于云成

（匯通機械廠，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 引言

數(shù)控機床綜合了機械、電氣、液壓等多學(xué)科領(lǐng)域的研究成果，它的實際應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)效率與效益。目前，數(shù)控機床已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，因此，如何能使數(shù)控機床長期工作在優(yōu)異的精度范圍內(nèi)并保持良好的性能成為一個越來越重要的課題。

1 數(shù)控機床的精度

數(shù)控機床的精度主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。數(shù)控機床的幾何精度反映機床關(guān)鍵機械零部件的幾何形狀誤差及其組裝后的幾何形狀誤差。所謂數(shù)控機床的定位精度，是指被檢測的機床運動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下發(fā)生相對運動時所能達到的位置精度。數(shù)控機床的幾何精度和定位精度是否精準(zhǔn)對機床切削精度影響很大，尤其是在進行孔隙加工時對孔距誤差影響極大?，F(xiàn)在一般采用的數(shù)控機床位置精度標(biāo)準(zhǔn)是ISO230-2和國標(biāo)GB10931—89。數(shù)控機床切削精度對產(chǎn)品加工的影響，其實指的是機床幾何精度和定位精度在切削加工條件下對產(chǎn)品加工的影響。

2 數(shù)控機床精度的檢測與提高

在影響數(shù)控機床加工精度的眾多因素中，幾何誤差影響最大，一般可達總誤差的40%以上。在檢測時應(yīng)先接通機床電源對機床進行預(yù)熱，并使數(shù)控機床的各軸運轉(zhuǎn)一段時間后再測量。應(yīng)在機床調(diào)試完成后，一次性完成對其幾何精度的測量，因為有些幾何精度相互之間有影響，多次調(diào)試與測量會造成誤差。

提高數(shù)控機床加工精度的方法有兩種，即誤差預(yù)防法和誤差補償法。誤差預(yù)防法是指在設(shè)計和制造機床階段就盡可能消除或減少誤差。誤差補償法是指在已存在原始誤差的基礎(chǔ)上，在其相應(yīng)的負方向上通過控制系統(tǒng)人為設(shè)計制造一定的誤差，以抵消原始誤差。數(shù)控機床誤差補償包括誤差檢測、誤差建模和誤差補償三步。幾何誤差的檢測和識別是實現(xiàn)誤差補償?shù)牡谝徊?，所以?zhǔn)確檢測幾何誤差非常重要。

（1）在對數(shù)控機床的定位精度進行檢測時，利用雙頻激光干涉儀的檢測方法如下：1）安裝與調(diào)節(jié)雙頻激光干涉儀；2）對激光儀進行預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；3）機床開機啟動一段時間后，在運動狀態(tài)下對機床的定位精度進行測量；4）輸出數(shù)據(jù)處理結(jié)果。檢測時應(yīng)注意雙頻激光干涉儀在使用前要精確校正。為了盡可能減小幾何精度對定位精度的影響，可在機床幾何精度調(diào)整結(jié)束后再進行螺距誤差補償。為便于先測量后補償，在進行螺距誤差補償時應(yīng)使用高精度的檢測儀器，補償后還應(yīng)再測量，并應(yīng)按VDI3441、JIS6330或GB10931—89等標(biāo)準(zhǔn)對測量數(shù)據(jù)進行分析，最終達到機床的定位精度要求。利用激光干涉儀測量數(shù)控機床的定位精度誤差，然后調(diào)整機床的傳動絲杠、位置反饋元件、螺距誤差補償數(shù)據(jù)等，即可改善機床的定位精度。激光干涉儀測量原理如圖1所示。

圖1 激光干涉儀測量原理

從激光頭發(fā)出的激光被分光鏡A分為兩束光，一束光經(jīng)過固定反射鏡B形成參考光，另一束光經(jīng)過移動反射鏡C形成測量光，反射光和測量光經(jīng)過分光鏡后匯合，并且彼此形成干涉。也就是說當(dāng)光束照射到分光鏡上時被分為兩束光，即一束散射光和一束反射光，這兩束光分別到達各自的反射鏡后經(jīng)過分光鏡反射回來，在激光頭的內(nèi)部探測器上形成干涉光。測量方法按照德國VDI3441標(biāo)準(zhǔn)，機床坐標(biāo)軸行程各點正反方向趨近5次，可采用線性循環(huán)方式或多階梯循環(huán)方式。誤差數(shù)據(jù)通過數(shù)理統(tǒng)計計算，求出定位精度和重復(fù)定位精度。

（2）利用激光干涉儀測得數(shù)控機床坐標(biāo)各點的實際誤差，根據(jù)誤差值的大小和方向設(shè)定數(shù)控機床螺距誤差補償參數(shù)，從而使數(shù)控機床各軸伺服驅(qū)動能夠到達準(zhǔn)確的坐標(biāo)位置。各數(shù)控系統(tǒng)補償方法及參數(shù)設(shè)定不盡相同。FANUC系列各系統(tǒng)螺距誤差補償原理完全相同，并具有很好的一致性和連貫性。而西門子公司的產(chǎn)品SIEMENS-880M系統(tǒng)和SIEMENS-840D系統(tǒng)設(shè)計思路不同，其螺距誤差補償功能差異很大。下面僅討論FANUC系統(tǒng)螺距誤差補償相關(guān)參數(shù)（表1）。

（3）機床所處的環(huán)境對測量有一定影響，最好能在空調(diào)車間進行測量，最理想的環(huán)境是氣壓和濕度變化較小、車間溫度為20℃恒溫。如果以上條件難以達到，就應(yīng)該盡量減少空氣流動和震動，或者在其他機床都停止工作時再進行測量與補償，從而減少環(huán)境因素對測量的影響。由于操作方式或儀器使用不當(dāng)，在測量過程中會產(chǎn)生誤差。例如在測量過程中溫度數(shù)據(jù)沒有被采集到或是溫度的急劇變化都可能造成測量曲線的跳躍，產(chǎn)生的影響是測量得到的精度誤差與機床實際誤差不符合，因此應(yīng)在排除影響測量因素后重新測量。在某些情況下，數(shù)控機床的誤差是由于螺距誤差補償參數(shù)調(diào)整不當(dāng)所致，還有一些情況是由于反向間隙調(diào)整不當(dāng)引起的機床誤差，在實際操作中應(yīng)根據(jù)具體情況來進行相應(yīng)的調(diào)整，從而盡量杜絕由于操作方式或儀器使用不當(dāng)而引起的誤差。

表1 FANUC系統(tǒng)螺距誤差補償參數(shù)

3 結(jié)語

數(shù)控機床在運行中和維修前的精度調(diào)整和檢測對保證機床的運行質(zhì)量，尤其是保持?jǐn)?shù)控機床的精度水平有不可替代的作用，只有保證了數(shù)控機床的精度水平才能保證產(chǎn)品的加工精度和加工質(zhì)量。本文為數(shù)控機床的精度檢測、調(diào)整和提高提供了一定的方法。

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