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> []提高数控机床精度方法介绍
提高数控机床精度方法介绍
【亚洲机床网讯】随着我国制造业的崛起,数控机床在机械制造中已得到广泛的应用,奠定了举足轻重的重要地位。精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高,对数控机床的精度也提出了更高的要求
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&【讯】随着我国制造业的崛起，数控机床在机械制造中已得到广泛的应用，解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品，奠定了举足轻重的重要地位。精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度也提出了更高的要求，本文介绍提高数控机床精度的方法。
提高数控机床精度
目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2 或国家标准GB10931-89
等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。
对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。
一、反向偏差
在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。如在G01
切削运动时，反向偏差会影响插补运动的精度，若偏差过大就会造成&圆不够圆，方不够方&的情形;而在G00
快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长，反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加，因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。
反向偏差的测定
反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。
测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。
例如，在三坐标立式机床上测量X 轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量：
N10 G91 G01 X50 F1000;工作台右移
N20 X-50;工作台左移，消除传动间隙
N30 G04 X5;暂停以便观察
N40 Z50;Z 轴抬高让开
N50 X-50：工作台左移
N60 X50：工作台右移复位
N70 Z-50：Z 轴复位
N80 G04 X5：暂停以便观察
需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对&反向间隙&)，因此测出值较大;在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。
回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。
反向偏差的补偿
国产数控机床，定位精度有不少&0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补，即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。
对于其他类别的数控机床，通常数控装置内存中设有若干个地址,专供存储各轴的反向间隙值。当机床的某个轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移指令值进行补偿、修正，使机床准确地定位在指令位置上，消除或减小反向偏差对机床精度的不利影响。
一般数控系统只有单一的反向间隙补偿值可供使用，为了兼顾高、低速的运动精度，除了要在机械上做得更好以外，只能将在快速运动时测得的反向偏差值作为补偿值输入，因此难以做到平衡、兼顾快速定位精度和切削时的插补精度。
对于FANUC0i、FANUC18i
等数控系统，有用于快速运动(G00)和低速切削进给运动(G01)的两种反向间隙补偿可供选用。根据进给方式的不同，数控系统自动选择使用不同的补偿值，完成较高精度的加工。
将G01 切削进给运动测得的反向间隙值A 输入参数NO11851(G01 的测试速度可根据常用的切削进给速度及机床特性来决定)，将G00
测得的反向间隙值B 输入参数NO11852。需要注意的是，若要数控系统执行分别指定的反向间隙补偿，应将参数号码1800 的第四位(RBK)设定为1;若RBK
设定为0，则不执行分别指定的反向间隙补偿。G02、G03、JOG 与G01 使用相同的补偿值。
二、定位精度
数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。一台数控机床可以从它所能达到的定位精度判出它的加工精度，所以对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要途径。
定位精度的测定
目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量原理，以激光实时波长为测量基准，所以提高了测试精度及增强了适用范围。检测方法如下：
安装双频激光干涉仪;
在需要测量的机床坐标轴方向上安装光学测量装置;
调整激光头，使测量轴线与机床移动轴线共线或平行，即将光路预调准直;
待激光预热后输入测量参数;
按规定的测量程序运动机床进行测量;
数据处理及结果输出。
定位精度的补偿
若测得数控机床的定位误差超出误差允许范围，则必须对机床进行误差补偿。常用方法是计算出螺距误差补偿表，手动输入机床CNC
系统，从而消除定位误差，由于数控机床三轴或四轴补偿点可能有几百上千点，所以手动补偿需要花费较多时间，并且容易出错。
现在通过RS232 接口将计算机与机床CNC 控制器联接起来，用VB
编写的自动校准软件控制激光干涉仪与数控机床同步工作，实现对数控机床定位精度的自动检测及自动螺距误差补偿，其补偿方法如下：
备份CNC 控制系统中的已有补偿参数;
由计算机产生进行逐点定位精度测量的机床CNC 程序，并传送给CNC 系统;
自动测量各点的定位误差;
根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数，并传送给CNC 系统，螺距自动补偿完成;重复c.进行精度验证。
根据数控机床各轴的精度状况，利用螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，合理地选择分配各轴补偿点，使数控机床达到最佳精度状态，并大大提高了检测机床定位精度的效率。
定位精度是数控机床的一个重要指标。尽管在用户购选时可以尽量挑选精度高误差小的机床，但是随着设备投入使用时间越长，设备磨损越厉害，造成机床的定位误差越来越大，这对加工和生产的零件有着致命的影响。采用以上方法对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确测量和补偿，可以很好地减小或消除反向偏差对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，从而保证零件的加工质量。
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All Rights Reserved. 闽ICP备号设备制造时候都不可避免的会有精度损失，那么高精密设备是如何制造出来的呢？
制造一般精度的设备需要高精度的设备，而制造高精度的设备需要超高精度的设备，那么，制造超精度的设备又是什么呢？它是怎么造出来的呢？请用个例子说明一下零件加工过程中造成的精度缺失和工艺设计：例如：现在让你加工一台车床的大轴。姊妹问题：
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这个问题的答案来自于一名在日工作的华人工程师兼作家写的一本书PS. 非常不错，推荐一读。东边的太阳就要落山了？——25 “绝对平面”绝对手工活 从 冰冷雨天 制造业最重要的概念是精度，这里面有两个概念，一个是加工精度，另一个是测量精度。如何反映出设计者所要求的尺寸是加工精度，如何知道加工所完成的尺寸则是测量精度。这两个精度都直接依赖于加工机械或者测量机械的工作母机的精度。 机械设备的加工精度只会损失而不会增加，1/100毫米精度的机械只能加工出误差在1/100毫米以上的工件，所以，即使在不考虑组装误差的前提下，使用中等加工精度的机械加工的零件组装起来的机械，也只能达到较低的精度，要生产组装成中等精度机械的零件，只能使用高精度的加工机械才能制造出来。根据这个道理，要制造高精度加工机械，只能采用超高精度的加工机械。 这就出来了一个问题：所谓“超高精度的加工机械”又是如何加工制造出来的。 答案可能让人感到意外，“超高精度的加工机械”是用人手造出来的。 一提起“精度”，很让人联想到“电脑”、“数码式”什么的技术名词，实际上，精度和那些时髦名词无关，在那些时髦名词出现以前，人类就已经可以达到很高的精度了。 对加工用机械的精度影响最大的是导轨部分。机械的运动部分是被导轨限制的，导轨的精度就直接决定了机械运动的精度。超精密机械导轨的滑动面被称为“绝对平面”，要求精度在1/10000毫米以上，没有任何机械能够加工这种绝对平面，只能用手工的方式加工。 见过高精度机床导轨滑动面的人，都知道那个所谓“绝对平面”不是一个光滑的镜面，而是遍布了有规律的花纹的平面，那些花纹就是做出这个平面的手艺人的铲刀留下的痕迹。 绝对平面的制造过程是这样的：有经验的手艺人用铲刀一刀一刀地把粗加工得到的平面铲平，在铲出需要的平面的同时还在做一个对照平面，然后在对照平面上涂上颜色，把加工平面在对照平面上滑动，这时加工平面上沾上颜色的部分和对照平面上掉颜色的部分就分别是两个平面上高出来的部分，需要再铲掉，这样的过程反复进行，一直到两个平面靠上去的颜色完全达到均一为止，这时候平面上留下来的刀痕正好作为润滑油槽，一举两得。 但这样做出来的还不是绝对平面，因为如果两个面之间形成了同样的弧度也会产生同样效果，这只是说两个面完全一样，并不能保证是平面，所以还需要另外一个参照平面。一般来说，加工绝对平面时，需要同时加工三个平面，在这三个平面中的任意两个都一致的时候，才算做出来了绝对平面。 现在采用这种工艺加工机械所需要的绝对平面的公司主要是在德国、瑞士和日本，这就是这几个国家能够生产高精度机械设备的原因。日本的这种精密加工公司主要集中在新泻县的北纬43度线左右一带。这里面有气象学上的原因，日本人的精密工艺手艺是从德国人那儿学来的，当时政府在选取精密加工产业的地址时，选中了气候和德国比较相似的北纬43度一带，这一带湿度较小，温度也围绕在20摄氏度左右，最适合精密加工。当时没有空调设备，在生产车间安装空调设备也是不可想象的，所以在加工地选址时必须注意到温差问题，温差所造成的材料胀缩现象对精密产品的制造和组装有很大的影响。温差不仅对加工工件有影响，笔者见过的超精密磨床的床身都不用一般的铸铁件，而是用花岗岩，也是为了减少温差带来的影响。 这些企业基本上都是几个人到几十个人的小公司，说小作坊这也不过分，但离开了这些小作坊，安田、森、牧野这些世界知名的机械品牌就不能成立。日本经济这十几年都不景气，但这些从事手工制作滑动用平面的公司从来没有受到过影响，因为这种行业是制造业的最根本，需要高超的技术和丰富的经验，从来就只有不够，没有过剩的。特别是随着电子技术应用范围的不断扩大，对高精度加工机械设备的要求只会不断增长而不会减少。
以下不是我写的来源：高精度机床的制造涉及的东西很多，根据我现在所学，我觉得虽然零件的加工制造固然重要，但是一颗淡定的心其实更是不可或缺。 比如精密机床的床身加工好了后，是不能急着用的，要在室外拿油布包好放几年，释放应力。这是为了防止机床装配调平好后，底座再发生形变。现在一般超精密磨床和机床的底座都采用大理石，因为大理石消除振动的性能比较好，热变形也比钢结构小。 又比如精密机床一般都装配在一个恒温罩或者是恒温厂房内，如果是超精密机床，这个恒温房一般还要精确控制室内温度，不仅要做到冬暖夏凉，也要考虑到快速排出机床运行加工时的产热，尽可能把热形变控制在最小。 零件加工方面，说最好的机床都是手工做的实在不靠谱，的确如剑寒秋水所说，牛逼的师傅能做出0级精度平板平面，也就是说把课桌大小的一块平面的平面度公差控制在7微米，大概头发丝的百分之一粗细那么个波动，但是再精密些的平面，大师傅就比不过大工程师和巨额的资金了。 前段时间查资料[1]，看到清华大学设计装配了一个光学镜面超精密加工机床，最大能加工直径为880毫米的光学镜面。他们在硬铝上加工出了表面粗糙度5纳 米，直径400毫米球面，用无氧铜加工出了直径100毫米，表面粗糙度8纳米的非球形面。注意，这里表面粗糙度的单位是只有微米千分之一的纳米了，8纳米 只相当于20个水分子一字排开那么长，大师傅是肯定辨认不出来的，因为他的一滴泪中就有10的22次方个水分子。 那么这样的精度是怎么达到的，最高的精度从理论上来说取决于什么呢？ 我在文章开头提到要做好机床就要淡定，在此基础之上，精度主要取决于对机床误差的控制，根本上又取决于检测手段的分辨率和机床的分辨力（以下都是教学状态下的典型栗子，不代表该机床的实际运行情况）： 根据机床误差控制手段的不同，对机床精度的检测手段也不一样，比如要在加工工件时检测机床的误差，就要用在线检测手段，边加工边检测。上文我提到的机床就 很典型，它采用装在导轨上的纳米光栅测量加工台面到底跑了多少（这个纳米光栅的分辨率我忘了，总之就是几个纳米的范围内。不要纠结于细节，来看栗子吧）。 如果伺服轴根据命令要运行5000纳米，光栅检测到由于热误差，这个加工台面其实跑了5010纳米，那么控制系统就让伺服轴就移回4090纳米，再向前运 行到5000纳米。这样就把误差从10纳米缩小到了光栅能检测到的最小范围内。至于为什么要回到4090而不是5000，因为有“反向间隙”的问题，有兴 趣的同学自己搜一下吧。 然后就是分辨力，上面我提到的那个超精密机床采用大理石床身，4轴数控联动，以及全气浮支承和零传动结构，机床主轴回转精度0.05μm，直线伺服轴分辨 力1.25
nm，回转作台角位移分辨力0.009~bala~bala。不管那么多复杂的名词，我们要简单的理解误差补偿，只用理解分辨力就够了，分辨力1.25纳 米就是说机床走一步最少要迈出去1.25纳米。为什么分辨力重要呢，比如纳米光栅检测到刀具在伺服轴上实际运动到了5002纳米，要回到5000纳米的位 置，就不可能了，理想状况下的最小误差也会有0.5纳米。 实际状况下，要做到效果较好的误差补偿比以上这个栗子复杂多了，因为误差可能分布在某轴的6个自由度上，再带上个导轨直线度误差、导轨间垂直度误差什么 的。如果说这些硬着头皮还能用数学算出来，再考虑下加工的工件不一样，加工平台起始的动量就都不一样，加工时间也有区别，那么机床产热也自然不一样，产热 的区间有变化时机床的热膨胀就跟着变化，一会儿拖板翘了个兰花指给X轴带来俯仰误差，一会Y轴又热变形扭曲了直线度变化了，冷却液撒到工件上尼玛缩下去了 好几微米啊肿么办，喂我花了一个普通数控机床的钱买来的纳米光栅就只能补偿一个自由度上的误差？呃，总之要做最精密的机床，一颗淡定的心绝对是不可或缺， 当包括但不仅限于以上的问题一个一个逐步解决掉的时候，就能在精度上更进一步，就能制造出大家所泛指的工业拇姬了。 Q&A@剑寒秋水
：上面提到的机械加工零级精度平面，那么这台机械自身的精确度如何保障？【机床主轴回转精度0.05μm，直线伺服轴分辨力1.25 nm】从何而来？它可以来自另一台更高精度的机械吗？对它进行测量的器具的精度从何而来？ 主轴回转精度是需要通过双频激光干涉仪测量以后才知道的，双频激光干涉仪细分以后的最小分辨率能达到10个纳米。一般测到这个数量级的时候，除了要找稳定的测量环境，还要用到干涉仪的温度湿度补偿模块，因为此时环境变化已经能让测量结果产生很大漂移了。 至于1.25nm的事情，文献中是这么写的，这也不是我的课题我也不知道具体怎么实现的。。。我只能通过常理大致解释一下。 一般来说呢直线伺服轴的分辨力是不用测量的。是买来就有标，或者算出来的。 这台机床是“直线电机、气浮导轨和纳米级分辨力光栅”。记得我之前说过两个要素吧，“检测手段”加“分辨力”。有纳米光栅这个检测手段的话，其实就差一个执行机构了。不幸的是直线电机我没好好研修过啊，不太清楚具体驱动器是怎么控制到这种精度的。 我只好就“为什么这个分辨力是算出来的”做个解释，用一般执行机构给你举个大毛栗子。你看一般比较常用的丝杠一个螺距是4mm，就是说丝杠转一圈儿，滑块 跑出去4毫米。伺服电机随便抓一个，加上DSP细分芯片分个32份儿，就可以达到6400个脉冲转一圈的程度。4毫米除以6400……你看，就算出来一脉 冲只跑0.625微米了…… 超精密数控机床的精度其实挺反直觉的，你去看下机床展就会有体会，做激光板材切割的机床，看着他明明跑的快到能把人撞死的导轨，就神奇的能在一个毫米之内 停下来，-。-，还有工件转台和刀头上连根0.5mm自动笔芯，绕的速度快到你看都看不清。。。现代机械真的已经大大超越老师傅了，这没什么无法接受的， 因为这不是机器超越了人，是人超越了人，是把老师傅的能力提炼出来的人超越了老师傅而已。
首先我要对我的老师说声对不起... 毕业后没干本专业,才几年这些专业知识我都忘了.--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------有朋友回答的类似"最高精度的东西是人工打磨出来的".怎么说呢,也不能说错.但是这么一说至少给我的第一感觉是"还是人牛啊".但实际上最重要的原因在于"打磨".准确的说是"多次的","基于更高精度的可校验","有计划的","有误差控制的"的打磨.这些"多次的","基于更高精度的可校验","有计划的","有误差控制的" 名词.每个都对于着个学科.另外,关于高精度设备只能加工出比自己精度低的零件也不一定.关键还是在于"多次的","基于更高精度的可校验","有计划的","有误差控制的" --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------跑个题,聪明人真的很厉害,很多工具设计的让人只能顶礼膜拜.说个最简单的,第一次接触到千分尺时,当时就被其分割1mm的方法折服了.
钳工检验平板：适用于各种检验工作，精度测量用的基准平面，用于机床机械检验测量基准，检查零件的尺寸精度或行为偏差，并作精密划线，在机械制造检验中也是不可缺少的基本工具。这个钳工检验平板作为量检具，高精密等级的就是靠人工铲刮出来的！
1.设备由设备的各零件组装而成，只有部分零件需有较高要求，些类高要求的零件基本都由各大跨国机械公司制造。高精度的设备是采购能达到设备需求的零部件组装而成，当然组装工艺与核心零部件品质同样重要。2.这类高要求零件主要分二种，一种加工工艺很杂，需要特殊机床用特殊材料加工而成。二种加工精度要求很高，但这部分零件设计师大多会设备为平面或圆等容易控制加工精度的机床加工。但此类高要求零件不一定是用此设备类似加工工艺加工。
有两种方法，一种是制造超高精度工业母床，一种是改进。第一种如上所说。虽然是纯手工，但是也利用了很多理论。第二种，就是通过检测和程序控制等等逐步修改-------也是半机械化的。第二种只能逐步提升精度。第一种非常严格，对温度和压力要求高，不仅仅是打磨技术。不过技术上精度最高的手段不是打磨，而是离子；科学上精度最高的是纳米技术。纳米技术刻字，这个大家都知道吧。纳米技术这类微操作更能提升精度，但是这不是成熟的技术。不过机床的精度不仅仅取决于零件，还有组装和控制、检测。应该说检测才是最重要的。不管是人工还是机器修正，都是把突出的地方刮掉。把精度说的和高科技无关，我觉得是过头了。而且我相信纳米技术发展，传统精度问题会消失。为了了解这个问题，特意查看了有关精度方面的书籍。补充一些。《现代精密仪器设计》李庆祥。这本书很少地说明了高新技术对精度的作用。尤其是柔性支承那一段，上面写明了精度最高的是美国。这一段主要讲微操作对精度的作用，里面表明只有微操作才能在纳米级别的。后面有见到人眼和光学仪器，人眼本身就是有误差的，只有光栅才是精确的。手工只是工业精度普遍的手段而已。其实这个动脑筋多想想也知道。手工处理和电子处理归根到底还不是一样的。说电子仪器等不精确，难道人手和工具就精确了。其实问题是在于反馈和微调。传统的机器是没办法。当然电子手段也是人通过电子手段延长自己的能力，操作本身还不是自动化的。介绍精度决定的是手工的，《机械精度基础》维恩。穆尔。貌似这个比较早。纳米技术是780年代的产物。那些觉得芯片精度和机械精度无关，是不对的。芯片精度也是制造精度的标志。不过现在微电子的精度只能处理平面问题罢了。晶体管进化到现在的芯片才多少年，可是仪器的精度提高了多少。德日不如美国。虽然美国很多公司精度不怎么的，但是关键是他始终有一批最高水准的公司。说实在的，如果你想看到新技术对精度的作用，只有等到新技术变成普通技术的时候才会发生。否则，它总是实验室的产物。因此，产业从业者认为仅仅取决于手工是可以理解的，因为他们肯定不熟悉正在发生的变革。这并不奇怪，ibm都没有发现微机和软件独立的来临。我对这个问题的回答，唯一不明白的是，为什么没有人说机械行业的机电设备不是高科技呢？难道没有这个，精度能有保证。而且计算机原先就是和这些机电设备是一样的，只是集成电路发展才分开的。机电设备从来都是伴随着制造发展的，而不是认为是后来加入的高科技。
精度一般的产品是由精度高一级的设备生产出来的。精度高一级的设备是由精度更高的设备生产出来的。……精度最高最高的东西是用什么生产出来的？全世界无一例外，是人手工打磨出来的。
更重要的是误差的测量，绝大多数情况下，只要能测量出误差就能做适当的调整来消除这部分误差。
不断的检测修正，光电技术。仪器是一方面，人才技术也很重要
看我另外的回答吧，抛砖引玉希望能看到好的答案。
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数控机床的主要精度指标有哪几项？
&&&& （1）定位精度和重复定位精度&&&&&（2）分度精度&&指分度工作台在分度时，理论要求回转的角度值和实际回转的角度值的差值&&&& （3）分辨率与脉冲当量&&&&&& 分辨率－指两个相邻的分散细节之间可以分辨的最小间隔。&&&&& 脉冲当量－对应于数控装置发出的一个脉冲信号，机床移动部件的最小位移量&p 。其数值大小决定数控机床的加工精度和表面质量。&&&& （4）加工精度
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单项选择题对于数控机床最具机床精度特征的一项指标是（）。
A．机床的运动精度
B．机床的传动精度
C．机床的定位精度
D．机床的几何精度
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