數(shù)控機床是機電一體化的高技術(shù)產(chǎn)品。它的出現(xiàn)是20世紀中期計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和自動化技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，其為機械制造業(yè)帶來了一場深刻的革命川僵闯。它使得高效、高精度和復雜曲面的加工成為了可能藤滥。數(shù)控機床中的核心部分是微機控制系統(tǒng)鳖粟，功能的執(zhí)行部分是伺服進給系統(tǒng)，其加工精度主要取決于伺服進給系統(tǒng)超陆。這些年雖然在設計及制造中積累了一定的經(jīng)驗牺弹，但如何提高數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的精度一直是一個未徹底解決的問題。另外战架，從北京每年舉辦的國際機床展覽會上可以看出砸新，國外機床的伺服進給系統(tǒng)無論從加工工件的精度和加工效率，還是可靠性上咸壮，均高于國內(nèi)機床拿奥。由此造成了國內(nèi)數(shù)控機床市場中附加值比較高的高檔機床基本上被國外機床廠家壟斷。因此漆究，對伺服進給系統(tǒng)精度進行研究對于數(shù)控機床進一步的發(fā)展母滤，特別是對實現(xiàn)高精度數(shù)控機床的國產(chǎn)化具有重要的意義。

1 伺服進給系統(tǒng)誤差組成

數(shù)控機床的伺服進給系統(tǒng)由拖板钉榔、滑板城砖、X軸和Z軸的滾珠絲杠、支架和伺服電機組成圣钝，其主要功能是帶動刀架系統(tǒng)產(chǎn)生X軸和Z軸的運動廷诺，使刀具沿設定的軌跡運動，以完成所需的加工作業(yè)肖喂〈氐郑可按驅(qū)動原理和調(diào)解理論對其進行分類拉t。就傳統(tǒng)的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)而言射众。設計階段僅僅是定性的知道某些因素對機床精度有一定的影響碟摆，如絲杠的剛度、微機控制系統(tǒng)的增益叨橱、移動部件重量典蜕、軸承類型、進給摩擦力等罗洗，沒有顯示的數(shù)學關(guān)系：面在裝配調(diào)試階段需要對眾多的參數(shù)進行調(diào)整愉舔，如數(shù)字控制系統(tǒng)的增益郑临、絲杠軸承預緊力的大小、把板預緊力的大小屑宠、齒輪側(cè)隙的大小等厢洞，且依靠工人的經(jīng)驗，主觀性很強且通用性差典奉；雖然為了保證出廠精度躺翻，每臺機床在出廠前需使用激光干涉儀進行精度檢測，但需要相當長的時間卫玖，這極大地影響了機床的裝配調(diào)試效率真葱。另外，實踐中用戶在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)機床進給系統(tǒng)精度不穩(wěn)定辐胆，導致加工工件精度不穩(wěn)定的問題讨砍。

數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)精度是通過誤差的大小來反映的。所謂伺服進給系統(tǒng)誤差就是伺服進給系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時卸研，指令位置和實際位置之差佩讨，它反映了伺服迸給系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量。一般數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的誤差主要通過對其定位精度和重復定位精度的測量來反映的多盅。由于定位誤差和重復定位誤差是在同一次測量過程中得出的把毒，而定位誤差比重復定位誤差的影響因素多，下面主要分析定位誤差勤右。

鑒于數(shù)控機床的機電結(jié)構(gòu)和控制方式徽捶，伺服進給系統(tǒng)誤差的來源可分為：機電系統(tǒng)自身制造誤差、靜態(tài)載荷變形誤差和熱變形誤差虫甲。通常進行鍘量時淡箱，機床發(fā)熱量較小，7可以不考慮熱變形引起的誤差辩块。

根據(jù)誤差合成原理蛔六，我們可以將伺服進給系統(tǒng)定位過程中出現(xiàn)的誤差表示為：

E1-數(shù)控系統(tǒng)誤差。主要由系統(tǒng)時間響應引起的誤差庆捺，如系統(tǒng)的定常跟蹤誤差古今，由系統(tǒng)頻率特性決定的誤差屁魏；

E2-定值誤差滔以。如傳感元件的靈敏性產(chǎn)生的誤差，機械機構(gòu)的制造誤差等氓拼；

E3-機械誤差你画。如負載慣量、摩擦阻力桃漾、負載的干擾力坏匪、進給系統(tǒng)的傳動剛度以及機械傳動間隙等拟逮。其中伺服進給系統(tǒng)的傳動剛度應由伺服電氣系統(tǒng)剛度和機械傳動機構(gòu)剛度組成。

E1在運動過程中時時存在的誤差适滓，進給系統(tǒng)定位停止后敦迄，有幾秒鐘的停止，定常跟蹤誤差會變的很小番恭，本文將其視為零奖岛；E2與伺服進給系統(tǒng)的零件制造和裝配精度有關(guān)；而E3要取決于系統(tǒng)的動態(tài)特性坠诈，可以通過恰當?shù)恼{(diào)整以減小其值淑储，進而提高伺服進給系統(tǒng)的精度。

1.1 伺服進給系統(tǒng)定值誤差

E2主要由機械傳動間隙造成的死區(qū)誤差Et扯氯、電氣元器件自身造成的死區(qū)誤差Ee俏堆、滾珠絲杠自身的制造誤差Es組成：

運動部件反向時，會影響精度烟内。但在機床反向時篡呆，數(shù)控系統(tǒng)設定了響應的反向補償，從而E為定值面旋；

數(shù)控機床電氣系統(tǒng)一般選擇靈敏度高揣煤、穩(wěn)定性好的元件，且都要經(jīng)過篩選和高溫老化實驗盾轮，死區(qū)誤差被限制在很小的范圍內(nèi)凉适。與機械傳動裝置相比，其影響較小糙箍，故Ee≈0渤愁；

大多廠商生產(chǎn)的滾珠絲杠都配有精度檢驗記錄單，為消除隨機誤差影響深夯，可以取各絲杠誤差均值為Es抖格。

1.2 伺服進給系統(tǒng)機械誤差

E3是由于傳動中的摩擦力引起系統(tǒng)剛度變化而造成的彈性變形誤差。其計算需要根據(jù)具體的數(shù)控機床伺服系統(tǒng)構(gòu)建其數(shù)學模型咕晋，獲得相應的傳遞函數(shù)雹拄，最后化成如下的函數(shù)形式：

其由三項組成，第一項和第二項均為定值掌呜，可變項僅有第三項滓玖，即數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的誤差主要受X軸和Z軸數(shù)控系統(tǒng)增益和預緊力影響。

2 伺服進給系統(tǒng)精度分析

對數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)精度進行建模分析质蕉，找出其影響參數(shù)及其相互關(guān)系势篡，進行定量分析，不僅提高伺服進給系統(tǒng)的精度模暗，而且能極大地提高機床精度的穩(wěn)定性和可靠性禁悠，從而提高數(shù)控機床的總體質(zhì)量念祭，減少相應售后服務環(huán)節(jié)。從(4)式中我們不難得出如下結(jié)論：

1)在所有影響伺服進給系統(tǒng)定位誤差的參數(shù)中撤筐，與設計有關(guān)的參數(shù)一旦確定裙系，其對伺服進給系統(tǒng)定位誤差的影響是定值，即等式右邊第一項和第二項午伍。裝配和檢測中需調(diào)整的參數(shù)對伺服進給系統(tǒng)定位誤差的影響不確定肌搔，調(diào)整合理，就會減小系統(tǒng)定位誤差成甫。

2)前期設計中對設計因素加以控制伪浅，可有效降低伺服進給系統(tǒng)定位誤差。設計中要控制以下五點： (1)機械傳動齒輪精度要合理著正，以減小機械傳動和間隙死區(qū)誤差Et惕衩； (2)電氣系統(tǒng)選擇的元件要靈敏度高、穩(wěn)定性好侥镀，以減小電氣死區(qū)誤差Ee协超； (3)選用精度高的滾珠絲杠，且全長誤差只允許為負值皇可，以滿足預拉伸的要求雕什； (4)盡量減小摩擦阻力(減輕移動部件的重量、減小摩擦系數(shù)显晶、盡量選用球軸承贷岸。以減小摩擦扭距等)； (5)盡量增加伺服進給系統(tǒng)的綜合拉壓剛度(加大螺母座磷雇、軸承座剛度偿警、減小絲杠的支承長度、滾珠絲杠采用兩端定位方式唯笙、選用軸向剛度大的絲杠支承軸承螟蒸、滾珠絲杠螺母副要有一定的預緊量等)。

3)影響伺服進給系統(tǒng)定位誤差的因素中崩掘，有些是需在裝配中進行調(diào)整的七嫌。具體地： (1)移動部件的預緊力盡量的小苞慢； (2)盡量減小機械傳動齒輪間隙诵原； (3)控制絲杠前后支承和中間連接的同心度以減小不同心帶來的摩擦扭距； (4)控制數(shù)控系統(tǒng)補償后的伺服系統(tǒng)反向間隙枉疼。

4)伺服進給系統(tǒng)的系統(tǒng)增益Kx(Kz)和絲杠軸承的預緊力Fx(Fz)是影響系統(tǒng)定位誤差的可調(diào)整量拯奔，對于一個設計結(jié)構(gòu)和參數(shù)確定的伺服進給系統(tǒng)必定存在一個最佳參數(shù)值谭扑，此時伺服進給系統(tǒng)誤差最小窟句。一方面增加系統(tǒng)增益Kx(Kz)办樟，系統(tǒng)剛度增加，誤差可減小吟筷。但是疟骤，系統(tǒng)增益Kx(Kz)過大會使伺服進給系統(tǒng)成為欠阻尼系統(tǒng)，易引起系統(tǒng)振蕩：絲杠軸承預緊力Fx(Fz)增大冲驶，機械傳動機構(gòu)剛度增大陨梅，定位誤差應該減小。但是杖扫，隨著預緊力的增大軸承的摩擦力距也會增大押强，定位誤差反而會增大。

3 結(jié)論

高精度數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)精度的影響因素眾多煎喘，對其進行建模分析溜棉，抓住其中的主要因素，并分析這些因素與伺服進給系統(tǒng)精度的關(guān)系卫漫，能以極小化的成本獲得最優(yōu)的加工精度菲饼。本文對數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的誤差組成進行了詳細的推導，得到了伺服進給系統(tǒng)誤差與主要影響因素的定量關(guān)系列赎，最后還究其原因進行了分析宏悦，給出了一些改善措施，以期對高精度數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)的研究包吝、設計及制造有所促進作用饼煞。

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