吳亞蘭+李慶

摘要：分析了螺距誤差產(chǎn)生原因及其影響因素，提出了多種螺距誤差的測(cè)量和補(bǔ)償方法，并對(duì)各種方法進(jìn)行了比較，得出了其使用場(chǎng)合。使得螺距誤差補(bǔ)償大幅減小開環(huán)和半閉環(huán)控制機(jī)床的加工誤差，提高合格率。

關(guān)鍵詞：螺距誤差；測(cè)量方法；補(bǔ)償方法；數(shù)控車床

中圖分類號(hào)：TG502.113

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：16749944（2017）22014502

1 引言

數(shù)控機(jī)床的螺距誤差是指在滾珠絲杠的中經(jīng)線上同一根螺旋線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)之間的實(shí)際距離與基本值的偏差。滾珠絲杠的螺距誤差將直接影響機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，為進(jìn)一步保證機(jī)床的加工精度，需要對(duì)機(jī)床的螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償。

2 產(chǎn)生原因

滾珠絲杠的螺距誤差是任何機(jī)床都存在的，其產(chǎn)生的主要原因有兩點(diǎn)：由于原始加工滾珠絲杠母設(shè)備的誤差，導(dǎo)致加工出的滾珠絲杠螺距存在誤差；滾珠絲杠經(jīng)長期使用后磨損引起的螺距誤差。

3 檢測(cè)方法

3.1 步距規(guī)測(cè)量法

機(jī)床螺距誤差一般是通過機(jī)床軟件來進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模▓D1），其檢測(cè)方法主要有兩種，一種是用千分表配合步距規(guī)進(jìn)行檢測(cè)，這是一種線性補(bǔ)償方法，它一般是將機(jī)床參考點(diǎn)設(shè)置為補(bǔ)償?shù)脑c(diǎn)，把滾珠絲杠的行程分為n段，在每一段上進(jìn)行檢測(cè)，然后將檢測(cè)出的值輸入到機(jī)床固定的參數(shù)中，則機(jī)床相應(yīng)軸在運(yùn)動(dòng)至該段時(shí)會(huì)向運(yùn)動(dòng)的反方向進(jìn)行設(shè)定值的偏移，實(shí)現(xiàn)螺距誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。步距規(guī)結(jié)構(gòu)見圖2。

3.2 用激光干涉儀進(jìn)行檢測(cè)

在機(jī)床的實(shí)際使用過程中，由于加工零件的不同，滾珠絲杠的磨損并不是均勻的，經(jīng)常使用的地方磨損量大，使用線性補(bǔ)償只能是均勻的統(tǒng)一補(bǔ)償，不能對(duì)特殊點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償精度較低。為提高補(bǔ)償精度，可將步距盡量的縮小，測(cè)出盡量多的點(diǎn)，此種方法稱為點(diǎn)補(bǔ)償法。由于步距規(guī)步距值的限制，取點(diǎn)數(shù)量有限，所以點(diǎn)補(bǔ)償一般才用激光干涉儀進(jìn)行檢測(cè)。

螺距誤差檢測(cè)是在無螺距誤差補(bǔ)償?shù)那闆r下進(jìn)行的，也就是說在進(jìn)行檢測(cè)之前，應(yīng)將相應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)值設(shè)置為0。點(diǎn)補(bǔ)償補(bǔ)償能夠針對(duì)不同點(diǎn)設(shè)置不同的誤差補(bǔ)償，精度較高，但誤差測(cè)量過程較為繁雜，且需要專業(yè)的高精度的測(cè)量儀器，成本較高。

4 補(bǔ)償方法

通過上面的方法測(cè)得螺距誤差后，可通過螺距誤差補(bǔ)償減小其對(duì)機(jī)械加工的影響。螺距誤差補(bǔ)償可通過軟件和硬件補(bǔ)償兩種方式實(shí)現(xiàn)。

4.1 硬件補(bǔ)償

硬件補(bǔ)償具體步驟為測(cè)出滾珠絲杠全程上的誤差分布，以參考點(diǎn)為基準(zhǔn)，在螺距誤差累計(jì)為一個(gè)脈沖當(dāng)量的位置設(shè)置一個(gè)擋塊，當(dāng)機(jī)床移動(dòng)部件上的開關(guān)與擋塊接觸時(shí)，機(jī)床就會(huì)多走或少走一個(gè)脈沖當(dāng)量值，以補(bǔ)償螺距誤差。此補(bǔ)償方法，要在機(jī)床的移動(dòng)部件上裝置一些機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制電路，實(shí)施起來較為麻煩。這種補(bǔ)償方法適用于步進(jìn)電機(jī)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)且是采用脈沖增量插補(bǔ)法的數(shù)控機(jī)床。

4.2 軟件補(bǔ)償

軟件補(bǔ)償法是在已經(jīng)測(cè)得滾珠絲杠螺距誤差分布的前提下，將誤差值輸入到機(jī)床中，加工時(shí)由機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)控制來進(jìn)行補(bǔ)償。螺距誤差的補(bǔ)償值（一般是測(cè)量三次區(qū)平均值）是以表格的形式輸入到數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)當(dāng)中去的（具體參數(shù)號(hào)可通過機(jī)床參數(shù)說明書查得，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)中與螺距補(bǔ)償有關(guān)參數(shù)見表1）。補(bǔ)償值錄入結(jié)束后需要關(guān)機(jī)重新啟動(dòng)機(jī)床，并返回參考點(diǎn)，所設(shè)置的補(bǔ)償值才能生效。補(bǔ)償生效后需要重新檢測(cè)一次，監(jiān)測(cè)補(bǔ)償值是否達(dá)到要求，如果不符合要求可反復(fù)修改補(bǔ)償值，直至達(dá)到要求。

另外，在進(jìn)行螺距誤差檢測(cè)時(shí)為達(dá)到理想的檢測(cè)結(jié)果，工作人員應(yīng)遵循GB/T 17121.2-2002的要求。同時(shí)，對(duì)外部環(huán)境如溫度、輻射、空氣流動(dòng)性等也應(yīng)滿足實(shí)驗(yàn)需求。

對(duì)于開環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床來說，由于其不能直接檢測(cè)機(jī)床的實(shí)際位移量，為進(jìn)一步提高其加工精度，采用螺距誤差補(bǔ)償可顯著提高其定位精度和重復(fù)定位精度。實(shí)踐表明，通過數(shù)控系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償可使加工誤差減少60%～80%。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床來說，由于其本身具有檢測(cè)反饋裝置，可直接進(jìn)行檢測(cè)出各項(xiàng)誤差然后進(jìn)行補(bǔ)償，所以采用螺距誤差補(bǔ)償效果不明顯，但通過補(bǔ)償可進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

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