高精度数控机床伺服进给系统精度研究

　　1.2 伺服进给系统机械误差

　　E3是由于传动中的摩擦力引起系统刚度变化而造成的弹性变形误差。其计算需要根据具体的数控机床伺服系统构建其数学模型，获得相应的传递函数，最后化成如下的函数形式：

　　其由三项组成，第一项和第二项均为定值，可变项仅有第三项，即数控机床伺服进给系统的误差主要受X轴和Z轴数控系统增益和预紧力影响。

2 伺服进给系统精度分析

　　对数控机床伺服进给系统精度进行建模分析，找出其影响参数及其相互关系，进行定量分析，不仅提高伺服进给系统的精度，而且能极大地提高机床精度的稳定性和可靠性，从而提高数控机床的总体质量，减少相应售后服务环节。从(4)式中我们不难得出如下结论：

　　1)在所有影响伺服进给系统定位误差的参数中，与设计有关的参数一旦确定，其对伺服进给系统定位误差的影响是定值，即等式右边第一项和第二项。装配和检测中需调整的参数对伺服进给系统定位误差的影响不确定，调整合理，就会减小系统定位误差。

　　2)前期设计中对设计因素加以控制，可有效降低伺服进给系统定位误差。设计中要控制以下五点： (1)机械传动齿轮精度要合理，以减小机械传动和间隙死区误差Et； (2)电气系统选择的元件要灵敏度高、稳定性好，以减小电气死区误差Ee； (3)选用精度高的滚珠丝杠，且全长误差只允许为负值，以满足预拉伸的要求； (4)尽量减小摩擦阻力(减轻移动部件的重量、减小摩擦系数、尽量选用球轴承。以减小摩擦扭距等)； (5)尽量增加伺服进给系统的综合拉压刚度(加大螺母座、轴承座刚度、减小丝杠的支承长度、滚珠丝杠采用两端定位方式、选用轴向刚度大的丝杠支承轴承、滚珠丝杠螺母副要有一定的预紧量等)。

　　3)影响伺服进给系统定位误差的因素中，有些是需在装配中进行调整的。具体地： (1)移动部件的预紧力尽量的小； (2)尽量减小机械传动齿轮间隙； (3)控制丝杠前后支承和中间连接的同心度以减小不同心带来的摩擦扭距； (4)控制数控系统补偿后的伺服系统反向间隙。

　　4)伺服进给系统的系统增益Kx(Kz)和丝杠轴承的预紧力Fx(Fz)是影响系统定位误差的可调整量，对于一个设计结构和参数确定的伺服进给系统必定存在一个最佳参数值，此时伺服进给系统误差最小。一方面增加系统增益Kx(Kz)，系统刚度增加，误差可减小。但是，系统增益Kx(Kz)过大会使伺服进给系统成为欠阻尼系统，易引起系统振荡：丝杠轴承预紧力Fx(Fz)增大，机械传动机构刚度增大，定位误差应该减小。但是，随着预紧力的增大轴承的摩擦力距也会增大，定位误差反而会增大。

3 结论

　　高精度数控机床伺服进给系统精度的影响因素众多，对其进行建模分析，抓住其中的主要因素，并分析这些因素与伺服进给系统精度的关系，能以极小化的成本获得最优的加工精度。本文对数控机床伺服进给系统的误差组成进行了详细的推导，得到了伺服进给系统误差与主要影响因素的定量关系，最后还究其原因进行了分析，给出了一些改善措施，以期对高精度数控机床伺服进给系统的研究、设计及制造有所促进作用。