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加工中心多種誤差控制和補(bǔ)償技術(shù)
一、控制熱變形和振動(dòng)
為了保證高精度，采用了多種措施來減少加工中心的熱變形和振動(dòng)。如主軸套筒和前后軸承座恒溫循環(huán)冷卻，油氣潤滑減少軸承發(fā)熱，后軸承使用圓柱滾子軸承，一旦發(fā)生熱變形，主軸就向后伸長，不會影響加工精度；大流量冷卻刀具和工件，減少切削熱產(chǎn)生；床身上兩個(gè)螺旋排屑器及時(shí)將切屑排出，避免切屑大量堆積引起床身熱變形；機(jī)床對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平衡熱變形等；主軸具有中心內(nèi)冷卻功能，內(nèi)冷最大壓力為2.2MPa，可滿足進(jìn)行高速切削、小孔加工和深孔加工時(shí)對排屑暢通、及時(shí)帶走加工熱量的要求。
為了使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，降低噪聲，減小振動(dòng)，對主軸采用兩次動(dòng)平衡，一次是主軸與轉(zhuǎn)子熱裝后，第二次是所有回轉(zhuǎn)零件裝配好后且?guī)缀尉葯z驗(yàn)完畢后。另外，在主軸前后位置設(shè)計(jì)有平衡環(huán)以備在線動(dòng)平衡用。刀庫放在機(jī)床的左側(cè)面，用單獨(dú)地基，這樣在刀庫和機(jī)械手換刀時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和不平衡不會傳到主機(jī)上，消除了一部分外加載荷，使加工中心精度更穩(wěn)定。
二、提高空間位置精度的補(bǔ)償技術(shù)
為了在較高的運(yùn)動(dòng)速度下，提高加工中心的定位精度和加工精度，特別是定位精度，機(jī)床上安裝了精度為0.003mm的封閉式光柵尺，進(jìn)行全閉環(huán)控制。但機(jī)床的定位精度只能評價(jià)機(jī)床在特定位置時(shí)的精度，如果遠(yuǎn)離測量面進(jìn)行加工時(shí)，加工的位置度會有較大誤差。而傳統(tǒng)的螺距補(bǔ)償只能對特定位置絲杠的螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并不能全面降低整個(gè)加工面的位置度誤差。為了盡可能消除加工區(qū)域內(nèi)的位置度誤差，提高機(jī)床的加工精度，增加了空間誤差補(bǔ)償功能。通過大量的試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，計(jì)算出機(jī)床在各空間點(diǎn)的幾何誤差，并通過CNC系統(tǒng)給予實(shí)時(shí)補(bǔ)償。
三、Z軸熱補(bǔ)償技術(shù)
主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，電動(dòng)機(jī)、軸承及其它運(yùn)動(dòng)部件會因摩擦、損耗等產(chǎn)生熱量。如果熱量不能及時(shí)散發(fā)和排出，則會嚴(yán)重影響機(jī)床精度。因此，對主軸電動(dòng)機(jī)外套和軸承座外套用通過恒溫油的方式進(jìn)行循環(huán)冷卻，使主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中絕大部分的熱量隨循環(huán)油帶出機(jī)體，以減小熱變形。但是，再完善的冷卻也仍然會有部分熱量因傳導(dǎo)速度快而不能及時(shí)排出，使主軸產(chǎn)生熱變形。為了進(jìn)一步解決主軸這部分熱變形對精度的影響，對主軸向熱變形用軟件補(bǔ)償?shù)霓k法進(jìn)行了補(bǔ)償。補(bǔ)償數(shù)據(jù)是通過實(shí)驗(yàn)獲得的。
為了使補(bǔ)償軟件更具有通用性，采用了變量編程，可針對不同的立式加工中心、不同的使用情況分別給這些變量賦值，便可生成最具有針對性、實(shí)用性的補(bǔ)償程序。采用熱補(bǔ)償后Z向的誤差由補(bǔ)償前的25.93μm降至8.76μm，約減小到1/3(試驗(yàn)條件：主軸轉(zhuǎn)速7500r/min，每2min測量一次溫度和位移，溫度測點(diǎn)為前后軸承及環(huán)境溫度，位移測點(diǎn)為主軸軸端。溫升為后軸承沒有冷卻的情況下。)
