策略。
誤差補償一般是採用“誤差建模-檢測-補償”的方法來抵消既存的誤差。誤差補償的類型按其特徵可分為實時與非實時誤差補償、硬體補償與軟體補償和靜態補償與動態補償。
1)實時與非實時誤差補償
如數控機床的閉環位置反饋控制系統，就採用了實時誤差補償技術。非實時誤差補償其誤差的檢測與補償是分離的。一般來說，非實時誤差補償只能補償系統誤差部分，實時誤差補償不僅補償系統誤差，而且還能補償相當大的一部分隨機誤差。靜態誤差都廣泛採用非實時誤差補償技術，而熱變形誤差總是採用實時誤差補償。非實時誤差補償成本低，實時誤差補償成本高。只有製造超高精度機床時，才採用實時誤差補償技術。此外，在動態加工過程中，誤差值迅速變化，而補償總有時間滯後，實時補償不可能補償全部誤差。
2)硬體補償與軟體補償
在機床加工中誤差補償的實現都是靠改變切削刀刃與工件的相對位置來達到的。硬體補償是採用機械的方法，來改變機床的加工刀具與工件的相對位置達到加工誤差補償的目的。與利用計算機的軟體補償相比，此方法顯得十分笨拙，要改變補償量，需改制凸輪、校正尺鄧補償裝置，或至少得重新調整，很不方便。再者，這種方法對局部誤差(短周期誤差)一般無法補償。
軟體補償是通過執行補償指令來實現加工誤差的補償。由於軟體補償克服了硬體補償的困難和缺點，逐漸取代了誤差的硬體補償方法。採用軟體補償方法，可在不對機床的機械部分做任何改變的情況下，使其總體精度和加工精度顯著提高。軟體補償具有很好的柔性，用於補償的誤差模型參數或者補償曲線可隨機床加工的具體情況而改變，這樣在機床的長期使用中，只要實時對機床進行誤差標定，修改用於軟體補償的參數，就可使數控機床的加工精度多次再生。
3)靜態補償法與動態補償法
誤差的靜態補償是指數控機床在加工時，補償量或補償參數不變。它只能按預置的設定值進行補償，而不能按實際情況改變補償量或補償參數。採用靜態補償方法只能補償系統誤差而不能補償隨機誤差。動態誤差補償是指在切削加工條件下，能根據機床工況、環境條件和空間位置的變化來跟蹤、調整補償量或補償參數，是一種反饋補償方法。這種方法也叫綜合動態誤差補償法，它不但能補償機床系統誤差，也可以補償部分隨機誤差，能對幾何誤差、熱誤差和切削載荷誤差進行綜合補償。動態補償法可以獲得較佳的補償效果，是數控機床最有前途的誤差補償方法，但需要較高的技術水平和較高的附加成本。
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齒隙補償也稱反向間隙補償。在數控機床上，由於各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件(如伺服電機、伺服液壓馬達和步進電機等)的反向死區、各機械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標軸在運動反向時形成反向偏差。由於齒隙的存在，在開環系統中會造成進給運動的實際位移值滯後於指令值;當運動反向時，會出現反向死區，從而影響定位精度和加工精度。在閉環系統中，由於有反饋功能，滯後量雖可得到補償，但反向時會使伺服系統產生振盪而不穩定。
為解決這一問題，可先採取調整和預緊的方法，減少間隙。而對於剩餘間隙，在半閉環系統中可將其值測出，作為參數輸入數控系統，則此後每當坐標軸接收到反向指令時，數控系統便調用間隙補償程序，自動將間隙補償值加到由插補程序算出的位置增量命令中，以補償間隙引起的失動量。這樣控制電動機多走一段距離，這段距離等於間隙值，從而補償了間隙誤差。需要注意的是，對全閉環數控系統不能採用以上補償方法(通常數控系統要求將間隙值設為零)，因此必須從機械上減小或消除這種間隙。有些數控系統具有全閉環反轉間隙附加脈沖補償，以減小這種誤差對全閉環穩定性的影響。也就是說，當工作台反向運動時，對伺服系統施加一定寬度和高度的脈沖電壓(可由參數設定)，以補償間隙誤差。
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