世界上精度最高的機床是怎么制造出來(lái)的?
世界上最精密的機床零部件,例如絲桿導軌,軸承,刀具確實(shí)是手工刮研加工出來(lái)的。
但是大部分人都有疑問(wèn)?高精尖的數控機床,以及高精密的裝備的精密度是怎么做出來(lái)?
從我個(gè)人熟悉的工業(yè)機器人方面說(shuō)一下。
各類(lèi)數控機床精度是如何確定的?我們經(jīng)常能聽(tīng)到,五軸磨床,銑床,五軸加工中心,這種說(shuō)法。這個(gè)5軸對應的是伺服電機驅動(dòng)的絲桿,導軌,形成一個(gè)空間的運動(dòng)結構。
由于加工中心內部,大部分是看不到的,所以不少人理解不了多軸的概念。
下面用裸露在外面的可以看到的,機器人結構作為說(shuō)明。
這個(gè)圖就比較直觀(guān)的能看到,所謂的5軸是一個(gè)什么概念。
三坐標結構:就是XYZ三軸,最后一軸直接接上一個(gè)工藝裝置,例如點(diǎn)膠頭,或者是鎖螺絲裝置。
這是三坐標結構,三坐標是所有軸都是固定的結構。
四軸結構,是帶有一個(gè)導軌,可以滑動(dòng)的結構。例如上圖5軸機器人中的最上面部分。
這個(gè)可以滑動(dòng)的部分,就是四軸相對三軸多出來(lái)的一軸。也有四軸是旋轉軸。如下圖
五軸,6軸,又是在哪里呢?
不管是數控機床,工業(yè)機器人,都是關(guān)節型結構,也就是控制滑動(dòng)的軌跡,向前向后,向左向右這類(lèi)型的直線(xiàn)滑動(dòng),以及圓弧的動(dòng)作,都是直線(xiàn),或者旋轉動(dòng)作復合后呈現出來(lái)的。(有學(xué)過(guò)高中物理,復合運動(dòng)概念)
接下來(lái)這就到了重點(diǎn)的地方了!
計算一個(gè)機床的精度,一般有兩種精度,一個(gè)叫絕對精度,一個(gè)叫重復定位精度。(1)絕對精度的含義,通俗理解就是:硬件層面,伺服精度,減速機精度,軸承傳導精度,組裝在一起后,點(diǎn)到點(diǎn)的測量得到的精度。
你可以理解為,我指定機器人到坐標(0,1,1)點(diǎn),最后機器人也向那個(gè)方向移動(dòng)了。但是測量結果是偏差了0.01mm。這就是絕對精度是0.01mm。
絕對精度在應用中一般不常用,它主要是設備廠(chǎng)商自己出廠(chǎng)檢測產(chǎn)品的時(shí)候使用。用來(lái)確定設備是否合格!
在加工產(chǎn)品的時(shí)候,我們經(jīng)??吹降木?,其實(shí)是重復定位精度,也叫MTBS(有的地方有這個(gè)參數字樣可以去看一下)。有沒(méi)有企業(yè)會(huì )宣傳絕對精度,這肯定是有的,但是絕對精度確實(shí)沒(méi)法在工作中使用。這種宣傳多數是噱頭。
(2)重復定位精度,其實(shí)就是末端的執行機構,例如帶有刀具的主軸,他在運行10000次中,平均到達目標點(diǎn)的誤差。
你可以想象一下,一個(gè)不斷工作的設備,各個(gè)軸都在運動(dòng),尤其是精雕機這種高速運動(dòng)的機床。不斷運動(dòng)加工產(chǎn)品,他的精度怎么保證?單純的依靠硬件的剛性來(lái)保證?所有的硬件都是會(huì )被磨損的。那么怎么辦?
用算法進(jìn)行糾偏!也就是用軟件來(lái)做補償,彌補在硬件運動(dòng)中偏移的量。
數控機床在算法層面,都是有一個(gè)坐標系的,同時(shí)帶有編碼器或者激光距離傳感器。這種傳感器本身誤差是很小的,并且精度非常高。
這些設備在運行中,會(huì )實(shí)時(shí)的反饋位置,根據各關(guān)節傳感器帶來(lái)的位置測量,計算出最后主軸的實(shí)際位置與設定位置的差距,來(lái)進(jìn)行算法糾偏。也就是把硬件損耗,給彌補上。
這就是在實(shí)際的數控機床上面,控制精度的方式。
題主這里說(shuō)的,如何加工出世界上最高精度的機床,以及機床零部件。其實(shí)片面的將絕對精度給方大了。
這其實(shí)就是相當于上面上說(shuō)的絕對精度概念。但是絕對精度在實(shí)際生產(chǎn)中不作為參考標準使用。正如我們說(shuō)的,所有的零部件的絕對精度都是0.001mm,但是組裝起來(lái)后,他一定就不是0.001mm。這就是組裝誤差。當然還包括材料誤差。
組裝后影響他們精度的原因,例如材料剛性。
例如鋼尺子,很直對吧,但是剛性底,如果放一個(gè)重物就會(huì )變形,就沒(méi)有所謂的精度了。
還有溫度,也是影響材料剛性的關(guān)鍵。
因此,用上面大量篇幅費力的講精度的問(wèn)題,就在說(shuō)明一個(gè)事情。那就是即使你做出絕對精度非常高的零部件,你不一定能做出高端的數控機床!
但是沒(méi)有超高精的零部件,肯定是沒(méi)有高端數控機床的!
最典型的產(chǎn)品,就是前兩年,國內市場(chǎng)一直討論的:工業(yè)機器人的減速機,中國一直無(wú)法生產(chǎn)。全球的減速機都被日本兩家企業(yè)壟斷了。(現在可以生產(chǎn)了)
機器人減速機組成部門(mén),都是各類(lèi)齒輪,軸承。
那么接下來(lái)就可以說(shuō),高精尖機床和高精尖的零部件這個(gè)“雞生蛋,還是蛋生雞”的問(wèn)題了!工業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)“往復”加工,不斷調整的過(guò)程。
第一臺機床很粗糙,但是在加工了粗胚之后。這個(gè)粗胚可以是應用于機床的零部件。這個(gè)粗胚想要再進(jìn)一步的提高絕對精度,在沒(méi)有機床的情況,就需要手工的刮研。
手工刮研,說(shuō)的通俗一點(diǎn),就是一點(diǎn)一點(diǎn)的劃去突出的部分,慢慢的找平。
這個(gè)過(guò)程是一邊刮,一邊測量??辞宄耸且贿吂?,一邊測量。不能一直刮,不然那就是在刨坑。
這個(gè)過(guò)程可以達到非常高的精度,可以達到0.0025mm以上。
工業(yè)中,一般將0.01mm叫做一個(gè)絲,這個(gè)0.0025mm,是一個(gè)絲的四分之一。
刮研是提高我們最開(kāi)始看到的機床的絲桿,導軌的主要手段。這也就說(shuō)回來(lái)了。手工是提高機床精度的唯一辦法。
這也就說(shuō)沒(méi)有手工刮研,就沒(méi)有高端機床。高精尖機床,可以生產(chǎn)高精尖的東西,是因為在絕對精度的零部件組裝后的基礎上,還有代碼的補償功能。
理論上重復定位精度可以無(wú)限接近絕對精度,但是有很大難度。
這里也就拓展一下說(shuō),為什么中國數控機床做不到,超高端。
問(wèn)題之一也就處在算法工藝的積累上面,國內的數控系統還是處于中低端水平。
至于,有沒(méi)有零部件的問(wèn)題,那肯定也是有的。只是誰(shuí)的限制大?算法的限制當前最大。