如何提高數(shù)控機(jī)床各軸的定位精度和重復(fù)定位精度

發(fā)布日期:2014-09-18    蘭生客服中心    瀏覽:17960

  導(dǎo)讀:對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測(cè)試是非常必要的,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,提高零件加工精度,那么如何提高機(jī)床各軸的定位精度和重復(fù)定位精度呢?

  同一臺(tái)機(jī)床,由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同,所得到的位置精度也不相同,因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時(shí),也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對(duì)于這二者的測(cè)定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑。

  反向偏差

  在數(shù)控機(jī)床上,由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件(如伺服電動(dòng)機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙等誤差的存在,造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動(dòng)時(shí)形成反向偏差,通常也稱反向間隙或失動(dòng)量。對(duì)于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,反向偏差的存在就會(huì)影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,從而影響產(chǎn)品的加工精度。

  在G01切削運(yùn)動(dòng)時(shí),反向偏差會(huì)影響插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的精度,若偏差過(guò)大就會(huì)造成“圓不夠圓,方不夠方”的情形;而在G00快速定位運(yùn)動(dòng)中,反向偏差影響機(jī)床的定位精度,使得鉆孔、鏜孔等孔加工時(shí)各孔間的位置精度降低。同時(shí),隨著設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),反向偏差還會(huì)隨因磨損造成運(yùn)動(dòng)副間隙的逐漸增大而增加,因此需要定期對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測(cè)定和補(bǔ)償。

  【反向偏差的測(cè)定】

  反向偏差的測(cè)定方法:在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程內(nèi),預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn),再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值,使之移動(dòng)一段距離,然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離,測(cè)量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定(一般為七次),求出各個(gè)位置上的平均值,以所得平均值中的最大值為反向偏差測(cè)量值。在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離,否則不能得到正確的反向偏差值。

  測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)軸的反向偏差時(shí),測(cè)量工具通常采有千分表或百分表,若條件允許,可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測(cè)量時(shí),需要注意的是表座和表?xiàng)U不要伸出過(guò)高過(guò)長(zhǎng),因?yàn)闇y(cè)量時(shí)由于懸臂較長(zhǎng),表座易受力移動(dòng),造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn),補(bǔ)償值也就不真實(shí)了。若采用編程法實(shí)現(xiàn)測(cè)量,則能使測(cè)量過(guò)程變得更便捷更精確。

  例如,在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測(cè)量X軸的反向偏差,可先將表壓住主軸的圓柱表面,然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測(cè)量:

  N10 G91 G01 X50 F1000;工作臺(tái)右移

  N20 X-50;工作臺(tái)左移,消除傳動(dòng)間隙

  N30 G04 X5;暫停以便觀察

  N40 Z50;Z軸抬高讓開(kāi)

  N50 X-50:工作臺(tái)左移

  N60 X50:工作臺(tái)右移復(fù)位

  N70 Z-50:Z軸復(fù)位

  N80 G04 X5:暫停以便觀察

  N90 M99;

  需要注意的是,在工作臺(tái)不同的運(yùn)行速度下所測(cè)出的結(jié)果會(huì)有所不同。一般情況下,低速的測(cè)出值要比高速的大,特別是在機(jī)床軸負(fù)荷和運(yùn)動(dòng)阻力較大時(shí)。低速運(yùn)動(dòng)時(shí)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較低,不易發(fā)生過(guò)沖超程(相對(duì)“反向間隙”),因此測(cè)出值較大;在高速時(shí),由于工作臺(tái)速度較高,容易發(fā)生過(guò)沖超程,測(cè)得值偏小。

  回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸反向偏差量的測(cè)量方法與直線軸相同,只是用于檢測(cè)的儀器不同而已。

  【反向偏差的補(bǔ)償】

  國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床,定位精度有不少>0.02mm,但沒(méi)有補(bǔ)償功能。對(duì)這類機(jī)床,在某些場(chǎng)合下,可用編程法實(shí)現(xiàn)單向定位,清除反向間隙,在機(jī)械部分不變的情況下,只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn),然后再開(kāi)始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給中遇反向時(shí),給反向間隙值再正式插補(bǔ),即可提高插補(bǔ)加工的精度,基本上可以保證零件的公差要求。

  對(duì)于其他類別的數(shù)控機(jī)床,通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個(gè)地址,專供存儲(chǔ)各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個(gè)軸被指令改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí),數(shù)控裝置會(huì)自動(dòng)讀取該軸的反向間隙值,對(duì)坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正,使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上,消除或減小反向偏差對(duì)機(jī)床精度的不利影響。

  一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用,為了兼顧高、低速的運(yùn)動(dòng)精度,除了要在機(jī)械上做得更好以外,只能將在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)得的反向偏差值作為補(bǔ)償值輸入,因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時(shí)的插補(bǔ)精度。

  對(duì)于FANUC0i、FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng),有用于快速運(yùn)動(dòng)(G00)和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(G01)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同,數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)選擇使用不同的補(bǔ)償值,完成較高精度的加工。

  將G01 切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)測(cè)得的反向間隙值A(chǔ) 輸入?yún)?shù)NO11851(G01的測(cè)試速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來(lái)決定),將G00測(cè)得的反向間隙值B 輸入?yún)?shù)NO11852。需要注意的是,若要數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償,應(yīng)將參數(shù)號(hào)碼1800的第四位(RBK)設(shè)定為1;若RBK設(shè)定為0,則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補(bǔ)償值。

  二、定位精度

  數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測(cè)量的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置精度,是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項(xiàng)重要精度,它與機(jī)床的幾何精度共同對(duì)機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響,尤其對(duì)孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工精度,所以對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。

  【定位精度的測(cè)定】

  目前多采用雙頻激光干涉儀對(duì)機(jī)床檢測(cè)和處理分析,利用激光干涉測(cè)量原理,以激光實(shí)時(shí)波長(zhǎng)為測(cè)量基準(zhǔn),所以提高了測(cè)試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測(cè)方法如下:

  安裝雙頻激光干涉儀;

  在需要測(cè)量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測(cè)量裝置;

  調(diào)整激光頭,使測(cè)量軸線與機(jī)床移動(dòng)軸線共線或平行,即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直;

  待激光預(yù)熱后輸入測(cè)量參數(shù);

  按規(guī)定的測(cè)量程序運(yùn)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行測(cè)量;

  數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。

  【定位精度的補(bǔ)償】

  若測(cè)得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍,則必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。常用方法是計(jì)算出螺距誤差補(bǔ)償表,手動(dòng)輸入機(jī)床CNC系統(tǒng),從而消除定位誤差,由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn),所以手動(dòng)補(bǔ)償需要花費(fèi)較多時(shí)間,并且容易出錯(cuò)。

  現(xiàn)在通過(guò)RS232接口將計(jì)算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來(lái),用VB編寫的自動(dòng)校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度的自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)螺距誤差補(bǔ)償,其補(bǔ)償方法如下:

  備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù);

  由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測(cè)量的機(jī)床CNC程序,并傳送給CNC系統(tǒng);

  自動(dòng)測(cè)量各點(diǎn)的定位誤差;

  根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù),并傳送給CNC系統(tǒng),螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成;

  重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。

  根據(jù)數(shù)控機(jī)床各軸的精度狀況,利用螺距誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能,合理地選擇分配各軸補(bǔ)償點(diǎn),使數(shù)控機(jī)床達(dá)到最佳精度狀態(tài),并大大提高了檢測(cè)機(jī)床定位精度的效率。

  定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要指標(biāo)。盡管在用戶購(gòu)選時(shí)可以盡量挑選精度高誤差小的機(jī)床,但是隨著設(shè)備投入使用時(shí)間越長(zhǎng),設(shè)備磨損越厲害,造成機(jī)床的定位誤差越來(lái)越大,這對(duì)加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響。采用以上方法對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和補(bǔ)償,可以很好地減小或消除反向偏差對(duì)機(jī)床精度的不利影響,提高機(jī)床的定位精度,使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài),從而保證零件的加工質(zhì)量。

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