VDF850型加工中心的螺距誤差補償

劉 培 躍

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

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VDF850型加工中心的螺距誤差補償

劉 培 躍

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

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

螺距誤差；補償；定位精度

目前，數(shù)控機床的傳動機構(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)控機床上進(jìn)行裝配時采用雙支撐結(jié)構(gòu)，而當(dāng)絲杠工作載荷較大時，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)控機床中由于檢測原件(如光柵尺)檢測的是機床運動部件的實際位移，因而不會對機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)控機床而言，絲杠、齒形帶等機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)修正和補償，勢必影響數(shù)控機床的定位精度，造成加工質(zhì)量的不穩(wěn)定.要得到高的運動精度和加工質(zhì)量，必須采用螺距誤差補償功能，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)行自動補償與修正[1].另外，數(shù)控機床經(jīng)過長期使用，由于絲杠磨損，運動精度也會下降.采用螺距誤差補償功能定期檢測與補償，可以延長數(shù)控機床的使用壽命，保證加工精度.

1 螺距誤差補償原理

螺距誤差補償?shù)幕驹硎?，在某進(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)與機床實際運動位置相比較，計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)行誤差補償，減少誤差.機床在經(jīng)過補償?shù)妮S上運動時，數(shù)控系統(tǒng)會根據(jù)該位置的補償數(shù)據(jù)，自動對該軸的不同位置進(jìn)行誤差補償，從而減小或消除該軸上該位置的定位誤差[2].

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

進(jìn)行螺距誤差補償時應(yīng)注意：

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

(2)進(jìn)給軸上螺距誤差值以機床坐標(biāo)系為參照確定測量位置，機床坐標(biāo)原點不能丟失，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，否則會因為電池虧電而丟失參考點，從而丟失機床坐標(biāo)原點.重新建立參考點的機床一定要重新進(jìn)行螺距誤差補償.

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

(4)進(jìn)行螺距誤差補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.實驗用小行程數(shù)控機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償方法

通過設(shè)定螺距誤差補償數(shù)據(jù)，對每個進(jìn)給軸全行程按檢測單位進(jìn)行補償.將該軸參考點的位置作為補償原點，設(shè)定補償間隔，把相當(dāng)于補償點數(shù)量的補償值設(shè)定在螺距誤差補償數(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償?shù)倪^程.

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

表1 螺距誤差補償參數(shù)設(shè)定

(3)編程序使機床沿X軸按間隔距離等速運動，記錄各補償點的實際位置.程序如下:

O1000;文件名

G92 X0 Y0 Z0;建立臨時坐標(biāo)系，原點應(yīng)為參考點

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)記錄各點數(shù)據(jù)，多次測量取平均值，依據(jù)補償值=指令值-實際值來計算各點的誤差，形成螺距誤差數(shù)據(jù)表，見表2.繪制的螺距誤差補償曲線如圖2所示.

表2 螺距誤差補償數(shù)據(jù)表

圖2 螺距誤差補償曲線

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

3 結(jié)語

螺距誤差補償一般在安裝調(diào)試階段由機床廠家完成.數(shù)控機床長時間使用后，尤其是機床磨損較嚴(yán)重時，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)行重新補償.另外，若機床參考點意外丟失，一定要重新進(jìn)行螺距補償.

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

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

[3] 楊永，向丹，姚屏.數(shù)控機床螺距誤差補償技術(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