机床加工精度-旋转轴的位置测量

生产效率和精度是机床竞争力的主要体现。五轴加工技术在提高生产效率方面潜力巨大。在许多应用中，五轴加工的金属去除率高于三轴加工。在许多零件几何形状非常复杂的应用中，五轴加工正成为不可或缺的加工技术。五轴机床的两个旋转轴对加工精度影响很大。除了旋转轴之外，往往还需要直线轴运动才能使刀具相对于工件表面到达所需的方向。五轴的行程运动可能会在工件上留下明显的加工缺陷。在五轴加工中，驱动系统的误差，如螺距和运动传递误差，反向误差和热膨胀引起的位移，都可能很快产生废品。直线轴和旋转轴的定位精度对五轴机床的性能起着至关重要的作用。

直线轴的位置测量对机床加工精度的影响，在前面的推送中已经详细解释过了。现在我们来讨论旋转轴的位置测量因素。

直线的基本原理也适用于旋转轴。这里的位置由电机中的旋转编码器或机床轴中的高精度角度编码器测量。

如果用进给电机中的旋转编码器来测量轴的位置，这是一种半闭环控制方式，因为齿轮系统的运动传递误差在闭环位置回路中是无法补偿的。旋转轴机械运动的传动误差来源有:

齿轮偏心率；

通关；

摩擦轮齿与传动轴轴承接触区域的弹性变形。

此外，大多数预紧传动机构加剧了旋转轴的摩擦和发热，因此根据机械系统的设计，这些因素导致位置误差。

在半闭环控制中，转轴运动的传动误差导致定位误差，并显著降低重复精度。转轴的误差导致工件的几何误差，增加了工件的废品率。如果用高精度的角度编码器测量，转轴的定位精度和重复精度会大大提高。这是因为轴位置测量不通过电机，而是直接测量机床的旋转轴，所以这是一种闭环控制方式。旋转轴的运动传递误差对定位精度没有影响。长时间工作时，转轴运动到特定轴位的精度明显提高。因此可以最大程度的降低废品率。

如果转轴直接由力矩电机驱动，效果更明显。电机的特殊结构决定了它允许的扭矩更大，机械运动传递环节更少。扭矩驱动的旋转轴需要直接在机床轴上使用高分辨率的角度编码器。它也是一种闭环控制模式。

五轴加工对进给驱动的精度要求较高，因为它比三轴加工有更大的行进距离和更快的进给速度。进给驱动系统的发热和机械传动误差使得进给驱动的位置测量精度对加工精度有决定性的影响。测量正确的位置将最大限度地减少浪费和成本。

因此，直线轴的直线光栅尺和旋转摆动轴的角度编码器成为定位精度高、加工速度快的机床不可缺少的技术。

线性光栅尺和角度编码器可以直接和立即确定轴的运动位置。由于运动特性误差，热误差和作用力的影响都由直线光栅尺和角度编码器测量并进入位置控制回路，所以机械传动系统对位置测量结果没有影响。因此，它可以消除许多潜在的误差源。

线性轴:

滚珠丝杠温度特性引起的定位误差

反向误差

机械力引起的驱动机构变形引起的误差。

滚珠丝杠螺距误差引起的运动特性误差

倾斜、摇摆和旋转:

机械运动传递误差

反向误差

机械力引起的驱动机构变形引起的误差。

这些特性既能满足常规轴的动态性能要求，又能满足直驱设备的高动态性能要求。