《數(shù)控機(jī)床概論》實(shí)驗(yàn)詳解.ppt

1、數(shù)控裝備修訂實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書應(yīng)用專業(yè)的：機(jī)械設(shè)置修訂制造及其自動(dòng)化，機(jī)械電子工程課程代碼： 6003419學(xué)時(shí)33604學(xué)時(shí)3360編寫單位：機(jī)械工程和自動(dòng)化學(xué)院編輯：陳鵬，一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)，1 .初步掌握主軸旋轉(zhuǎn)精度的測(cè)量原理和方法。 2 .了解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和主軸旋轉(zhuǎn)誤差的評(píng)價(jià)方法。 3 .制作機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差圖像，評(píng)價(jià)主軸回轉(zhuǎn)精度的高低。 二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料，1 .百分表。 2 .磁時(shí)修正臺(tái)。 3. OD9000渦流位移傳感器。 4. NJK-5002霍爾傳感器。 5. MP420 USB數(shù)據(jù)采集板。 6. 2頻道信號(hào)調(diào)整板。 7 .標(biāo)準(zhǔn)球。 8 .電腦(數(shù)據(jù)處理)。 9. C

2、2-6136HK，3，實(shí)驗(yàn)原理，1 .主軸旋轉(zhuǎn)精度基本概念機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)精度反映了主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)軸心線在空間中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)誤差。 如果該誤差為零，則意味著主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)軸心線不穩(wěn)定地移動(dòng)，對(duì)于車床來說，如果主軸處于該狀態(tài)，顯然能夠?qū)硐氲膱A截面形狀進(jìn)行車削加工。 但是，實(shí)際上主軸軸承的滾珠、軌道存在形狀誤差，由于主軸組裝到軸承上的組裝調(diào)整誤差，主軸軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸心線一定會(huì)出現(xiàn)一些擺動(dòng)，成為主軸旋轉(zhuǎn)的誤差。 由于該誤差是不可避免的，因此在加工過程中，工件的截面輪廓會(huì)產(chǎn)生橢圓度、棱圓度、起伏等形狀誤差。 2、主軸回轉(zhuǎn)精度試驗(yàn)方法、主軸回轉(zhuǎn)精度試驗(yàn)方法有靜態(tài)試驗(yàn)法、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法和在線誤差補(bǔ)償檢查法。 靜態(tài)測(cè)試法是在

3、機(jī)床主軸靜止的狀態(tài)下測(cè)定的主軸的旋轉(zhuǎn)精度，動(dòng)態(tài)測(cè)試法則是在主軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下動(dòng)態(tài)測(cè)試主軸的旋轉(zhuǎn)精度，在線誤差補(bǔ)償檢測(cè)法是在機(jī)床主軸處于切削狀態(tài)時(shí)，將檢測(cè)結(jié)果直接用于切削補(bǔ)償量的控制，提高機(jī)床加工的精度其中在線誤差補(bǔ)償檢測(cè)法最為復(fù)雜，為了分離測(cè)量截面的形狀誤差和主軸的運(yùn)動(dòng)誤差，需要安裝多個(gè)傳感器，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)很少采用，多集成在機(jī)床內(nèi)部作為系統(tǒng)閉環(huán)控制的反饋檢測(cè)環(huán)節(jié)。 靜態(tài)測(cè)量法雖然簡單，但不能反映主軸旋轉(zhuǎn)速度下的旋轉(zhuǎn)誤差，也不能分離性質(zhì)不同的誤差，所以現(xiàn)在很少使用。 動(dòng)態(tài)測(cè)試法則是比較折中的方法。 它經(jīng)常采用一個(gè)基準(zhǔn)球作為測(cè)試基準(zhǔn)，忽略測(cè)試截面的形狀誤差，只需測(cè)量系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)誤差，安裝一到兩個(gè)傳感器，

4、就能得到機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)精度，進(jìn)行機(jī)床的性能評(píng)價(jià)和加工誤差的預(yù)測(cè)。 3、機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)精度動(dòng)態(tài)測(cè)量法的分析，實(shí)際測(cè)量中常用的動(dòng)態(tài)測(cè)量法有雙向測(cè)量法和單向測(cè)量法。 主軸旋轉(zhuǎn)精度的測(cè)量有工件旋轉(zhuǎn)型和刀具旋轉(zhuǎn)型兩種，對(duì)應(yīng)的機(jī)床有車床類和鏜床類。 車床類和鏜床類機(jī)床的主軸旋轉(zhuǎn)精度對(duì)工件加工精度的影響不同。 機(jī)床加工時(shí)工件固定在主軸上，與主軸同步旋轉(zhuǎn)，刀具的橫向位置固定。 某一瞬間，主軸旋轉(zhuǎn)的徑向誤差(t ) (圖1-1的OO1)可分解為(t)y和(t)Z。 從圖1-1可知，在刀尖沿著被加工表面的理論輪廓法線方向的位移成分(t)y在工件半徑上產(chǎn)生相同大小的變化(相當(dāng)于工件位于a的位置，理想加工半徑ro、實(shí)際

5、加工半徑rl、加工誤差rorl=(t)y； 另外一方面，沿著被加工面切線方向的位移成分(t)Z對(duì)工件半徑的影響小(相當(dāng)于工件的是b的位置、加工半徑r2、加工誤差r21 r )。=(t)Z 2/2ro )。 因此，將被加工表面的理論輪廓上的瞬時(shí)切削點(diǎn)的法線方向y稱為誤差敏感方向。 為了分析研究主軸旋轉(zhuǎn)誤差對(duì)工件加工精度的影響，在誤差敏感方向測(cè)量位移成分(t)y，正確評(píng)價(jià)主軸旋轉(zhuǎn)精度。車床類機(jī)床在加工中誤差敏感方向是一定的(也稱為固定型誤差敏感方向)，也稱為單向測(cè)量。 另一方面，鉆床類機(jī)床(如鉆床、銑床、加工中心機(jī)床等)在加工工件時(shí)，工件不旋轉(zhuǎn)，工具與主軸固連，與主軸同步旋轉(zhuǎn)，誤差敏感方向隨工具的

6、位置而變化，稱為旋轉(zhuǎn)型誤差敏感方向。 此時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)精度的測(cè)量必須在相互正交的兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行，也稱為雙向測(cè)量。 主軸旋轉(zhuǎn)精度根據(jù)主軸旋轉(zhuǎn)軸線的運(yùn)動(dòng)誤差的誤差敏感方向的誤差值的大小進(jìn)行評(píng)價(jià)。 誤差越小精度越高。 本實(shí)驗(yàn)采用單向測(cè)定法。 系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)球及其對(duì)應(yīng)的夾持機(jī)構(gòu)夾具、精密渦流位移傳感器、烹調(diào)電路板、數(shù)據(jù)采集卡和校正機(jī)等幾大部分組成。 精密渦流位移傳感器捕獲機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)信號(hào)，捕獲的振動(dòng)信號(hào)在調(diào)理電路中被放大、濾波，在數(shù)據(jù)捕獲板上進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和USB數(shù)據(jù)傳輸處理，最后傳輸至計(jì)算機(jī)，以圓形圖像顯示旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)誤差。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。 圖1-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，4 .在數(shù)據(jù)處理中，為了表現(xiàn)

7、機(jī)床主軸的旋轉(zhuǎn)誤差直接影響工件，將在誤差敏感方向測(cè)量的誤差曲線重疊在一個(gè)基圓上，形成圓圖像，表現(xiàn)測(cè)量結(jié)果。 該圖像的外緣輪廓與工件的外緣輪廓近似(如圖1-3所示)。 在具體的處理中，首先在圓圖像上找出最小間距中心MRS。 這是在包含總誤差的運(yùn)動(dòng)圓圖像的同心圓的半徑差具有最小值時(shí)的公共圓心。 使用試錯(cuò)法找到2個(gè)同心圓，各個(gè)圓有圓圖像和2個(gè)切點(diǎn)，內(nèi)外圓的切點(diǎn)交替排列。 以MRS為圓心，這2個(gè)包含誤差運(yùn)動(dòng)圓圖像的同心圓的半徑差作為徑向誤差運(yùn)動(dòng)值。 在通過極坐標(biāo)中心的半徑方向上測(cè)量的總誤差運(yùn)動(dòng)圓圖像的最大寬度是隨機(jī)誤差運(yùn)動(dòng)值。 所選基圓半徑的大小對(duì)誤差值的影響不明顯，基圓直觀地表現(xiàn)測(cè)量結(jié)果，可知只提供

8、了一個(gè)容易進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的場(chǎng)所。 圓圖像的數(shù)值評(píng)價(jià)方法多為最小區(qū)域法、最小外接圓法、最大內(nèi)接圓法、最小二乘圓法等。 由于本實(shí)驗(yàn)中主軸的徑向跳動(dòng)誤差反映在鋼球最大輪廓的變化中，而且鋼球加工精度較高，可以根據(jù)傳感器探頭直徑的大小忽略鋼球粗糙度的影響，所以誤差評(píng)價(jià)可以用圓度誤差的評(píng)價(jià)方法，即最小二乘法來進(jìn)行。 最小二乘圓心坐標(biāo)(a，b )和半徑r，在式中，以從xi，yi實(shí)際輪廓上的各等分點(diǎn)Pi的坐標(biāo)ri Pi點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的徑向距離n被測(cè)定圓的等分?jǐn)?shù)(通常取2值，n越大結(jié)果越正確)計(jì)算為a， 求出b后，用從Pi點(diǎn)到最小二乘圓心的單圈評(píng)定的方法，找到最小二乘圓心，分別求出從最小二乘圓心到輪廓上的各點(diǎn)的距離

9、，旋轉(zhuǎn)誤差是其中的最大距離和最小距離的差，并且將多圈的結(jié)果平均，最后以這個(gè)旋轉(zhuǎn)速度得到主軸的旋轉(zhuǎn)精度。 四、實(shí)驗(yàn)步驟、1 .將標(biāo)準(zhǔn)球及對(duì)應(yīng)的夾緊機(jī)構(gòu)夾具按照?qǐng)D1-2夾緊在主軸三爪卡盤內(nèi)。 2 .傳感器的安裝1 )渦流傳感器的安裝渦流傳感器安裝在特制的托架上，使標(biāo)準(zhǔn)芯軸軸心線盡可能位于通過垂直主軸軸心線且球中心的水平面上，使渦流傳感器的感應(yīng)端端面最接近球的位置為0.7(0.51)mm。 將渦流傳感器的信號(hào)線連接到控制箱的前置放大器上。 2 )安裝孔接近開關(guān)，將孔接近開關(guān)安裝在特殊的托架上，使接近開關(guān)的動(dòng)作端面與標(biāo)準(zhǔn)芯軸直徑最大的圓盤對(duì)齊。 永久磁鐵(、厚度約15mm )放置在標(biāo)準(zhǔn)芯軸直徑最大的圓盤的圓周上，其位置使接近開關(guān)的端面與磁鐵正對(duì)，保持約23mm的距離。 然后，將大廳接近開關(guān)信號(hào)線拉到控制箱的同步信號(hào)插座(3芯航空插座)。在粘合磁鐵之前，請(qǐng)務(wù)必嘗試磁極的方向(n或s )是否正確。對(duì)控制箱通電時(shí)，使有磁鐵的面與接近開關(guān)的動(dòng)作端面正對(duì)，保持約23mm的距離，此時(shí)如果接近開關(guān)上面的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，則磁鐵與接近開關(guān)的相對(duì)關(guān)系3 .按照?qǐng)D1-2連接各機(jī)器，如果檢查沒有錯(cuò)誤則無法接通電源。 4 .開動(dòng)機(jī)床，以101000r/min的3種不同轉(zhuǎn)速測(cè)試空載時(shí)的圓