葉繼軍

（江蘇江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 陰江214433）

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加工中心機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償分析

葉繼軍

（江蘇江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 陰江214433）

摘要：當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的精度也較之前有了更加嚴(yán)格的要求，數(shù)控機(jī)床在長時間的使用中精度值會降低，螺距使用中會加大誤差，影響設(shè)備的加工精度，因此定期對螺距進(jìn)行誤差補(bǔ)償很重要。在實際工作中主要采取雙頻激光干涉儀法對系統(tǒng)進(jìn)行有限補(bǔ)償，經(jīng)實踐檢驗已取得了顯著的成效。

關(guān)鍵詞：加工中心；精度；數(shù)控系統(tǒng)；螺距誤差補(bǔ)償

1　加工中心機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償原理

通過對數(shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度測量系統(tǒng)測得的實際位置進(jìn)行比較，并經(jīng)過相關(guān)公式計算可得全行程上的誤差曲線，技術(shù)人員將所獲取的誤差值繪制成相應(yīng)的表格并輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控系統(tǒng)在工作中會對該軸進(jìn)行實時控制，若發(fā)現(xiàn)存在異常情況會在第一時間進(jìn)行自動修復(fù)將誤差控制在允許范圍內(nèi)。誤差補(bǔ)償應(yīng)遵循一定的原則：（1）必須在機(jī)床上安裝精度較高的測量裝置；（2）根據(jù)需要編寫相應(yīng)的程序，在具體的位置設(shè)置一些標(biāo)志點；（3）系統(tǒng)運行到標(biāo)記位置應(yīng)選擇測量裝置進(jìn)行有效測量并記錄精確位置；（4）記錄各位置點的誤差值；（5）為了使測量更加精確，可多次測量求平均值；（6）將修正表輸入數(shù)控系統(tǒng)中，進(jìn)行針對性的誤差補(bǔ)償。

2　螺距誤差與補(bǔ)償?shù)膸追N常見類型

2.1交叉型螺距誤差與補(bǔ)償

設(shè)備正常工作中由于絲杠之間配合不緊密或者其他因素的制約影響機(jī)床的精確性，為了有效解決上述問題在機(jī)床重復(fù)工作中可對絲杠的機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同程度的處理后，再進(jìn)行重新測量，根據(jù)所獲知的參數(shù)對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。機(jī)床交叉型螺距誤差示意圖見圖1所示。

2.2喇叭型螺距誤差與補(bǔ)償

機(jī)床的被測軸在全行程的各段誤差分布不均勻，尤其是機(jī)床反向運行時誤差較大，從而造成反向間隙超過系統(tǒng)可允許范圍。造成上述現(xiàn)象的原因是該軸導(dǎo)軌副出現(xiàn)松緊不一情況所引發(fā)的，再加之在誤差測量中由于定位精度不準(zhǔn)確，隨著該軸的不斷變動，誤差會變得更大，形成了喇叭型的正反向定位曲線。出現(xiàn)上述情況可對設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，并采取螺距反向間隙補(bǔ)償模式進(jìn)行校正，確保設(shè)備正常運行。圖2所示。

圖1　交叉型螺距誤差示意圖

圖2　喇叭型螺距誤差示意圖

3　基于雙頻激光干涉儀的動態(tài)補(bǔ)償

3.1雙頻激光干涉儀工作原理

雙頻激發(fā)干涉儀測量原理見圖3所示，該測量原理是通過賽曼效應(yīng)的有效應(yīng)用，使激光器1所產(chǎn)生的光束經(jīng)λ/4波片2和分光器3后轉(zhuǎn)變成振動方向垂直的f1偏振光以及頻率穩(wěn)定的f2偏振光。經(jīng)由分光器3反射的光束會通過一定的作用送入檢偏比較器8從而產(chǎn)生一定的信號。通過分光器3的光束在經(jīng)過偏振分光器4后會兵分兩路，與分光鏡片f2信號平行的分光器最終會裝在移動部件上的反射鏡5處，當(dāng)機(jī)床處于正常工作狀態(tài)時會產(chǎn)生一定的差頻即Δf，f2信號也隨即變成f2+Δf；而與分光鏡片垂直的f1信號則通過一定條件的反射會固定到反射鏡6上，通過兩次反射后最終匯合于偏振分光器4的位置，這時經(jīng)過一系列傳輸?shù)男盘栔幸寻藱C(jī)床移動中所具有的相關(guān)信息即Δf；通過反射鏡7送入檢偏比較器8中，最終所得出的脈沖差值即就是機(jī)床在運行中實際移動距離。圖3所示。

圖3　雙頻激光干涉儀測量原理

3.2螺距誤差動態(tài)補(bǔ)償?shù)膶崿F(xiàn)

螺距誤差動態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的工作原理表示如下：（1）通過串口RS232將計算機(jī)與SINUMERIK802S/C系統(tǒng)的CNC控制器相聯(lián)接，并借助計算機(jī)控制雙頻激光干涉儀實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的同步工作；（2）計算機(jī)可通過數(shù)據(jù)采集卡對所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確測量，并與CNC譯碼器輸出的指令值進(jìn)行比較，所得出的差值最終經(jīng)由計算機(jī)進(jìn)行處理；（3）補(bǔ)償接口會將軟件所計算出的補(bǔ)償數(shù)值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，從而確保系統(tǒng)得以正常工作。

3.3螺距誤差補(bǔ)償實例

對一臺SINUMERIK 802S/C系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的X軸螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償，圖4代表的是補(bǔ)償前螺距誤差曲線，圖5表示補(bǔ)償后的螺距誤差曲線，通過對兩圖的比較分析螺距誤差通過動態(tài)補(bǔ)償后機(jī)床的位置控制精確度得到了明顯的增強(qiáng)，加工性能也較之前得到了改進(jìn)，從中也說明了采取螺距誤差補(bǔ)償方式是合理的。

圖4　補(bǔ)償前的螺距誤差曲線

圖5　補(bǔ)償后的螺距誤差曲線

4　結(jié)束語

綜上所述，數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償方式在提高機(jī)床定位的精確性方面起到了一定的作用，但造成機(jī)床加工誤差較大的重要影響因素仍是裝配工藝的不科學(xué)或機(jī)械設(shè)計存在異常所致，所以若遇到螺距誤差偏大時需對設(shè)備進(jìn)行檢修，將誤差盡可能降低的前提下再實施螺距誤差補(bǔ)償效果將更為顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟凱，喬煒，駱朝暉.先進(jìn)檢測儀器在數(shù)控機(jī)床精度驗收中的應(yīng)用[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2013，（11）: 78-79.

[2]張軍，吳則鵬.CNC數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償系統(tǒng)及位置精度評

定[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2014，（06）:46-48.

中圖分類號：TG659

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0277-02

收稿日期：2016-01-08

作者簡介：葉繼軍（1977-），男，江蘇江陰人，工程碩士在讀，講師，主要從事數(shù)控加工理實一體化教學(xué)工作。

CNC Machining Center Pitch Error Compensation System Analysis

YE Ji-jun
（Jiangsu Jiangyin Vocational School，Jiangyin Jiangsu 214433，China）

Abstract:With the current development of science and technology，precision CNC machine tools than before also have more stringent requirements，CNC machine tools in long-term use will decrease the accuracy of pitch will increase the use of processing errors，affecting equipment accuracy，pitch error compensation on a regular basis is very important.In practice mainly adopts dual-frequency laser interferometer system limited compensation method，proven already achieved remarkable results.

Key words:machining centers；accuracy；NC system；pitch error compensation