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決定機床精度的關(guān)鍵因素
*達到高精度
機床精度受溫度影響zui重要的部位是進給驅(qū)動。高的速度和大的加速度使?jié)L珠絲杠發(fā)熱,絲杠膨脹。如果沒有相應(yīng)位置測量技術(shù),幾分鐘時間的定位誤差就能達到100µm。因此,公差要求嚴格的工件只能在熱特性好的的機床上加工,即使加工工藝非常不同也必須這樣。
進給驅(qū)動的位置測量
原則上用進給絲杠的螺距和安裝在絲杠上的旋轉(zhuǎn)編碼器或直線光柵尺可以測量直線NC軸的位置。
進給絲杠上有旋轉(zhuǎn)編碼器的情況下,滾珠絲杠有兩個功能:作為驅(qū)動系統(tǒng),它必須傳遞大驅(qū)動力;但為實現(xiàn)高精度定位,還要求它的螺距高,重復(fù)性好。但是,位置控制環(huán)只有提供絲杠旋轉(zhuǎn)速度和每轉(zhuǎn)細分信息的旋轉(zhuǎn)編碼器測量設(shè)備。這種情況下,驅(qū)動機構(gòu)的磨損和溫度導(dǎo)致的位置變化未包括在測量值中。
驅(qū)動系統(tǒng)存在無法避免的定位誤差,并嚴重影響工件質(zhì)量。如果用直線光柵尺測量滑座位置,位置控制環(huán)就包括全部進給機構(gòu)。這時,機床運動傳遞元件的軸向間隙和誤差就不能影響位置測量精度。測量精度只取決于直線光柵尺精度和安裝位置。
整體構(gòu)件加工舉例
典型整體構(gòu)件在高性能的高速切削(HSC)機床上用高速進給和高速切削加工。不同的粗銑和精銑進給速度使?jié)L珠絲杠膨脹系數(shù)非常不同。如果進給驅(qū)動沒有使用直線光柵尺,小批量和短交貨期生產(chǎn)時,每個加工零件的尺寸就會不同。因此,熱膨脹可能使加工公差無法達到要求。用10m/min進給速度銑端面時,滾珠絲杠發(fā)熱。左側(cè)為工作臺,右側(cè)為伺服電機。溫度記錄圖顯示溫度為25°C(深藍色)至40°C(黃色)。
小批量和單件生產(chǎn)海德漢公司的直線光柵尺提高了加工精度,速度測量,位置測量,如果使用直線光柵尺,這些誤差就可以避免,滾珠絲杠的熱膨脹影響可被*補償。
圖示的測試結(jié)果非常清楚地顯示不用直線光柵尺加工時發(fā)熱導(dǎo)致的誤差。飛機鋁聯(lián)桿是用鋁坯銑削10mm深加工的。在工件上方進行20個空刀循環(huán)后,銑削聯(lián)桿下端。從工件端頭邊線可以非常清楚地看出進給軸的溫度變化影響。測試中使用直線光柵尺加工的工件則無這個邊線。因此可以保證*件就能實現(xiàn)高精度。
模具加工的影響
模具加工對形狀精度要求很高。同時,還必須使用高速進給以縮短加工時間。*和zui后一道路徑必須吻合以避免高速進給節(jié)省的的時間將被大量修復(fù)工作抵消。加工測試件形狀為瓦茨曼山峰形狀。為直觀體會使用直線光柵尺和不用直線光柵尺加工該模具的差別,特意從工件中間開始加工。*和zui后一道路徑相鄰,可見的邊線清楚地反映了溫度變化影響。使用直線光柵尺的機床,瓦茨曼山峰形狀就沒有這條邊線。
進給軸的位置測量方法,自由形狀表面的瓦茲曼山峰:左側(cè)為無直線光柵尺情況,右側(cè)為使用直線光柵尺情況
結(jié)論:如果機床具有高熱穩(wěn)定性,可以非常成功地完成生產(chǎn)訂單。進給軸必須在整個行程上具有要求的精度,其中包括速度和切削力的大幅變化時。這些要求都能通過使用直線光柵尺的機床滿足。
聯(lián)桿,用相同毛坯加工兩次
無直線光柵尺(左):有清晰的溫度變化造成的邊線
用直線光柵尺(右):無因溫度溫度變化造成的邊線v
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