數(shù)控機床的定位精度是機床性能的一項重要指標，是影響工件加工精度的重要因素。影響數(shù)控機床精度的因素很多，起主要作用的是數(shù)控系統(tǒng)誤差和機械傳動誤差，其中最重要的是反向誤差和絲桿螺距誤差。近年來 ，圍繞提高數(shù)控機床定位精度，減少定位誤差相關的各項技術得到了廣泛研究，應用最多的是軟件誤差補償法。軟件誤差補償法是利用數(shù)控系統(tǒng) 自身的特點 ，采用軟件的方法，對機床的誤差進行補償。本文選擇對數(shù)控機床定位精度影響大的反向誤差和絲桿螺距誤差補償方法進行分析，經過補償后，數(shù)控機床的定位精度得到顯著提高。1．反向誤差的補償
在數(shù)控機床上，由于各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件 (如伺服電動機 、伺服液壓馬達和步進電動機等) 的反向死區(qū)、各機械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標軸在由正向運動轉為反向運動時形成反向死區(qū)，通常也稱反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床，反向誤差的存在就會影響到機床的定位精度和重復定位精度，從而影響產品的加工精度。如在 C01切削運動時 ，反向誤差會影響插補運動的精度，若偏差過大就會造成 “圓不夠圓，方不夠方”的情形；而在 C O O 快速定位運動中，反向誤差影響機床的定位精度，使得鉆孑L、鏜孑L等孑L加工時各孑L間的位置精度降低。同時，隨著設備投入運行時間的增長，反向誤差還會隨因磨損造成運動副間隙的逐漸增大而增加 ，因此需要定期 (如3 個月) 對機床各坐標軸的反向誤差進行測定和補償。測量直線運動軸的反向偏差時，測量工具通常采用千分表或百分表，若條件允許 ，可使用雙頻激光干涉儀進行測量。當采用千分表或百分表進行測量時，需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長，因為測量時由于懸臂較長，表座易受力移動，造成計數(shù)不準，補償值也就不真實了。具體的反向偏差測定方法是：在所測量坐標軸的行程內，預先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準，再在同一方向給予一定移動指令值 ，使之移動一段距離，然后再往相反方向移動相 同的距離 ，測量停止位置與基準位置之差。在靠近行程的中點及兩端的3 個位置分別進行多次測定 (一般為 7 次)，求出各個位置上的平均值 ，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時一定要先移動一段距離，并將反向間隙補償值設置為零，否則不能得到正確的反向偏差值。若采用編程法實現(xiàn)測量，則能使測量過程變得更便捷更精確。測量的結果可用數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)進行補償，如 FANUC Oi 系統(tǒng) 的 0535 ( BKLX ) 、0536 (BKLY)、0537 (BKLZ) 參數(shù)分別為 x 軸、y 軸、z 軸反向間隙補償值。測量程序如下：N10 CO1 WIO F 8 0 0 ；
N20 W15 ；
N30 W1 ；
N40 W一1 ；
N50 M30；
2．絲桿螺距誤差補償
進行數(shù)控機床的絲桿螺距誤差補償，誤差測量是關鍵。為了保證測量精度，應使用高精度的檢測儀器 (如激光干涉儀)，并在機床幾何精度 (床身水平 、平行度 、垂直度等) 調整完成后進行測量，這樣可以盡量減少幾何精度對定位精度的影響。為了避免在測量各 目標點位置誤差值時，原補償值仍起作用，必須將數(shù)控系統(tǒng)中被補償軸的螺距誤差補償參數(shù)單元清零，或將補償軸的補償功能設置為失效狀態(tài)，或將補償比例因子設定為 0。(1) 自動測量與補償方法
誤差測量與補償方法分為自動和手動兩種方式。用于自動測量與補償?shù)臄?shù)控機床定位誤差補償系統(tǒng)如圖 1 所示。該系統(tǒng)由 6 部分組成 ：數(shù)控機床、雙頻激光干涉儀、誤差測量接口、誤差補償接口、計算機和打印機等。圖 1 中，數(shù)控機床是誤差補償對象，雙頻激光干涉儀用于測量誤差，計算機是系統(tǒng)的核心。在補償軟件的管理下，通過測量接口可用雙頻激光干涉儀自動測量數(shù)控機床的定位誤差，由誤差補償接口對數(shù)控機床的定位誤差進行補償，誤差數(shù)據可通過打印機輸出。當機床運動時，計算機通過誤差測量接口按一定的位移間隔對雙頻激光干涉儀測出的誤差數(shù)據采樣處理，并發(fā)出相應的補償信號；通過誤差補償接口將誤差傳給數(shù)控機床的 CNC 系統(tǒng) ，由數(shù)控機床完成相應的補償。這樣每到一個補償點，計算機便發(fā)出一次補償信號，由數(shù)控機床進行一次補償，直到行程終點。補償實例如下：對一臺型號為 YcM—VM c—65A 加工中心的 軸定位誤差進行檢測，補償前后誤差曲線如圖2 所示。補償前其 軸定位誤差曲線為A ，最大誤差為57．6lxm ，經過補償后，其 軸定位誤差 曲線為 B ，最大誤差僅為6 ．6lxm 。
(2 ) 手動測量 與補償方法 自動測量與補償 系統(tǒng)需要專門的價格昂貴的設備，在沒有設備的情況下，可以采用手動測量與補償方法。具體測量的步驟如下 ：
①將激光干涉 補償曲線儀安裝在某工作臺的一側，測定工作臺上某特定點的初始距離。
②在整個行程范 圍內，用數(shù)控指令移動工作臺，每次移動相同距離，來確定軸向點的位置，這些點的數(shù) 目由工作臺行程大小和數(shù)控系統(tǒng)特點決定。
③記錄命令位置 (即數(shù)控指令所要求的位置) 和激光干涉儀所測得的實際位置之間的偏差。
④重復上述步驟 3 次以上，計算每軸向點的平均誤差，畫出誤差曲線。
⑤按照相應的分析標準 (如 V D I344 1 、JIS6330 、G B 10931m 1989 等) 對測量數(shù)據進行分析，可以先測量再補償 ，補償后再測量，直到達到機床精度的要求范圍。對于測得的誤差數(shù)據，如果被測點數(shù) 目不多，可以通過設置參數(shù)的方法，根據數(shù)控系統(tǒng)的特點，將每一點的誤差值儲存在計算機的存儲器單元中。
例如FANUC 0i系統(tǒng)的螺距補償方法如下：
假如某機床 軸機械行程為 -400mm~800mm ，機床參考點設在0mm 處。設定螺距誤差補償參考 的補償點號為 40(即參數(shù) 3620 = 40，也就是說設定機床參考點在參數(shù)3620 處)，螺距誤差補償間隔為50mm (即參數(shù) 3624 =50000)，補償倍率為 1 (即參數(shù)3623 = 1)。
在機床行程負方向最遠端補償點號為：
螺距誤差補償點基準編號 一 (機床負方向行程／補償間隔) + 1=40-(400／50 ) + 1 = 33。
在機床行程正方向最遠端補償點號為：
螺距誤差補償點基準編號 + (機床正方向行程／補償間隔) = 40 + (800／50 ) = 56 。
如果被測點數(shù)目較多，上述方法費時太多，且易產生錯誤。可采用專用的數(shù)據傳輸軟件 (如西門子公司的專用通信軟件 W INPCIN )，將絲桿螺距誤差值輸出 (文本格式)，用測量的誤差值修改此文本，然后用此數(shù)據傳輸軟件將其上傳到數(shù)控系統(tǒng)。
大量實踐證明，通過誤差的補償，可以有效地提高數(shù)控機床的定位精度，從而提高零件的加工精度。
轉載：張家界航空工業(yè)職業(yè)技術學院 朱樹紅 田正芳
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