陳勇徐偉

(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所，四川成都610209)

數(shù)控機(jī)床的定位精度是影響其高精度性能的一個(gè)重要方面，因而也是數(shù)控機(jī)床驗(yàn)收和檢測(cè)時(shí)的一個(gè)重要項(xiàng)目。隨著工件加工精度的不斷提高，除要求數(shù)控機(jī)床本身具有較高精度外，還要采用各種誤差補(bǔ)償技術(shù)在加工過程中對(duì)誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。在半閉環(huán)加工系統(tǒng)中，定位精度在很大程度上受到滾珠絲杠精度的影響，盡管可以不斷提高滾珠絲杠的制造精度，但制造誤差總是存在。為獲得超過滾珠絲杠制造精度的運(yùn)動(dòng)精度，采用螺距誤差補(bǔ)償功能，利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償與修正。采用誤差補(bǔ)償功能的另一個(gè)原因是數(shù)控機(jī)床經(jīng)長時(shí)間使用后，由于機(jī)械磨損等原因，導(dǎo)致絲杠螺距誤差增大，加工精度得不到保證［1］，通過對(duì)機(jī)床進(jìn)行周期檢定和誤差補(bǔ)償，可在保持精度的前提下延長機(jī)床的使用壽命，提高機(jī)床的加工精度［2-3］。

1 螺距誤差補(bǔ)償原理

定位精度(Positional Accuracy)指工件或刀具等實(shí)際位置與標(biāo)準(zhǔn)位置(理論位置、理想位置)之間的差距，差距越小，說明精度越高，是工件加工精度得以保證的前提［4］。

由于加工設(shè)備的精度及加工條件的變化，以及機(jī)床長期使用的磨損，都將導(dǎo)致滾珠絲杠存在螺距誤差，從而影響機(jī)床的定位精度［5-6］。我們常用的數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)反饋檢測(cè)方式可以分為開環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。螺距誤差補(bǔ)償對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)定位精度的提高效果相當(dāng)明顯。

螺距誤差補(bǔ)償?shù)幕驹硎菍?shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的實(shí)際位置進(jìn)行比較，計(jì)算出在全行程上的誤差曲線，并將誤差值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)在對(duì)該軸實(shí)施控制時(shí)，會(huì)自動(dòng)對(duì)該軸誤差值加以補(bǔ)償［7］。螺距誤差補(bǔ)償步驟分析，首先，需要用高精度測(cè)量系統(tǒng)對(duì)機(jī)床全行程進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得該軸具體的誤差值。然后分析定位精度和重復(fù)定位精度，繪制誤差曲線，對(duì)于重復(fù)定位精度較差的軸，因?yàn)闊o法準(zhǔn)確確定其誤差曲線，無法通過螺距誤差補(bǔ)償提高其定位精度。最后把誤差值輸入數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償。

2 CNC2190數(shù)控龍門銑床螺距誤差補(bǔ)償與重建

機(jī)床介紹:CNC2190數(shù)控龍門銑床由臺(tái)灣協(xié)鴻工業(yè)股份有限公司2004年生產(chǎn)，配備FANUC 18-M系統(tǒng)，如圖1所示。經(jīng)過7年的運(yùn)行，機(jī)床定位精度顯著下降，反向間歇增大，導(dǎo)致加工精度下降，根據(jù)設(shè)備定期檢測(cè)計(jì)劃對(duì)此設(shè)備進(jìn)行了定位檢測(cè)和補(bǔ)償。

2．1 FANUC 18－M系統(tǒng)螺距補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)說明

(1)FANUC 18-M系統(tǒng)的反向間隙補(bǔ)償參數(shù)1851～1852

數(shù)據(jù)形式:字軸型;數(shù)據(jù)單位:檢測(cè)單位;數(shù)據(jù)范圍:-9 999～9 999。設(shè)定各軸的反向間隙補(bǔ)償量，接通電源后，當(dāng)機(jī)床向與參考點(diǎn)相反的方向移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行第一次反向間隙補(bǔ)償。

(2)FANUC 18-M系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)

參數(shù)3620是各軸參考點(diǎn)的螺距誤差補(bǔ)償位置號(hào);

參數(shù)3621是各軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖钚∥恢镁幪?hào);

參數(shù)3622是各軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖畲笪恢镁幪?hào);

參數(shù)3623是各軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)姆糯蟊堵?

參數(shù)3624是各軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)奈恢瞄g距。

2.2 定位精度檢測(cè)

機(jī)床X向行程為-1 980～30 mm，確定螺距補(bǔ)償位置間隔為30 mm，即參數(shù)3624的X值設(shè)置為30 000。參考點(diǎn)的補(bǔ)償位置號(hào)為66(參數(shù)3620的X為66)，X軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖钚∥恢锰?hào)為66-1 980/30+1=1;X軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖畲笪恢锰?hào)為66+30/30=67。機(jī)床坐標(biāo)和補(bǔ)償位置之間的關(guān)系如圖2所示。

采用惠普雙頻激光干涉儀對(duì)機(jī)床的定位精度進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)量原理［8］如圖3所示，測(cè)得機(jī)床X軸的定位精度為0.18 mm，超過了機(jī)床定位精度允差0.005 mm/300 mm，因此需要進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。

為了易于螺距誤差補(bǔ)償，首先將系統(tǒng)內(nèi)原有的螺距誤差補(bǔ)償值全部清空，再運(yùn)行程序檢測(cè)，測(cè)量時(shí)，NC的運(yùn)行程序［9］如下:

測(cè)量出各坐標(biāo)位置的實(shí)際位置，得出相應(yīng)螺距誤差補(bǔ)償值，如表1所示，并繪制出螺距誤差補(bǔ)償曲線如圖4所示。

表1 螺距誤差補(bǔ)償值

2.3 反向間歇補(bǔ)償

反向間歇的補(bǔ)償參數(shù)是參數(shù)號(hào)1851和1852，1851表示各軸的反向間歇補(bǔ)償量，1852表示各軸快速移動(dòng)時(shí)的反向間歇補(bǔ)償量。只有當(dāng)參數(shù)No.1800#4(RBK)設(shè)為1時(shí)，參數(shù)1852才有效;當(dāng)參數(shù)No.1800#4(RBK)設(shè)為0時(shí)，切削進(jìn)給和快速進(jìn)給均按照通常1851的反向間歇量進(jìn)行補(bǔ)償。

(1)把手輪置于MDI模式或應(yīng)急暫停模式;(2)點(diǎn)擊“OFFSET SETTING”按鈕 ，然后點(diǎn)擊“SETTING”軟鍵盤，修改參數(shù)寫入使能，即設(shè)置為1;(3)點(diǎn)擊“SYSTEM”按鈕，下翻參數(shù)到1851～1852，根據(jù)實(shí)測(cè)的反向間歇值輸入反向間歇補(bǔ)償值;(4)修改參數(shù)可寫入使能，即設(shè)置為0;(5)關(guān)機(jī)，回機(jī)床原點(diǎn)。

同理，對(duì)Y軸、Z軸進(jìn)行反向間歇補(bǔ)償，減小機(jī)床各軸的反向間歇。

2．4 螺距誤差補(bǔ)償

測(cè)量并計(jì)算出了螺距誤差補(bǔ)償值，把該補(bǔ)償值輸入FANUC 18-M系統(tǒng)進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償。

(1)把手輪置于MDI模式或應(yīng)急暫停模式;(2)點(diǎn)擊“OFFSET SETTING”按鈕 ，然后點(diǎn)擊“SETTING”軟鍵盤，修改參數(shù)寫入使能，即設(shè)置為1;(3)點(diǎn)擊“SYSTEM”按鈕，下翻參數(shù)到3620～3624，進(jìn)行螺距補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)的設(shè)置;(4)點(diǎn)擊“間距”軟鍵，下翻到各軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)奈恢镁幪?hào)，根據(jù)上述螺距誤差補(bǔ)償曲線輸入螺距誤差補(bǔ)償值;(5)修改參數(shù)可寫入使能，即設(shè)置為0;(6)關(guān)機(jī)，回機(jī)床原點(diǎn)。

同理，對(duì)Y軸、Z軸進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償，恢復(fù)機(jī)床各軸的定位精度。

3 結(jié)語

絲杠螺距誤差補(bǔ)償對(duì)半閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的效果，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。本文詳盡地介紹了螺距補(bǔ)償?shù)脑砑熬唧w調(diào)整方法，并針對(duì)CNC2190數(shù)控龍門銑床FANUC 18-M系統(tǒng)的螺距誤差進(jìn)行了實(shí)際補(bǔ)償和重建，正確設(shè)定了螺距誤差補(bǔ)償值，對(duì)提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度有重要的實(shí)用價(jià)值，為FANUC 18-M系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償提供了具體操作方法。

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