史利娟，陳金英，李兆坤

(北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電系，北京100042)

螺距誤差和反向間隙是影響機床定位精度和重復(fù)定位精度的兩個重要因素。在機床的機械部分具備一定的精度范圍條件下，可以通過數(shù)控系統(tǒng)提供的反向間隙和螺距誤差補償進行定位精度和重復(fù)定位精度的修復(fù)。文中就螺距誤差補償進行詳細的說明。

定位精度指的是數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令值與機床進給軸系統(tǒng)實際運動值之間的差值。螺距誤差補償就是修正數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)程序計算發(fā)出的指令值，從而提高機床的定位精度，在一定范圍內(nèi)通過數(shù)控系統(tǒng)補償機床由于絲杠螺距存在的機械誤差。

1 LNC-M510i 系統(tǒng)螺距補償方法

LNC-M510i 系統(tǒng)螺距補償采用單向、增量式的螺距誤差補償方法，通過多次、雙向檢測機床在有效行程范圍內(nèi)多個定位點的定位誤差，通過一定的算法計算出定位點的螺距誤差補償值，將其輸入到數(shù)控系統(tǒng)相應(yīng)的參數(shù)和螺距誤差補償表中去。具體補償方法為:

(1)確定螺距補償?shù)拈_始位置和補償方向

建立檢測機床定位誤差的工件坐標系，確定機床進行某軸檢測的有效行程，計算出機床零點與之距離最近的檢測點之間的距離，確定從機床零點運動到最近點的方向。如:若當(dāng)機床回到機械零點在工件坐標系中顯示的－500，進行檢測的有效范圍為0 ～400，需要記錄兩個值:螺距開始補償?shù)奈恢镁嚯x機床零點距離為100、方向是相對機床零點向正方向進行補償。

(2)利用檢測設(shè)備進行機床定位精度的檢測

將數(shù)控系統(tǒng)提供的螺距誤差補償功能關(guān)閉，利用檢測設(shè)備進行機床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測。對于定位精度的檢測，現(xiàn)在比較常用的是激光干涉儀，用其線性測長單元可以測出其定位精度和重復(fù)定位精度，從數(shù)據(jù)分析單元可以直接分析出螺距誤差補償值和反向間隙值。

(3)進行反向間隙補償和螺距誤差補償參數(shù)的設(shè)置

根據(jù)機床參數(shù)說明，分別對相應(yīng)的參數(shù)進行設(shè)置，主要涉及到的參數(shù)如表1所示。

表1 螺距補償相關(guān)參數(shù)

(4)重新進行機床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測

補償參數(shù)生效后，重新進行機床定位精度和重復(fù)定位精度的檢測，若定位精度符合或達到精度要求，則補償結(jié)束;若精度沒有達到要求，但有所提高，重復(fù)步驟1－4，通過多次補償來提高機床的精度。

2 LNC-M510i 螺距補償?shù)膽?yīng)用

結(jié)合實際的檢測機床確定檢測X 軸、檢測行程400 mm、檢測間隔50 mm、檢測點數(shù)400/50 =8、檢測距離機床零點最近點的距離為50 mm、從機床原點運動到該點的運動方向為正向。具體的應(yīng)用過程如下:

(1)檢測之前進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如表2所示。

表2 檢測前參數(shù)

(2)編制和校驗檢測程序，輸入數(shù)控系統(tǒng);

根據(jù)前面檢測設(shè)置和數(shù)控系統(tǒng)的編程指令，檢測部分程序如下所示:

此程序完成的是在X 軸從－400 ～0 mm 的行程范圍內(nèi)，進行多個數(shù)據(jù)點的定位精度和重復(fù)定位精度的檢測，其測試數(shù)據(jù)位置點間隔距離為50 mm，測試數(shù)據(jù)個數(shù)為9 個，重復(fù)次數(shù)為1。整個數(shù)據(jù)的檢測是按照相同的測試數(shù)據(jù)進行重復(fù)3 次數(shù)據(jù)的檢測。

(3)運行程序和激光干涉儀進行機床精度檢測。

利用激光干涉儀進行線性檢測，測試機床的定位精度和重復(fù)定位精度，通過分析數(shù)據(jù)給出機床的反向間隙和螺距誤差補償值。機床檢測精度和補償值分別如圖1、表3 和圖2所示。

圖1 機床現(xiàn)有的精度

表3 反向間隙和螺距補償值

圖2 反向間隙補償后的檢測數(shù)據(jù)

從圖1 中可以看出:沒有進行螺距補償時定位精度為0.04 mm。

(4)修改反向間隙值，進行機床精度的檢測。

根據(jù)檢測結(jié)果和所給定的補償值進行補償。首先進行反向間隙的補償，設(shè)置反向間隙參數(shù):檢測前44 值為10，根據(jù)補償表應(yīng)該為－8，兩種相加，因此參數(shù)44 值應(yīng)為2;

利用激光干涉儀進行機床精度的檢測。從圖2 可以看出，經(jīng)過修改反向間隙，重復(fù)定位精度有了一定的變化，但定位精度變化比較小。

(5)設(shè)置相關(guān)的螺距誤差補償值，進行機床精度檢測。

根據(jù)前面表1 和表3 中的值，進行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，如表4所示。設(shè)置參數(shù)后，重新啟動系統(tǒng)，利用激光干涉儀進行機床精度的檢測，檢測結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?經(jīng)過螺距誤差補償，機床的定位精度可以達到0.006 mm。比之前的0.04 mm 有提高，結(jié)合機床的定位精度要求為0.01 mm，可以得出結(jié)論:螺距補償有效，而且沒有必要進行重復(fù)的螺距誤差補償。

表4 進行螺距補償參數(shù)設(shè)置

圖3 螺距補償后的精度檢測數(shù)據(jù)

3 結(jié)論

通過對LNC-M510i 數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補償?shù)膽?yīng)用，可以得出如下結(jié)論:(1)在機床機械誤差允許的情況下，可以通過數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補償和反向間隙補償提高機床的定位精度和重復(fù)定位精度;(2)在應(yīng)用螺距誤差補償時，需要設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)或者補償能否有效的關(guān)鍵點是:螺距誤差補償?shù)拈_始位置是否設(shè)置、螺距補償?shù)姆较蚴欠裾_以及螺距誤差補償列表及其對應(yīng)的值輸入關(guān)系是否正確。

［1］楊建國，范開國，杜正春.數(shù)控機床實時誤差補償技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2013.

［2］熊軍，孫艷敏.數(shù)控機床原理與結(jié)構(gòu)［M］.北京:人民郵電出版社，2013.

［3］寶元數(shù)控精密股份有限公司.LNC-M510i 軟件應(yīng)用手冊:2008/3 版本［M］.

［4］史利娟.CKA6150 數(shù)控車床刀架工作原理和典型故障分析［J］.機床與液壓，2013，41(16):191－192.