劉 培 躍

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 石家莊 050081)

?

VDF850型加工中心的螺距誤差補(bǔ)償

劉 培 躍

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 石家莊 050081)

螺距誤差是影響數(shù)控機(jī)床定位精度的重要因素，也是驗(yàn)收和檢測的重要指標(biāo).在分析螺距誤差補(bǔ)償原理的基礎(chǔ)上，通過對VDF850型加工中心X軸進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償，闡述了FANUC系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ喊惭b高精度位移檢測裝置；設(shè)定螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)；編程序，記錄并求值，形成螺距誤差數(shù)據(jù)；將補(bǔ)償值輸入數(shù)控系統(tǒng)后重啟.

螺距誤差；補(bǔ)償；定位精度

目前，數(shù)控機(jī)床的傳動機(jī)構(gòu)一般采用傳動精度較高的滾珠絲杠.滾珠絲杠在生產(chǎn)制造時(shí)由于加工設(shè)備的精度和加工條件的變化，絲杠和螺母之間存在著誤差，如螺距的軸向誤差、螺紋滾道的形狀誤差、直徑誤差等.滾珠絲杠在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行裝配時(shí)采用雙支撐結(jié)構(gòu)，而當(dāng)絲杠工作載荷較大時(shí)，其軸向尺寸會發(fā)生變化，造成螺距誤差增大.滾珠絲杠產(chǎn)生的傳動誤差在全閉環(huán)數(shù)控機(jī)床中由于檢測原件(如光柵尺)檢測的是機(jī)床運(yùn)動部件的實(shí)際位移，因而不會對機(jī)床的加工精度造成影響；而對于工廠中大量使用的半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床而言，絲杠、齒形帶等機(jī)械傳動造成的誤差不在反饋原件檢測范圍內(nèi)，因此，若不對此類誤差進(jìn)行適當(dāng)修正和補(bǔ)償，勢必影響數(shù)控機(jī)床的定位精度，造成加工質(zhì)量的不穩(wěn)定.要得到高的運(yùn)動精度和加工質(zhì)量，必須采用螺距誤差補(bǔ)償功能，精確測量出絲杠不同位置的誤差值，利用數(shù)控系統(tǒng)對螺距誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償與修正[1].另外，數(shù)控機(jī)床經(jīng)過長期使用，由于絲杠磨損，運(yùn)動精度也會下降.采用螺距誤差補(bǔ)償功能定期檢測與補(bǔ)償，可以延長數(shù)控機(jī)床的使用壽命，保證加工精度.

1 螺距誤差補(bǔ)償原理

螺距誤差補(bǔ)償?shù)幕驹硎牵谀尺M(jìn)給軸上，用高精度位置檢測儀測量出的位置(可作為理論位置用)與機(jī)床實(shí)際運(yùn)動位置相比較，計(jì)算出該軸全行程上的誤差，得出誤差曲線，并將不同位置的誤差值輸入數(shù)控系統(tǒng)，進(jìn)行誤差補(bǔ)償，減少誤差.機(jī)床在經(jīng)過補(bǔ)償?shù)妮S上運(yùn)動時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)該位置的補(bǔ)償數(shù)據(jù)，自動對該軸的不同位置進(jìn)行誤差補(bǔ)償，從而減小或消除該軸上該位置的定位誤差[2].

螺距誤差補(bǔ)償分為單向補(bǔ)償和雙向補(bǔ)償兩種，單向補(bǔ)償在補(bǔ)償軸正反向移動時(shí)采用相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償；而雙向補(bǔ)償在進(jìn)給軸正反移動時(shí)采用不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償.由于數(shù)控機(jī)床絲杠裝配時(shí)有多種反向間隙消減措施，而且大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床除了能夠進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償外，還可以進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，所以通常僅采用單向螺距誤差補(bǔ)償即可滿足要求.

進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償時(shí)應(yīng)注意：

(1)螺距誤差補(bǔ)償僅對定位精度進(jìn)行補(bǔ)償，對重復(fù)定位精度無法補(bǔ)償，而且對重復(fù)定位精度較低的運(yùn)動軸，也無法準(zhǔn)確確定某點(diǎn)的位置誤差，因此，這種情況下采用螺距誤差補(bǔ)償達(dá)不到預(yù)期目的.

(2)進(jìn)給軸上螺距誤差值以機(jī)床坐標(biāo)系為參照確定測量位置，機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)不能丟失，否則所測量的誤差值將失去意義.因此，對于使用絕對脈沖編碼器的伺服系統(tǒng)，一定要保證為編碼器電池供電，否則會因?yàn)殡姵靥濍姸鴣G失參考點(diǎn)，從而丟失機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn).重新建立參考點(diǎn)的機(jī)床一定要重新進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償.

(3)使用增量脈沖編碼器的伺服驅(qū)動系統(tǒng)靠返參建立機(jī)床坐標(biāo)系，因此，在螺距誤差表里，參考點(diǎn)的位置誤差應(yīng)為零.

(4)進(jìn)行螺距誤差補(bǔ)償使用的測量儀器精度要至少較絲杠精度高一個數(shù)量級.一般采用激光干涉儀.實(shí)驗(yàn)用小行程數(shù)控機(jī)床可以采用精度較高的步距規(guī)測量.

2 VDF850型加工中心螺距誤差補(bǔ)償方法

通過設(shè)定螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，對每個進(jìn)給軸全行程按檢測單位進(jìn)行補(bǔ)償.將該軸參考點(diǎn)的位置作為補(bǔ)償原點(diǎn)，設(shè)定補(bǔ)償間隔，把相當(dāng)于補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)量的補(bǔ)償值設(shè)定在螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)表中.一般通過MDI方式設(shè)定.本文以FANUC 0iMD 系統(tǒng)VDF850型加工中心X軸為例說明螺距誤差補(bǔ)償?shù)倪^程.

(1)在數(shù)控機(jī)床上正確安裝高精度位移檢測裝置——激光干涉儀，它的檢測原理[3]如圖1所示.

圖1 雙頻激光干涉儀檢測原理

(2)該機(jī)床X軸檢測行程為-0.580 1(以參考點(diǎn)為基準(zhǔn))，每隔50 mm取一個位置點(diǎn)作為補(bǔ)償點(diǎn).設(shè)定螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)如表1所示.設(shè)定完成后，機(jī)床重啟即可使參數(shù)生效.

表1 螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定

(3)編程序使機(jī)床沿X軸按間隔距離等速運(yùn)動，記錄各補(bǔ)償點(diǎn)的實(shí)際位置.程序如下:

O1000;文件名

G92 X0 Y0 Z0;建立臨時(shí)坐標(biāo)系，原點(diǎn)應(yīng)為參考點(diǎn)

G91 X1 F1600;X軸正向移動1 mm

G04 P4;暫停4 s

G91 X-1;X軸負(fù)向移動1 mm，返回測量位置，消除反向間隙

G04 P4;暫停4 s，記錄數(shù)據(jù)

M98 P2000 L15;調(diào)用負(fù)向移動子程序15次

G91 X-1 F1200;X軸負(fù)向移動1 mm

G04 P4;暫停4 s

G91 X1;正向移動1 mm，消除反向間隙

G04 P4;暫停4 s，記錄數(shù)據(jù)

M98 P3000 15;調(diào)用正向移動子程序

M30;停止

O2000;X軸負(fù)向移動子程序名

G91 X-50 F1000;負(fù)向移動50 mm

G04 P4;暫停記錄

M99;返回主程序

O3000;X軸正向移動子程序名

G91 X50 F800;正向移動50 mm

G04 P4;暫停記錄

M99;返回主程序

(4)記錄各點(diǎn)數(shù)據(jù)，多次測量取平均值，依據(jù)補(bǔ)償值=指令值-實(shí)際值來計(jì)算各點(diǎn)的誤差，形成螺距誤差數(shù)據(jù)表，見表2.繪制的螺距誤差補(bǔ)償曲線如圖2所示.

表2 螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)表

圖2 螺距誤差補(bǔ)償曲線

(5)將補(bǔ)償值按補(bǔ)償號輸入數(shù)控系統(tǒng)中，關(guān)機(jī)重啟系統(tǒng)，補(bǔ)償數(shù)據(jù)生效.

3 結(jié)語

螺距誤差補(bǔ)償一般在安裝調(diào)試階段由機(jī)床廠家完成.數(shù)控機(jī)床長時(shí)間使用后，尤其是機(jī)床磨損較嚴(yán)重時(shí)，要使其加工精度得到保證，尤其是要加工精密零件，就必須對其誤差進(jìn)行重新補(bǔ)償.另外，若機(jī)床參考點(diǎn)意外丟失，一定要重新進(jìn)行螺距補(bǔ)償.

[1] 陳勇,王青春.XK714/1數(shù)控銑床螺距誤差補(bǔ)償 [J].機(jī)床與液壓，2012，40(8):14-26.

[2] 李繼中.數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償與分析 [J].組合機(jī)床與自動化技術(shù)，2010(2):98-101.

[3] 楊永，向丹，姚屏.數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償技術(shù)研究 [J].工具技術(shù)，2007,41(6):83-85.

責(zé)任編輯：金 欣

Pitch error compensation of the VDF850 machining center

LIU Pei-yue

(Department of Mechanics and Electrics,Shijiazhuang Vocational Technology Institute,Shijiazhuang,Hebei 050081,China)

Pitch error is not only a big factor affecting the positioning accuracy of NC machines,but also one of the most important indicators for acceptance and test.Based on the analysis of pitch errors,compensation on the X axis for the VDF850 machining center,and compensation for FANUC NC machines,this study proposes that the installation of displacement detection device be extremely accurate,compensation parameters set proper,and programming recorded.

pitch error; compensation; positioning accuracy

2014-12-12

劉培躍(1976-)，男，河北辛集人，石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，從事數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)教學(xué)工作.

1009-4873(2015)02-0027-03

TG659

A