數控機床定位精度的綜合分析

摘要：隨著我國現代化工業的發展和現代工業對高精度的要求，數控機床的應用已經十分廣泛。高精度是數控機床最明顯的優勢之一，而定位精度，則是數控機床控制精度的一個重要指標。數控機床定位精度的定義為：“機床的可動部件在數字控制系統控制下，快速或勻速運動時所能達到的預設坐標精度，是數控機床區別于普通機床的一個顯著標志”。還可以用誤差來表示機床的定位精度，主要包括：“控制系統誤差，導軌直線度誤差，反向間隙誤差，溫度誤差”等，機床定位精度會嚴重影響數控機床工作時的加工作業精度，所以，定位精度是決定數控機床性能品質高低的重要參數之一。

關鍵詞：數控機床 定位精度 分析

1 影響數控機床定位精度的各主要因素

1.1 導軌直線度對于數控機床定位精度的重要影響

數控機床由于長期的生產加工，會導致數控機床的各系統部件產生應力變形，會改變數控機床的導軌幾何精度，由于導軌發生了水平度和平行度的變形，會改變數控機床工作作業的相應導軌與滑體之間的接觸力與摩擦力，必然會導致數控機床的滑體和導軌之間的各配合面中出現不均勻的間隙，增加數控機床導軌直線誤差，降低數控機床的定位精度。經過大量實際測量，發現數控機床的導軌的中段發生弧面彎曲是導致產生導軌直線度誤差最主要的原因之一，一般可以使用“雙頻激光干涉儀”對導軌直線度進行精確檢測。

使用“雙頻激光干涉儀”檢測的具體方法為：“首先在數控機床需要測量的坐標軸的方向上安裝光學檢測裝置，調整激光頭指向，使機床滑體移動軸線與測量軸線平行或共線，保持光路準直，待激光預熱后輸入測量參數，按規定的測量程序對機床導軌直線度進行測量，最后分析數據并給出測量結果”。通過理論推導以及經過對大量檢測數據進行分析表明，在導軌不存在直線度誤差的理想條件下時，“激光干涉儀”實際測量值與數控機床工作臺滑體的理論行程相等。而在實際條件下的運行情況中，由于導軌并不會保持絕對的直線度，測量結果中可以明顯看出，機床的工作臺滑體實際工作行程與“激光干涉儀”測量值實際并不相等，即產生直線度誤差誤差。導致這種測量結果的原理是：滑體的理論行進方向與滑體在某個特定位置時由于導軌存在直線度誤差而產生微小的角度偏差，稱為偏差角β，從而影響到固定于工作臺的“激光干涉儀”的檢測反射棱鏡組，“激光干涉儀”的檢測反射棱鏡組因為偏差角β的存在會隨之產生一定偏擺，最終導致測量結果中的“激光干涉儀”的實際測量值與工作臺滑體的位移行程不一致。

1.2 絲杠螺距誤差對于數控機床定位精度的影響

數控機床所使用的絲杠也存在一定的誤差的，因為在加工制造絲杠的過程中也會必然存在一定的加工誤差，因此，絲杠的螺距其實并不是均勻的，當這種誤差達到一定程度時，就會導致實際加工生產中產生不均衡的傳動進給量，再加上數控機床在長時間工作中各系統部件的摩損，這些情況都會導致“機床系統檢測控制回路”為了達到最佳位置而不斷的搜尋，導致因為跟蹤誤差過大而降低機床定位精度。

1.3 環境溫度對于數控機床定位精度的影響

溫度誤差一直是機械加工時的最主要的誤差之一，也最難消除。因為數控機床的機體暴露于環境中進行加工作業，由于環境溫度的發生改變，導致機床導軌及工作臺或傳動系統等各系統部件產生熱脹冷縮的變形，這時當數控機床進行精密加工時，就會發生控制系統指令坐標值和實際位移坐標值并不一致，因而產生誤差，因此降低溫度誤差對于提高定位精度非常關鍵。

1.4 數控機床的震動對于定位精度的影響

數控機床在進行高速定位和加工作業過程中，由于受到各部件摩擦阻力、各部件應力，刀與加工工件的摩擦力以及工件自身應力影響，床身會產生程度的震動，這時控制系統指令坐標值和實際行程坐標值就會產生一定的偏差，降低數控機床的定位精度，由此可見震動誤差對于定位精度的影響是非常大的。

1.5 反向間隙對于數控機床定位精度的影響

所謂反向間隙誤差的定義是指由于絲杠和螺母之間在結合處必然會存在一定的間隙，所以機床工作中（特別是做換向動作時），在一定的角度內會出現工作臺動作滯后的現象，這種現象產生的原理是：在數控機床工作時，由于在受力一側螺母與絲杠存在的間隙，導致在間隙消除之前，盡管絲杠轉動，但是工作臺并不移動，產生空動現象。如果由于工作中的誤操作或者螺母在實際生產加工中受力發生彈性變形，倒置存在當的間隙距離過大，就會倒置數控機床在做加工動作時的反向間隙過大，因此導致在絲杠和螺母發生相對位移時，機床實際位移行程會相應的加大或縮小，如果反向間隙誤差嚴重則必然會降低數控的定位精度。所以此，現在數控機床的工藝對于進給系統的反向間隙誤差的限制都是非常嚴格的。

2 數控機床提高定位精度的方法

2.1 選用高精度導軌并為導軌安裝導軌防護罩

由于數控機床定位精度受導軌直線度的影響非常大，因此導軌的平行度、水平度、剛性以及承載力等就是數控機床的重要參數。可見保證和提高導軌精度對于提高機床的定位精度作用很大。為導軌添加“鋼制伸縮式導軌防護罩”是保證和提高到導軌的直線度的常用辦法，相應改變“鋼制伸縮式導軌防護罩”節數，為了減少總節數而加長每個單節。一股情況下應該保持5：1和3：1之間的最小壓縮比例和最大拉伸比例。

2.2 對傳動系統的反向間隙作出補償

對傳動系統的反向間隙進行合理的補償可以有效的提高數控機床定位精度。補償方法因為受到具體條件、硬件設施和環境的不同而不同，比如：應用反向間隙對計算機數控（computer numerical control，CNC），可以在保持原數控機床機械系統結構的情況下對傳動系統的反向間隙進行合理的補償；或者通過更換傳動系統的部件來進行調整和補償。

2.3 減少溫度對定位精度的影響

由于環境溫度的變化，數控機床的機械部件也會產生相應的熱脹冷縮的變形，因此直接影響數控機場的定位精度，對精密的數控機床加工設備和加工作業影響尤其明顯，因為不同的數控機床對于溫度和濕度等環境要求不同，所以要為數控機床建立相應穩定的工作環境，以減少環境因素對于精密機械產生的影響。

3 結論

本文主要通過以上對于影響數控機床定位精度的諸多因素的分析，說明數控機床在選擇環境、安裝、已經投入生產后的運行和維護的要求，以及補償方法。由于現代工業的飛速發展，精度成為工藝要求中最重要的標準之一。因此提高數控機床的定位精度對于提高工業加工企業的產品質量和競爭力更加重要。

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