數控機床的進給系統是由伺服電機驅動,通過滾珠絲杠帶動刀具或工件完成各坐標方向的進給運動。為確定進給系統的傳動精度和工作穩定性,在設計機械裝置時,以低摩擦、低慣量、高剛度為原則,較近又研制了新型的陶瓷主軸,重量輕,熱膨脹率低,用在加工中心上,具有高的剛性和精度。
對加工精度有直接影響的主軸組件的精度、剛度、抗振性和熱變形性能要求,可以通過主軸組件的結構設計和正確的軸承組合及選用用軸承加以確定。為提升生產率和自動化程度,主軸上的卡盤有刀具或工件的自動夾緊、放松、切屑清理及卡盤準松機構。
具體措施有:
一、對滾動導軌和絲杠預加載荷,預拉伸;
二、采用低摩擦、輕拖動、的滾珠絲杠和直線滾動導軌;
三、通過消隙裝置去掉齒輪、絲杠、聯軸器的傳動間隙;
四、采用大扭矩、寬調速的伺服電機直接與絲杠相聯接,縮短和簡化進給傳動鏈;
數控機床出現幾何誤差的類型與算法
一、熱變形誤差:因為機床的內部熱源和環境熱擾動導致機床的結構熱變形而產生的誤差。
二、外界干擾誤差:因為環境和運行工況的變化所引起的隨機誤差。
三、機床的控制系統誤差:包括機床軸系的伺服誤差(輪廓跟隨誤差),數控插補算法誤差。
四、機床的振動誤差:在切削加工時,數控機床因為工藝的柔性和工序的多變,其運行狀態有愈大的可能性落入不不亂區域,從而激起強烈的顫振。導致加工工件的表面質量和幾何外形誤差。
五、檢測系統的測試誤差:(1)因為丈量傳感器的制造誤差及其在機床上的安裝誤差引起的丈量傳感器反饋系統本身的誤差;(2)因為機床零件和機構誤差以及在使用中的變形導致丈量傳感器泛起的誤差。
六、機床的原始制造誤差:是指由組成機床各部件工作表面的幾何外形、表面質量、相互之間的位置誤差所引起的機床運動誤差,是數控機床幾何誤差產生的主要原因。
七、切削負荷造成工藝系統變形所導致的誤差:包括機床、刀具、工件和夾具變形所導致的誤差。這種誤差又稱為“讓刀”,它造成加工零件的外形畸變,當加工薄壁工件或使用細長刀具時,這一誤差愈為嚴峻。
八、其它誤差:如編程和操縱錯誤帶來的誤差。
在條件下,機械系統結構形式的分布位置變化、移動部件的速度和加速度變化和所受負載的變化,都會造成機械系統動態特性較準靜態發生改變。因此,機械環節面臨的核心問題是要分析系統零部件和動靜結合部在不同位移/姿態和運動狀態(速度、加速度)下所受到的移動部件重力、加工切削力、預緊力、摩擦力和慣性力等多源力以及其物理行為特性,實現系統全工作狀態下的動力學性能定量計算與分析,進而對機械系統結構形式、零部件布局和尺寸參數以及裝配過程參數等進行主動設計。
伺服驅動系統是進給系統的能量輸入環節,是實現進給系統運動的動力源。由于電機結構非線性和驅動電路非線性,直線電機及旋轉伺服電機輸出的力矩并不是名義指令力矩,而是存在多階干擾諧波成分。在場合,進給軸處于不斷加減速或頻繁換向狀態,此時伺服進給系統的跟隨誤差受到數控指令頻寬、伺服系統帶寬以及伺服參數的共同影響,僅靠調整伺服參數無法減小跟隨誤差和其運動性能。
在多軸聯動加工場合,由于各軸的伺服特性、機械特性各不相同,數控系統分配給各軸的指令也不相同,導致各軸跟隨誤差不協調,造成聯動精度下降。因此,伺服驅動系統面臨的核心問題是研討電機結構非線性(磁鏈諧波、三相繞組不對稱、繞組匝間短路故障、齒槽效應及直線電機的端部效應等)和驅動電路存在非線性(三相驅動電壓不對稱、寄生電容、死區效應以及電流傳感器反饋誤差等)因素對電機力/力矩特j睦的影響機制,提出基于諧波特征的補償策略,實現中間解禍,并根據位移波動的允差設計出控制策略。另外,需研討加減速段伺服進給系統跟隨誤差的形成機制,提出相應的伺服控制方法,提升單軸控制精度和多軸聯動精度。
要提升機床的精度和熱性能,在設計階段,從提升機床的熱特性、熱剛度入手,實現機床的主動熱控,從根本上提升機床的熱性能。雖然人們自20世紀40年代就已開始對機床熱特性進行研討,但是由于守舊機床在精度和速度上沒有現代制造要求的這么高,熱問題不嚴重,且由于機床及其部件類型和負載的多樣性、結構的復雜性以及機床溫度場和熱變形受多種因素的影響,故其研討一般都是針對具體機床,采用實驗研討法或數值模擬法,分析機床的各種熱源及其對機床溫度場的影響,在機床熱設計方面就形成了“頭疼醫頭、腳疼醫腳”的現象,沒有形成系統的理論、方法和分析工具,這顯然與當前機床發展的要求不相適應。
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