asa畢業設計—精密數控車床進給系統設計及精度分析-資料下載頁

　　

【正文】 形引起的誤10%～20%，熱變形誤差占20%～40%。而對于精密數控機床上的加工，熱變形引起的加工誤差所占比例可達40%～70%。 影響滾珠絲杠定位精度的因素◆滾珠絲杠的導程精度和安裝精度。◆機床滾珠絲杠徑向跳動及軸向竄動的影響。◆Ｚ軸滑板移動方向與工件軸線（或主軸軸線）平行度誤差的影響◆驅動電機主軸的扭轉變形影響。◆進給傳動部件（包括滾珠絲杠、滑體、刀架）受力引起的變形。◆進給傳動部件（包括滾珠絲杠、滑體、刀架）熱變形影響。◆進給傳動部件中間彈性環節的剛性不足引起的變形。◆床身和床鞍的熱變形的影響。◆低速進給時的爬行現象的影響。◆進給部件高速肩動、停止、進給引起的慣性、變形等的影響。 本精密數控車床的進給系統采用閉環控制，系統的精度取決于組成進給系統各環節的精度，由下列幾部分誤差組成：滾珠絲杠副制造的誤差和由于載荷與溫度變化的作用產生的絲杠、螺母、軸承、聯軸節及伺服系統的誤差 。滾珠絲杠副制造誤差由所選絲杠副的精度決定，可按任意300mm行程內行程變動量V300p而定。[9]（1）絲杠的軸向變形量計算絲杠的拉伸或壓縮變形量在軸向載荷作用下，絲杠在軸線方向上被拉伸或壓縮，變形量的大小與支承方式和螺母工作位置有關。由于絲杠采用兩端固定的形式，根據材料力學求解超靜定計算式，求得變形量： （45） 式中，F—軸向工作載荷，N；E—彈性模量，對于鋼，E=104N/mm2； A—絲杠截面積（按底徑定），mm2；L—絲杠在支承間的受力長度，mm；a,b—螺母至兩支承端的距離，mm。當螺母運動到兩支承端中點時，變形最大，其最大變形量： （46） mm，F=1200N，根據前面計算結果，取L=400 mm，代入數值，得， mm絲杠扭轉變形所產生的軸向變形量絲杠工作過程中受到扭矩作用，扭轉變形將引起絲杠導程發生變化。一個導程的變化量： （47） 式中，—絲杠導程，mm； —扭矩作用下絲杠每一導程長度兩截面上的相對扭轉角，rad。則絲杠受扭矩作用在支承長度L上產生的軸向變形量： （48）根據材料力學公式，扭轉角： （49）式中，—絲杠的驅動扭矩，Nmm；—剪切彈性模量，對鋼，G=104N/mm2；—絲杠截面慣性矩，mm4。根據進給系統設計過程中驅動電機的選擇計算，已算出M=2840 Nmm，因此，得：radmm由于絲杠較短，絲杠自重彎曲所引起的軸向變形量可以忽略不計。 故可以求得在載荷作用下，絲杠的軸向變形量：mm=（2）滾珠與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量螺母體變形量包括螺母和螺母座的變形量、螺母的固定螺栓所產生的軸向變形量和滾珠，與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量，由于螺母和螺母座的剛性好，不考慮其變形。因采用預緊螺母，對固定螺栓的變形也略去不計。對螺母體的變形只需考慮滾珠與滾道面彈性接觸變形。取=，故有： （50）式中：R—滾道半徑，mm；、—分別為滾珠半徑、直徑，mm；—接觸角，=；—工作的滾珠數，；—軸向預緊力，N；—滾珠絲杠副公稱直徑，mm。將各參數帶入上式，得：mm=。（3）支承滾珠絲杠的軸承的軸向變形軸承剛度為760，估算其最大軸向變形：滾珠絲杠選用0級精度，可查得其任意300mm行程內行程變動量：=，綜上所述，可得本車床Z軸（縱向）進給系統定位誤差為：滿足定位精度要求。 X軸精度計算如Z軸精度計算方法，可同樣計算出X軸向的定位精度。結果如下： =（+）+++3=5,表明傳動系統的實際誤差大于要求值。系統采用的是閉環控制系統，能夠有效地減小誤差，故在閉環反饋作用下，精度應能滿足要求。 誤差補償技術針對誤差的不同類型，誤差補償可分為兩大類。隨機誤差補償要求“在線測量”，須在機床上直接安裝誤差檢測裝置，在機床工作的同時，實時地測出相應位置的誤差值，用此誤差值實時的對加工指令進行修正。隨機誤差補償對機床的誤差性質沒有要求，能夠同時對機床的隨機誤差和系統誤差進行補償。但需要一整套完整的高精度測量裝置和其它相關的設備，成本。系統誤差補償是用相應的儀器預先對機床進行檢測，即通過“離線測量”得到機床工作空間指令位置的誤差值，把它們作為機床坐標的函數。機床工作時，根據加工點的坐標，調出相應的誤差值以進行修正。要求機床的穩定性要好，保證機床誤差的確定性，以便于修正，經補償后的機床精度取決于機床的重復性和環境條件變化。數控機床在正常情況下，重復精度遠高于其空間綜合誤差，故系統誤差補償能夠有效的提高機床的精度。目前，國內外對系統誤差的補償方法有很多，可分為以下幾種方法： （1）單項誤差合成補償法 這種補償方法是以誤差合成公式為理論依據，首先通過直接測量法測得機床的各項單項原始誤差值，由誤差合成公式計算補償點的誤差分量，從而實現對機床的誤差補償。數控機床誤差補償的研究已經取得了一定的成果。在1977年Schultschik教授運用矢量圖的方法，分析了機床各部件誤差及其對幾何精度的影響，奠定了機床幾何誤差進一步研究的基礎。Ferreira和其合作者也對該方法進行了研究，得出了機床幾何誤差的通用模型,對單項誤差合成補償法作出了貢獻。,獲得了比較理想的結果。Chenetal建立了32項誤差模型，其中多余的11項是有關溫度和機床原點誤差參數，對臥式加工中心的補償試驗表明，精度提高10倍。，對三坐標Bridgeport銑床21項誤差進行了測量，運用誤差合成法得出了誤差模型，補償后的結果分別用激光干涉儀和Renishaw的DBB系統進行了檢驗，證明機床精度得以提升。 （2）誤差直接補償法 這種方法要求精確地測出機床空間矢量誤差，補償精度要求越高，測量精度和測量的點數就要求越多，但要詳盡地知道測量空間任意點的誤差是不可能的，利用插值的方法求得補償點的誤差分量，進行誤差修正，該種方法要求建立和補償時一致的絕對測量坐標系。 1981年,Dufour和Groppetti在不同的載荷和溫度條件下，對機床工作空間點的誤差進行了測量,構成誤差矢量矩陣,獲得機床誤差信息。將該誤差矩陣存入計算機進行誤差補償。，通過測量機床工作空間內，標準參考件上多個點的相對誤差，以第一個為基準點，然后換算成絕對坐標誤差，通過插值的方法進行誤差補償，結果表明精度提高了2～4倍。Hooman則運用三維線性(LVTDS)測量裝置,得到機床空間27個點的誤差(，重復精度1μm)，進行了類似的工作。進一步考慮到溫度的影響，共測量8次，對誤差補償結果進行了有關溫度系數的修。這種方法的不足之處是測量工作量大，存儲數據多。目前，還沒有完全合適的儀器，也限制了該方法的進一步運用和發展。 （3）相對誤差分解、合成補償法 大多數誤差測量方法只是得到了相對的綜合誤差，據此可以從中分解得到機床的單項誤差。進一步利用誤差合成的辦法，對機床誤差補償是可行的。目前，國內外對這方面的研究也取得一定進展。 2000年美國Michigan大學JunNi教授指導的博士生ChenGuiquan做了這樣的嘗試，運用球桿儀(TBB)對三軸數控機床不同溫度下的幾何誤差進行了測量，建立了快速的溫度預報和誤差補償模型，進行了誤差補償。Christopher運用激光球桿儀(LBB)，在30分鐘內獲得了機床的誤差信息，建立了誤差模型,在9個月的時間間隔內,對誤差補償結果進行了5次評價,結果表明，通過軟件誤差補償的方法可以提高機床的精度，并可保持精度在較長時間內不變。 （5）誤差合成法，要求測出機床各軸的各項原始誤差，比較成熟的測量方法是激光干涉儀，測量精度高。用雙頻激光干涉儀進行誤差測量，需時間長，對操作人員調試水平要求高。更主要的是對誤差測量環境要求高，常用于三坐標測量機的檢測，不適宜生產現場操作。相對誤差分解、合成補償法，測量方法相對簡單，一次測量可獲得整個圓周的數據信息，同時可以滿足機床精度的檢測和機床評價。目前也有不少的誤差分解的方法，由于機床情況各異，難以找到合適的通用數學模型進行誤差分解，并且對測量結果影響相同的原始誤差項不能進行分解，也難以推廣應用。誤差的直接補償法，一般以標準件為對照獲得空間矢量誤差，進行直接補償，少了中間環節，更接近機床的實用情況。但獲得大量的信息量需要不同的標準件，難以實現，這樣補償精度就受到限制。何誤差補償以及基于切削力在線辯識的智能自適應控制的研究,取得了一些成果。 綜上所述：進行數控機床的誤差補償，誤差測量是關鍵，誤差模型是基礎。通過誤差的補償，可以有效的提高機床的精度，為提升我國制造業水平作貢獻。第6章總結數控機床是制造業的助推劑，在國民經濟和國防工業中有著舉足輕重的地位。而當今社會，對加工精度的要求越來越高，很多的高新行業都離不開精密超精密加工，精密超精密數控機床已成為展示一個國家綜合國力的一面鏡子，因此，研究數控機床的相關結構意義重大。經過三個月的努力，我終于完成了畢業設計的預定內容，在樊慶文老師的指導幫助下，我查閱了大量的文本、電子檔文獻，完成了精密數控車床進給系統的機械結構完整設計，并進行了精度分析。另外，花費了大量的時間，認真繪制完成了圖紙我對精密數控車床進給系統的所做研究還相當稚嫩，但是也卓有收獲，了解了機床進給系統的結構，特別是對滾珠絲杠螺母副有了較為深刻的認識，并重新梳理了所學的專業知識，為了完成設計，我結合了機械設計、機械制圖、公差配合等課程的知識，對這些知識的理解更為深入了，同時在一定程度上將理論和實踐結合了起來。我主要設計完成了進給系統的機械結構，并做了較基礎的精度，但是涉獵尚淺，特別是精度分析部分，還未能真正理解并能有所思考。如果有機會的話，可以繼續在此基礎上進行精度的深入研究，亦可以研究數控機床的電氣部分及數控系統。作為一名本科畢業生，在設計過程中，我深為知識儲備的不足和經驗的缺乏所困擾，因此，論文中的不足和疏漏在所難免，請老師予以批評指正。參考文獻[1]文懷興. 夏田. 數控機床系統設計. 北京：化學工業出版社，2007.[2]袁哲俊，王先逵. 精密和超精密加工技術(第二版). 北京：機械工業出版社,2007.[3]王愛玲，武文革，辛志杰，曾志強等．現代數控機床。北京：國防工業出版社，2007. 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