張鑫

(長春職業(yè)技術學院，吉林長春130033)

隨著高速高精技術的發(fā)展，企業(yè)對數(shù)控機床定位精度、重復定位精度的要求日益提高。精密滾珠絲杠加編碼器式的半閉環(huán)控制系統(tǒng)，無法控制機床傳動機構所產生的傳動誤差、高速運轉時傳動機構所產生的熱變形誤差以及加工過程中因傳動系統(tǒng)磨損而產生的誤差，而這些誤差已經嚴重影響到數(shù)控機床的加工精度及穩(wěn)定性，已無法滿足用戶的需求。對此，文中闡述了通過給進給軸X 軸加裝線性光柵尺將HNC-808型的數(shù)控車床由半閉環(huán)改造為全閉環(huán)的全過程，并利用步距規(guī)對升級前后X 軸的定位精度分別進行檢測，通過檢測結果對比驗證了數(shù)控車床的定位精度、重復定位精度都獲得了大幅度提高。

1 HNC-808 數(shù)控車床控制線路設計與連接

1.1 HNC-808 數(shù)控系統(tǒng)

HNC-808 系統(tǒng)是全數(shù)字總線式數(shù)控裝置，采用模塊化、開放式體系結構，支持總線式I/O 單元。CKA6150 數(shù)控車床全閉環(huán)控制電氣連接簡圖如圖1所示。

圖1 HNC-808 數(shù)控車床控制線路

HNC-808 數(shù)控系統(tǒng)通過UPS 不間斷電源供電，主軸單元采用變頻器進行控制，進給軸的運動通過總線連接進行控制。進給單元采用HSV-180UD 伺服驅動器進行驅動，該驅動器具有高速工業(yè)以太網總線接口，可以實現(xiàn)驅動器和數(shù)控裝置高速的數(shù)據(jù)交換;具有高分辨率絕對式編碼器接口，可以適配復合增量式、正余弦、全數(shù)字絕對式等多種信號類型的編碼器;支持雙編碼器接口，可以實現(xiàn)全閉環(huán)控制;支持連接登奇電機、華大電機、斯科電機。

未進行升級前的數(shù)控車床X 軸和Z 軸采用絕對式編碼器實現(xiàn)半閉環(huán)控制，絕對式編碼器連接在Encoder 1 的接口位置。因HSV-180UD 伺服驅動器支持雙編碼器接口，可以實現(xiàn)全閉環(huán)控制。所以，將連接光柵尺的數(shù)據(jù)反饋端接在Encoder 2 接口，在完成光柵尺安裝調試緊固以及配置伺服驅動器和數(shù)控系統(tǒng)相應參數(shù)之后，即可實現(xiàn)光柵尺的全閉環(huán)控制。

2 光柵尺的機械安裝與調整

光柵尺的結構是由定尺體和動尺讀數(shù)頭組成，安裝調整的好與壞直接影響光柵尺檢測、控制工作的質量，必須引起足夠的重視。現(xiàn)以CKA6150 型車床平床身X 向線性坐標軸為例，介紹光柵尺的調整安裝過程。

(1)定尺體的安裝調整

采用把定尺體裝在“L”型彎板上，再把“L”型彎板固定在X 軸工作臺側面的安裝方法。首先，根據(jù)選擇的光柵尺安裝尺寸(如圖2所示)，選擇一水平面寬度為60 mm、垂直面高度為60 mm 的“L”型彎板，在彎板水平面上鉆4 個間距為100 mm、直徑為φ5 mm 的通孔并攻M6 mm 的螺紋。確?？椎闹行碾x彎板垂直面距離一致，并確保定尺安裝時和彎板垂直面不發(fā)生干涉;然后，在彎板垂直面高50 mm的位置鉆3 個間距為100 mm、直徑為φ6 mm 的孔。再磨一塊厚度均勻的長墊塊放在彎板水平面下，使彎板緊靠X 軸工作臺側面，以鉆好的φ6 mm 的孔中心找正鉆φ5 mm 的孔，確保孔的深度超過彎板立面厚度10 mm 并攻M6 mm 的螺紋。

圖2 光柵尺安裝尺寸示意圖

將墊鐵撤掉，將彎板固定在X 軸工作臺側面，再將定尺體固定在彎板上。最后，將磁力表座吸在平導軌上，用百分表測光柵尺定尺體的上表面和側表面，通過調整定尺體與安裝基面平行并緊固螺釘，使上表面相對導軌運動方向的平行度誤差應不大于0.15 mm，測表面相對安裝面的平行度誤差應不大于0.15 mm。

(2)動尺讀數(shù)頭的位置調整

待定尺體安裝完成后，利用深度千分尺測量定尺體距離工作臺面的距離，然后算出墊在動尺讀數(shù)頭下面墊塊的厚度(例如，測出的高度為50 mm，根據(jù)安裝尺寸所示，那么墊塊高度應該為50－37 +2 =15 mm)，按照動尺讀數(shù)頭的(長+30)×寬×高(15)加工出長方體，并在長方體兩端加工出寬為6 mm、長度為20 mm 的腰型鍵槽，鉆間距為40 mm 的直徑為φ6 mm 的2 個孔，將動尺讀數(shù)頭裝在墊塊上。然后再和X 軸相連的拖板水平面合適位置鉆間距為40 mm 的直徑為φ5 mm 的2 個孔，并攻M6 mm 的螺紋，使螺絲能從墊塊兩個腰形槽間通過，通過調整夾具位置使動尺讀數(shù)頭和定尺體的間距位置為1.5 mm，如圖3所示，然后緊固螺絲，完成調整過程。

3 全閉環(huán)控制線路調整以及參數(shù)配置

3.1 控制線路調整

(1)數(shù)控車床由半閉環(huán)改為全閉環(huán)時，應該關閉機床總電源。

(2)將數(shù)控車床X 軸的電機動力插頭拔掉，處于斷開狀態(tài)。

(3)將線性光柵尺的信號線連接在X 軸伺服驅動器Ecoder 2(XS6)接口上，并接通機床總電源調整數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)及X 軸伺服驅動器參數(shù)。

(4)相關參數(shù)設置完成后，保存并斷電，2 min后數(shù)控機床重新上電，手動旋轉X 軸絲杠使電機做旋轉運動，并觀察數(shù)控系統(tǒng)人機界面上X 軸指令值和實際位置值是否同時增加或同時減少(負方向旋轉實際值減少;正方向旋轉實際值增加)，如果不同時，則需將PA10(全閉環(huán)反饋信號計數(shù)取反)設為

512。

(5)將數(shù)控機床斷電關機，并將X 軸電機動力插頭重新與電機連接。

(6)將數(shù)控機床上電開機，并在手搖狀態(tài)，倍率在×10 擋移動X 軸，將X 軸移動到X 軸機械設計零點，設定X 軸正、負軟極限，并找到電機位置顯示的數(shù)值，通過D/1 000 ×4 000/50 000(D 為電機位置顯示的數(shù)值)設定X 軸機械零點。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)全閉環(huán)控制參數(shù)的調整

(1)系統(tǒng)軸參數(shù)的設定

(2)伺服參數(shù)的設定

4 全閉環(huán)控制的定位精度檢測

4.1 螺距誤差補償測量程序

螺距誤差補償測量程序如下:

4.2 螺距誤差測量

(1)確定數(shù)控車床的X 軸在全閉環(huán)狀態(tài)下，合理設置X 軸的正、負軟限位，將反向間隙補償與螺距誤差補償?shù)南嚓P參數(shù)清零，開機后重新回參考點，使X 坐標軸運行在一個完全沒有經過精度補償?shù)臓顟B(tài)。

(2)把數(shù)控車床前端上部的山形導軌與平導軌擦拭干凈，將專用工裝橋尺擦拭干凈并平穩(wěn)地放置在數(shù)控車床的Z 軸導軌上，將數(shù)控機床的大托板擦拭干凈。并將磁力表座擦拭干凈后架固在大托板上，用千分表將橋尺沿著數(shù)控車床的X 軸方向找平。找平后，將步距規(guī)擦拭干凈并輕輕放置在專用的工裝橋尺上，然后將千分表換成杠桿百分表并將找正步距規(guī)。

(3)將數(shù)控車床的X 軸自動回零，編輯精度檢測程序，程序校驗無誤后，調整杠桿百分表，使表頭觸及步距規(guī)檢測面(壓表0.2 mm)并調至零刻度。

(4)運行數(shù)控機床定位精度檢測程序，采集5組合理的數(shù)據(jù)，利用Excel 表格進行計算，計算出重復定位精度、定位精度和反向間隙補償值等相關數(shù)據(jù)。

4.3 誤差計算

全閉環(huán)控制定位精度檢測的數(shù)值和計算結果如圖4所示，通過和升級前半閉環(huán)控制的定位精度(如圖5所示)對比分析可以看出:全閉環(huán)控制時定位精度、重復定位精度以及反向間隙等精度都有所提高，符合數(shù)控機床出廠時的檢測標準。

5 結論

實踐證明:通過采用絕對式光柵尺對HNC-808系統(tǒng)的數(shù)控車床進行半閉環(huán)控制升級全閉環(huán)控制，全閉環(huán)控制可以正常運行，而且通過精度檢測計算對比可以看出，數(shù)控車床X 坐標軸的定位精度和重復定位精度都得到了提高，進而能夠提高零件的加工精度。

［1］張鑫.基于HNC-21S 數(shù)控實驗臺的故障診斷技術研究［D］.長春:吉林大學，2009:32－36.

［2］陳勇.XK714/1 數(shù)控銑床螺距誤差補償［J］.機床與液壓，2012，40(4):24－25.

［3］王麗潔.數(shù)控機床故障診斷與維修實訓［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2012.