机床精度是怎么控制的(机床的精度怎么控制的)

1.当代数控机床,尤其是高精度数控机床:数控是大脑,伺服是手臂,光栅尺和编码器是控制精度的传感器。

6110525005174080107.jpg数控机床的总体组成

不要把数控机床想象的那么深奥。深奥的是数控机床的代码和加工不同材料时需要考虑的各种参数和工艺。真正的数控机床结构其实并不复杂。

我们用FANUC的数控系统来做一个解释。

1.CNC控制单元(数字控制器部分)。数控系统相当于我们电脑的操作系统,上面有各种应用,还有厂家根据掌握的技术编辑的各种加工软件包。

我们可以打个比方:windows系统就是cnc系统,windows自带的办公软件就是工艺应用软件之一。在office CNC中,相当于车床加工的各种直线圆弧、动作等等。

2.PMC控制器。其实这是运动控制器的一种门类。

所谓的运动控制器,类似于人类的小脑和中枢脊柱。可以灵活移动完全依赖中枢神经系统的脊柱。大脑发出一个信号:看到前面有山,就要跨过去。然后小脑开始控制四肢的运动,控制跑步时四肢的协调性,不要直转,容易摔倒。

3.伺服驱动单元和进给伺服电机。主轴驱动单元和主轴电机。伺服系统是为机床提供动力的部分。所谓伺服电机,通俗的理解就是:一个普通的电机,带有编码器,可以精确测量电机旋转多少弧度,驱动器驱动电机。也叫伺服放大器,这个东西说白了就是中枢神经系统。将数字信号转换成电信号输出到电机。

4.机床高压柜控制信号输入输出单元。这是外部信号的输入和输出,用于外部设备。相当于人类的感官之一。

比如刀库、交换台、装卸机械手等传动轴信息的输入输出设备。

5.计算机磁盘驱动器、存储卡和键盘专用信息存储设备。这是数控系统主机的存储设备。用于存储数据。

6、以太网、HSSB、RS-232等局域网进行现场处理。

这种通信协议就是机床内部的信息交换方式,类似于人体内部的神经依靠酶来传递信息。

整个机床的部件组合如下。这是fanuc的0i-TD数控机床,可以用于纳米数控的纳米插补车床。

0i-TD系列的硬件组成

为什么:为什么高精机床要讲这些大东西?虽然很多人都知道这一点,但还是说说具体原因吧。

2.机床控制结构:是什么使机床能够进行精度在0.001mm以内的切削、车削和铣削加工?

CNC功能概述

仔细看上面的整张图片:上面的黑色字体是所有呈现给用户的内容,属于应用层面。

但是红色字体是控制机床的各个轴,最后合成一个复杂的动作。机床的末端精度由这些控制。

先简单介绍一下运控:当你伸手去拿一个排球的时候。需要采取什么行动?

接住排球动作

最后两臂连排球,但全身所有关节都要活动。这是一个复合动作。那么控制这种复合作用的是:

1.各个关节的快速移动,根据视觉判断球的位置,精确控制位置,使手能够到达球的落点。(这称为闭环反馈运动控制)

2.到达预定位置后,发现球因风速或外力发生偏移,手无法快速接住,或者发现球受力过猛,在这个位置无法接住球。即使碰到球,也很容易摆脱。那么就要开始动态的补偿和调整了。【所谓动态轨迹补偿,就是身体各个部位都动起来,而不是只把手伸得长一点,就会重心不稳,摔倒】

这是一个复杂的机床精度,最直接的解释在运动:运动控制

一个体育老师说,当你看到球的时候,不要只是伸手,而是要动全身去抓住它。这是运动学和动力学的内容。

当然,机械动力学的内容不是运动的概念,包括系统振动抑制、路径规划、力反馈控制等等,这里就不展开了。

3.硬件上控制机床精度的核心:编码器控制伺服精度,光栅尺检测直线精度。

我们上面说过,机床要运动,动力来自电机。那么电机转了多少?驱动轴走了多远,直接决定了机床的精度。

伺服电机的控制方式

电机旋转的速度和旋转的角度(反馈在直线上多少圈)决定了位置控制。都是编码器决定的。

编码器决定机床原始精度的数据,即根据数控大脑指定的数据,旋转多远。所谓编码器,就是在电机后面,连接电机的主轴上面,会有一个码盘。用电磁或光电形式记录变化值。(目前最多可记录23位数字)

绝对编码器

增量脉冲编码器

编码器的精度一直比较精确,但由于工件的安装误差、元件的磨损和振动等原因。反馈到最后端的精度肯定不是这个精度。

那么最后需要做一个直接测量:直接测量就是在运动部件上安装直线检测装置(光栅尺)直接测量工作台的直线位移,作为全闭环伺服系统的位置反馈信号,从而形成位置闭环控制。它的优点是精度高,可靠性好,缺点是测量装置要和工作台行程一样长,所以在大型数控机床中受到限制。

光栅尺

这是检验机床精度的两种方法:用光栅尺直接测量末端的运动数据和在驱动电机上控制精度。

在这里,很多朋友想问:那么桁架和螺杆的精度没有提到,装配的精度没有提到,温度和磨损引起的误差也没有提到。

还有重复定位精度,绝对精度等等。

不要急,让我们慢慢来。

4.绝对精度由硬件控制。

我们假设一台机床,丝杠,导轨,光栅尺,电机,甚至刀具都加工的很完美,精度达到0.001mm,装配也很好。机床的结构也是在地下铺设了几年没有震动,在完全无尘的空间里组装,没有变形。(看清楚,我们是这样假设的)

这台机床的精度是0.001mm吗?是的,理论上是这样。

这个精度可以大致相当于设备厂商说的:绝对精度。(看清楚,这是一般情况,实际情况略有不同,但可以理解为参考。)

这是运动控制模式下的精度计算方法。以实际硬件的精度作为参考。(暂时不考虑赔偿)

那么,绝对精度为0.001mm的机床在使用中是否一直是0.001mm?

很明显,上面还有振动,温度,磨损,这些都是不考虑的。

那么如果用超强度钢,就没有磨损了吗?

所有的机床都是磨损的,不管是国内还是国外。如果是材质,必然有磨损;如果是材料,一定会受到温度和振动的影响。

这将体现在:CNC中的动态算法,动作的补偿过程。

5.软件控制重复定位的精度。

我们前面说过,间接测量是对电机转速的测量,可能不是很精确,尤其是在加工过程中有各种温度变化、磨损、振动等情况下。但是直接在现场测量工件的情况必须非常精确。毕竟直接测量是不动的!

但是如果光栅尺测量,偏差是0.01mm,那怎么办?

反馈给数控系统补偿0.01mm,但显然,即使主轴等伺服轴的精度控制提高0.01mm,最终也未必是0.001mm。(就好比,你知道差了一厘米,但是你自己一厘米以内的手感对距离没有概念。)

然后动态算法可以从接触力反馈和路径规划两方面进行补偿。0.01mm太小了,但只要接触工件,就一定有力反馈,力控可以用其他方式测量。

同时考虑到运动方式(例如直角转弯运动)容易出现的误差,可以考虑优化路径,采用倾斜或圆弧方式进行加工。不是更近吗?

在真正的高精度数控机床领域,全球品牌最大的差距其实是算法的补偿。

算法的补偿是保证机床能在一定精度范围内保持2年、3年甚至10年的主要原因。

即使考虑到温度、磨损、振动等因素,也会用算法进行补偿。

这就是重复定位精度的价值。

6.硬件不影响精度吗?

硬件确实会影响精度。我们说的是高精密机床,不是普通机床。

让我们以常见的端面铣削机床为例。

无论是数控系统,还是伺服系统,包括光栅尺,你能买到国外原装产品,你就能买到。暂时不谈限制。(暂时不考虑长行程龙门铣床)。

即便如此,也很少有国家能制造出精度达到0.001mm的机床(国内北京精雕现在都能做到)。

换句话说,硬件确实是基础条件,但动态控制的算法其实才是高端精密机床的核心。

算法底层的逻辑是买不来的核心技术。人家不卖!(我最多付你钱)

硬件可以不断扩充,但核心控制没有被打破,绝对做不出稳定的高精度机床产品。

这是高精度机床制造的核心难点。

跟导轨刮擦、传感器精度、材料精度等等有关系,但真的不是核心要素。

除已声明原创作品外,本站作品均由网友自主投稿、编辑整理发布,目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,不为其版权负责。如果您发现网站上有侵犯您的知识产权的作品,请与我们取得联系,我们会及时修改或删除。

选型/询价

在线选型报价小程序正加急开发中~_~,建议先关注我们公众号哟

加入社群 在线客服
关注我们
关注我们
分享本页
返回顶部
协作机器人产业服务平台,欢迎您!