数控系统的性能当前,超精密加工的综合精度指标已经提高到亚微米级,这对机床系统的伺服控制系统及加工轨迹的控制算法都提出了很高的要求.提高数控机床的加工精度一般是通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到的。

   减小CNC系统控制误差方面,一般采取的方法有提高数控系统的分辩率、以微小程序段实现连续进给、使CNC控制单元精细化、提高位置检测精度,以及位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等.日本交流伺服电动机已有装上每转可产生100万个脉冲的内藏位置检测器,其位置检测精度能达到0101Lm脉冲。

1、采用补偿技术

1)热变形补偿

  在采用补偿技术方面,除采用间隙补偿、丝杠螺距补偿和刀具补偿等技术外,zui近人们颇为注意热变形补偿.电动机、回转主轴和传动丝杠等的发热变形会产生加工误差.为减少热变形,传统的改善方法为使用绝热材料、热平衡设计及加装冷却装置等硬件改善方法,虽然成效不错,却增加了制造成本,而且开发周期长,容易使厂商失去快速、弹性的竞争能力.因此,很多专家和学者都转向了第二种方法,即一方面采取减少热量,如采用流动油液对内装主轴电动祝和主轴轴承进行冷却,另一方面则采取软件来实现热补偿技术,先在离线的情况下,以切削实验方式建立热变形的误差模型,然后在在线运行时,实时补偿热变形误差.如在温度传感器放置点,对长时间的热变形误差建模及热误差模型的鲁捧性等进行了研究.

2)前馈控制

  随着高精度复杂型面零件加工需求的不断增长;轮廓精度已成为CNC系统的重要精度指标.CNC系统的轮廓加工轨迹是多轴协调运动的合成结果,因此轮廓精度的提高涉及到机床进给轴动态特性和参数匹配.目前在这方面进行的研究归纳起来可分为两大类,一类是从改善机床各进给轴的位置控制环的性能出发,通过各种*的控制补偿技术提高伺服轴的动态性能,从而达到改善系统轮廓精度的目的;另一类是直接从改善机床轮廓误差出发,采用耦台轮廓补偿的办法,在不改变各轴位置环的情况下,通过向各轴提供附加轮廓信息补偿的办法,对二轴的进给运动进行协调,达到减小系统的轮廓误差的目的.对于轮廓加工系统,轮廓精度较单轴位置精度而言更直接影响工件的加工精度,采用轮廓误差补偿技术则是提高系统轮廓加工精度的有效途径。

2、改进插补算法

  高速数控车床计算机数控系统的一个zui基本的任务,就是根据被加工零件的外形轮廓尺寸以及精度要求编制加工程序,计算出机床的各运动坐标轴的进给指令,分别驱动各运动坐标轴产生协调运动,以获得刀具相对于工件的理想运动轨迹.在这个处理过程中,采用的是插补法.伺服系统根据插补输出的中间点坐标值控制机床运动,走出预定的轨迹.所生成的轨迹不仅能准确地描述所期望的路径,而且必须有很好的运动学型面,使伺服系统能够平滑地运动.为了避免驱动器过载,或引起机械结构力学问题,必须对加速度有一定的限制.除此之外,为保证切削载荷在一定的范围之内,也应该考虑轴进给速率的问题.为提高工件的表面加工精度,不应该有加速度的波动或轴进给速率的波动.由此可见,在运动控制系统中,轨迹的生成对提高工件的加工精度起着重要的作用。