鄭通達(dá)

（國(guó)家塑料機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心，浙江寧波315800）

0 引言

在科技高速發(fā)展的今天，數(shù)控機(jī)床取代老式儀表機(jī)床已經(jīng)基本完成，現(xiàn)在人們把目光投向了如何提高數(shù)控機(jī)床精度上，于是數(shù)控機(jī)床位置精度的概念就此產(chǎn)生。

數(shù)控機(jī)床位置精度是數(shù)控機(jī)床最重要、也最能代表機(jī)床特征的一項(xiàng)指標(biāo)，位置精度的高低往往決定了機(jī)床加工件的精度。

1 數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量

脈沖當(dāng)量是指當(dāng)控制器輸出一個(gè)定位控制脈沖時(shí)，所產(chǎn)生的定位控制移動(dòng)的位移。對(duì)直線運(yùn)動(dòng)來說，是指移動(dòng)的距離；對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)來說，是指轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

1.1 直線軸的脈沖當(dāng)量

直線軸的脈沖當(dāng)量是指當(dāng)機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)脈沖指令，通過伺服驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角α，機(jī)床對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際產(chǎn)生的位移δ。其公式為：

式中，δ為直線軸的脈沖當(dāng)量；α為電機(jī)的步距角；P為滾珠絲桿的導(dǎo)程；μ1為控制系統(tǒng)電子齒輪傳動(dòng)比；μ2為伺服驅(qū)動(dòng)器的傳動(dòng)比；μ3為各級(jí)齒輪的總傳動(dòng)比。

1.2 回轉(zhuǎn)軸的脈沖當(dāng)量

回轉(zhuǎn)軸的脈沖當(dāng)量是指當(dāng)機(jī)床控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)脈沖指令，通過伺服驅(qū)動(dòng)器，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角α，機(jī)床對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)部件實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的角度ε。其公式為：

式中，ε為回轉(zhuǎn)軸的脈沖當(dāng)量；α為電機(jī)的步距角；μ1為控制系統(tǒng)電子齒輪傳動(dòng)比；μ2為伺服驅(qū)動(dòng)器的傳動(dòng)比；μ3為渦輪蝸桿的總傳動(dòng)比。

2 數(shù)控機(jī)床脈沖當(dāng)量的調(diào)節(jié)

2.1 理論脈沖當(dāng)量

在數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，根據(jù)機(jī)床的精度要求，其脈沖當(dāng)量一般取值在0.01～0.001 mm之間。

2.2 實(shí)際脈沖當(dāng)量

在數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)完成后，機(jī)床電機(jī)的步距角α和絲桿導(dǎo)程P的數(shù)值便會(huì)確定，然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，僅確定步距角和導(dǎo)程，數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量可能無法達(dá)到理想的狀態(tài)，因而在數(shù)控機(jī)床制造完成后，生產(chǎn)方會(huì)根據(jù)機(jī)床的精度要求，調(diào)節(jié)機(jī)床電子齒輪傳動(dòng)比和伺服驅(qū)動(dòng)器的傳動(dòng)比。

2.3 脈沖當(dāng)量匹配

利用傳動(dòng)比提高位置精度，其實(shí)質(zhì)就是通過對(duì)理論脈沖當(dāng)量的微調(diào)，使得理論脈沖當(dāng)量與實(shí)際脈沖當(dāng)量相匹配。

3 精度提高實(shí)例

本文以XX公司生產(chǎn)的簡(jiǎn)式臥式數(shù)控車床為例進(jìn)行分析。該數(shù)控車床采用凱恩帝K100T數(shù)控系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)缺少螺距補(bǔ)償功能，無法對(duì)機(jī)床的位置精度進(jìn)行方便的差補(bǔ)。并且在實(shí)際車床生產(chǎn)情況中，因?yàn)樯a(chǎn)成本等局限性，往往生產(chǎn)方制造的機(jī)器在位置精度方面有所欠缺，甚至于無法達(dá)到國(guó)標(biāo)水平。為此，我們提出了利用光柵尺來調(diào)節(jié)電子齒輪傳動(dòng)比的方法，從而達(dá)到提高位置精度的目的。

以該車床Z軸為例，Z軸的行程為140 mm，取200 mm的光柵尺，首先根據(jù)機(jī)床測(cè)量精度要求選取適宜的光柵尺，其次在安裝光柵尺時(shí)要特別注意，必須盡可能讓光柵尺與Z軸平行，一般平行度控制在5 μm之內(nèi)。

完成上述步驟后，將Z軸移動(dòng)到機(jī)械坐標(biāo)的零位，同時(shí)將光柵尺的數(shù)值也相應(yīng)清零。隨即在車床上輸入指令（G0 Z140 F500），將Z坐標(biāo)的位置移到Z140處，觀察光柵尺讀數(shù)顯示140.016 mm。

由此可以看出，如果光柵尺的精度可以保證，上述Z軸的實(shí)際長(zhǎng)度和理論長(zhǎng)度的比值為：

140.016 /140.000=140 016/140 000=8 751/8 750得出的比值即為傳動(dòng)比的修正參數(shù)，可填入電子齒輪參數(shù)或驅(qū)動(dòng)器參數(shù)，或者兩者配合填入。

為驗(yàn)證此方式的有效性，我們特地選用Renishaw XL80激光干涉儀做了驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

圖1 初始狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

從圖1中不難發(fā)現(xiàn)，利用激光干涉儀所測(cè)得的全行程長(zhǎng)度為140.017 mm，兩者相比較結(jié)果非常接近。

在填入傳動(dòng)比參數(shù)后，我們?cè)俅螌?duì)該臺(tái)車床進(jìn)行了測(cè)量，依據(jù)GB/T 25659.1—2010《簡(jiǎn)式數(shù)控臥式車床第1部分：精度檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 補(bǔ)償狀態(tài)測(cè)試結(jié)果

從表1的精度要求來看，在經(jīng)過補(bǔ)償之后，機(jī)床的精度要求最終狀態(tài)能很好地滿足企業(yè)和國(guó)標(biāo)要求。

表1 精度要求 單位：μm

依照上述方法，也可對(duì)回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

4 優(yōu)越性

利用調(diào)節(jié)傳動(dòng)比來提高位置精度有著許多優(yōu)越性。

（1）調(diào)節(jié)快速：操作方式簡(jiǎn)便，對(duì)于人員的適應(yīng)要求比較低，一般普通操作工便能完成該類調(diào)節(jié)。

（2）價(jià)格便宜：與現(xiàn)在普遍流行的激光測(cè)量補(bǔ)償相比，光柵尺的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光干涉儀。對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)控車床來說，該方法性價(jià)比較高。

（3）適用范圍廣：除去文中所提及的簡(jiǎn)式數(shù)控臥式車床，該方法還適用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控線切割、加工中心等各類設(shè)備的位置精度調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

采用改變傳動(dòng)比的方法提高位置精度，使得位置精度補(bǔ)償不再局限于激光補(bǔ)償，大大豐富了提高簡(jiǎn)易機(jī)床位置精度的補(bǔ)償方式。

[1]韓紹民.數(shù)控機(jī)床電子齒輪傳動(dòng)比計(jì)算方法及其機(jī)械性能研究[J].裝備制造技術(shù)，2014（3）：34-36.

[2]周星.用激光干涉儀測(cè)量數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸精度[J].工具技術(shù)，1997，31（2）：42.

[3] 韓文淵.數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)[J].裝備機(jī)械，2010（1）：62-73.

[4]雷尼紹（上海）貿(mào)易有限公司.全新XR20-W系統(tǒng)顯著提高回轉(zhuǎn)軸校準(zhǔn)的靈活性和便利性[J].新技術(shù)新工藝，2011（11）：45.

[5]盧業(yè)堅(jiān).淺析Renishaw激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床直線位置精度的檢測(cè)[J].質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2012（4）：24-27.

[6]簡(jiǎn)式數(shù)控臥式車床 第1部分：精度檢驗(yàn)：GB/T 25659.1—2010[S].