史利娟，陳金英，李兆坤

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，北京100042)

螺距誤差和反向間隙是影響機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的兩個(gè)重要因素。在機(jī)床的機(jī)械部分具備一定的精度范圍條件下，可以通過數(shù)控系統(tǒng)提供的反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償進(jìn)行定位精度和重復(fù)定位精度的修復(fù)。文中就螺距誤差補(bǔ)償進(jìn)行詳細(xì)的說明。

定位精度指的是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令值與機(jī)床進(jìn)給軸系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)動(dòng)值之間的差值。螺距誤差補(bǔ)償就是修正數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序計(jì)算發(fā)出的指令值，從而提高機(jī)床的定位精度，在一定范圍內(nèi)通過數(shù)控系統(tǒng)補(bǔ)償機(jī)床由于絲杠螺距存在的機(jī)械誤差。

1 LNC-M510i 系統(tǒng)螺距補(bǔ)償方法

LNC-M510i 系統(tǒng)螺距補(bǔ)償采用單向、增量式的螺距誤差補(bǔ)償方法，通過多次、雙向檢測(cè)機(jī)床在有效行程范圍內(nèi)多個(gè)定位點(diǎn)的定位誤差，通過一定的算法計(jì)算出定位點(diǎn)的螺距誤差補(bǔ)償值，將其輸入到數(shù)控系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)和螺距誤差補(bǔ)償表中去。具體補(bǔ)償方法為:

(1)確定螺距補(bǔ)償?shù)拈_始位置和補(bǔ)償方向

建立檢測(cè)機(jī)床定位誤差的工件坐標(biāo)系，確定機(jī)床進(jìn)行某軸檢測(cè)的有效行程，計(jì)算出機(jī)床零點(diǎn)與之距離最近的檢測(cè)點(diǎn)之間的距離，確定從機(jī)床零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到最近點(diǎn)的方向。如:若當(dāng)機(jī)床回到機(jī)械零點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中顯示的－500，進(jìn)行檢測(cè)的有效范圍為0 ～400，需要記錄兩個(gè)值:螺距開始補(bǔ)償?shù)奈恢镁嚯x機(jī)床零點(diǎn)距離為100、方向是相對(duì)機(jī)床零點(diǎn)向正方向進(jìn)行補(bǔ)償。

(2)利用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行機(jī)床定位精度的檢測(cè)

將數(shù)控系統(tǒng)提供的螺距誤差補(bǔ)償功能關(guān)閉，利用檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)。對(duì)于定位精度的檢測(cè)，現(xiàn)在比較常用的是激光干涉儀，用其線性測(cè)長(zhǎng)單元可以測(cè)出其定位精度和重復(fù)定位精度，從數(shù)據(jù)分析單元可以直接分析出螺距誤差補(bǔ)償值和反向間隙值。

(3)進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償和螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)機(jī)床參數(shù)說明，分別對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要涉及到的參數(shù)如表1所示。

表1 螺距補(bǔ)償相關(guān)參數(shù)

(4)重新進(jìn)行機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)

補(bǔ)償參數(shù)生效后，重新進(jìn)行機(jī)床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)，若定位精度符合或達(dá)到精度要求，則補(bǔ)償結(jié)束;若精度沒有達(dá)到要求，但有所提高，重復(fù)步驟1－4，通過多次補(bǔ)償來(lái)提高機(jī)床的精度。

2 LNC-M510i 螺距補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

結(jié)合實(shí)際的檢測(cè)機(jī)床確定檢測(cè)X 軸、檢測(cè)行程400 mm、檢測(cè)間隔50 mm、檢測(cè)點(diǎn)數(shù)400/50 =8、檢測(cè)距離機(jī)床零點(diǎn)最近點(diǎn)的距離為50 mm、從機(jī)床原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到該點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎?。具體的應(yīng)用過程如下:

(1)檢測(cè)之前進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如表2所示。

表2 檢測(cè)前參數(shù)

(2)編制和校驗(yàn)檢測(cè)程序，輸入數(shù)控系統(tǒng);

根據(jù)前面檢測(cè)設(shè)置和數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，檢測(cè)部分程序如下所示:

此程序完成的是在X 軸從－400 ～0 mm 的行程范圍內(nèi)，進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的定位精度和重復(fù)定位精度的檢測(cè)，其測(cè)試數(shù)據(jù)位置點(diǎn)間隔距離為50 mm，測(cè)試數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為9 個(gè)，重復(fù)次數(shù)為1。整個(gè)數(shù)據(jù)的檢測(cè)是按照相同的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)3 次數(shù)據(jù)的檢測(cè)。

(3)運(yùn)行程序和激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床精度檢測(cè)。

利用激光干涉儀進(jìn)行線性檢測(cè)，測(cè)試機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，通過分析數(shù)據(jù)給出機(jī)床的反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償值。機(jī)床檢測(cè)精度和補(bǔ)償值分別如圖1、表3 和圖2所示。

圖1 機(jī)床現(xiàn)有的精度

表3 反向間隙和螺距補(bǔ)償值

圖2 反向間隙補(bǔ)償后的檢測(cè)數(shù)據(jù)

從圖1 中可以看出:沒有進(jìn)行螺距補(bǔ)償時(shí)定位精度為0.04 mm。

(4)修改反向間隙值，進(jìn)行機(jī)床精度的檢測(cè)。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和所給定的補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。首先進(jìn)行反向間隙的補(bǔ)償，設(shè)置反向間隙參數(shù):檢測(cè)前44 值為10，根據(jù)補(bǔ)償表應(yīng)該為－8，兩種相加，因此參數(shù)44 值應(yīng)為2;

利用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床精度的檢測(cè)。從圖2 可以看出，經(jīng)過修改反向間隙，重復(fù)定位精度有了一定的變化，但定位精度變化比較小。

(5)設(shè)置相關(guān)的螺距誤差補(bǔ)償值，進(jìn)行機(jī)床精度檢測(cè)。

根據(jù)前面表1 和表3 中的值，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如表4所示。設(shè)置參數(shù)后，重新啟動(dòng)系統(tǒng)，利用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床精度的檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?經(jīng)過螺距誤差補(bǔ)償，機(jī)床的定位精度可以達(dá)到0.006 mm。比之前的0.04 mm 有提高，結(jié)合機(jī)床的定位精度要求為0.01 mm，可以得出結(jié)論:螺距補(bǔ)償有效，而且沒有必要進(jìn)行重復(fù)的螺距誤差補(bǔ)償。

表4 進(jìn)行螺距補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置

圖3 螺距補(bǔ)償后的精度檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過對(duì)LNC-M510i 數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用，可以得出如下結(jié)論:(1)在機(jī)床機(jī)械誤差允許的情況下，可以通過數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償提高機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度;(2)在應(yīng)用螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，需要設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)或者補(bǔ)償能否有效的關(guān)鍵點(diǎn)是:螺距誤差補(bǔ)償?shù)拈_始位置是否設(shè)置、螺距補(bǔ)償?shù)姆较蚴欠裾_以及螺距誤差補(bǔ)償列表及其對(duì)應(yīng)的值輸入關(guān)系是否正確。

［1］楊建國(guó)，范開國(guó)，杜正春.數(shù)控機(jī)床實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

［2］熊軍，孫艷敏.數(shù)控機(jī)床原理與結(jié)構(gòu)［M］.北京:人民郵電出版社，2013.

［3］寶元數(shù)控精密股份有限公司.LNC-M510i 軟件應(yīng)用手冊(cè):2008/3 版本［M］.

［4］史利娟.CKA6150 數(shù)控車床刀架工作原理和典型故障分析［J］.機(jī)床與液壓，2013，41(16):191－192.