数控机床精度

时间：2019-11-30

一、原理介绍

数控机床运动链包括数控装置→伺服编码器→伺服驱动器→电机→丝杠→移动部件，根据位置检测装置安装位置不同，分为全闭环控制、半闭环控制、开环控制。

1、全闭环控制进给伺服系统

将位置检测装置(如光栅尺、直线感应同步器等)安装在机床运动部件(如工作台)上，并对移动部件位置进行实时的反馈,通过数控系统处理后将机床状态告知伺服电机,伺服电机通过系统指令自动进行运动误差的补偿。但由于它将丝杠、螺母副及机床工作台这些大惯性环节放在闭环内，调试时，其系统稳定状态调试比较麻烦。另外像光栅尺、直线感应同步器这类测量装置价格较高，安装复杂，有可能引起振荡，所以一般机床不使用全闭环控制。

2、半闭环控制进给伺服系统

将位置检测装置安装在驱动电机的端部或是丝杆的端部，用来检测丝杠或伺服马达的回转角，间接测出机床运动部件的实际位置，经反馈送回控制系统。由于机械制造水平的提高及速度检测元件和丝杆螺距精度的提高，半闭环数控机床已能达到相当高的进给精度。大多数的机床厂家广泛采用了半闭环数控系统。

二、实际应用

1、全闭环控制系统

位置检测装置(如光栅尺、直线感应同步器等)有不同精度等级(±0.01mm、±0.005mm、±0.003mm、±0.02mm)，所以全闭环控制也会有误差，定位精度高低受精度等级影响。

位置检测装置热性能(热变形)，测量装置一般是非金属材料，热膨胀系数与机床各部件不一致，它是机床工作精确度的关键环节，所以必须要解决机床加工过程中的发热问题，以克服由于温度引起的热变形。高端机床会采用各种方式，如丝杠中空冷却、导轨润滑、切削液恒温冷却等方式来降低机床加工过程中的热变形。

位置检测装置安装也十分重要，理论上，越靠近驱动轴线(丝杠副)，测量越准确。由于受结构空间限制，光栅尺的安装方式只有两种，一种是安装在近丝杠副侧，另一种是安装在导轨外侧。推荐尽可能选取**种安装方式，但检修和维护不方便。反之，选择了高精度的光栅尺，而实际没有达到数控机床所要求的精度。即使**种情况，光栅尺的安装位置比较靠近驱动轴线，但是安装位置毕竟与驱动轴线有一定距离，这一点距离和驱动时物体的摆动相结合后，对光栅尺的检测控制带来了很大的麻烦。当驱动物体向光栅尺安装侧摆动时，光栅尺在检测时误认为移动速度不足，系统则给出加速信号，而驱动物体马上向另一侧摆动，光栅尺在检测时又误认为移动速度太快，系统则给出减速信号，这样反反复复运行，居然没有改善数控机床各线性坐标轴的控制，反而加剧了驱动物体的振动，导致了全闭环不如半闭环的奇特现象。

生产环境影响：一般机械加工工厂环境比较恶劣，灰尘、振动是常见现象，但光栅尺、直线感应同步器属于精密元器件，工作原理是靠光的反射来测量相对移动位置，灰尘、振动恰恰是影响测量精度的较大因素。另外，机床在加工时，切削油雾、水雾比较严重，对光栅尺、直线感应同步器影响非常大。所以要使用全闭环控制系统，除了做好安装密封外，一定要提高生产环境。否则，就会出现这种现象，刚来的新机床精度不错，但用了不到一年，不但精度下降，机床还经常报警。

2、半闭环控制系统

由于将测量装置安装在电机或丝杠*，比较*密封，所以对环境没有要求。半闭环控制系统的精度误差主要取决于丝杠的正反向间隙。随着机械加工工艺的提高，目前进口丝杠的制造工艺水平较高，高精度的丝杠副配合基本消除了正反向间隙。另外在装配环节，丝杠副采用双列反向滚珠丝杠副，可以完全消除正反向间隙。另外，很多机床厂，在机床装配时，将丝杠采用预拉伸方式，消除了机床热变形对丝杠传动精度的影响。所以目前半闭环控制系统已经能够保证机床达到很高的精度。

三、结论

综上所述可以看出，在理论上，如果不考虑外部因素，全闭环控制比半闭环控制可能会提高基础的定位精度。但如果不能很好的解决机床发热、环境污染、温升、振动、安装等因素，会出现全闭环不如半闭环的现象。短时间内可能会有效果，但时间一长，灰尘、温度变化对光栅尺的影响，将严重影响测量反馈数据，从而失去作用。同时光栅尺出现问题后，会产生报警，造成机床不能工作。

中低端机床，由于考虑生产成本和竞争力，在全闭环控制的配套上都进行了简化，例如密封、温升控制等没有很好的**。在这种条件下，花较大的成本，单纯的配置光栅尺并不能提高机床的精度。

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