如何提高數(shù)控機(jī)床的精度

杭州機(jī)床維修

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī),，在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用,，精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,，對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。盡管用戶在選購(gòu)數(shù)控機(jī)床時(shí),，都十分看重機(jī)床的位置精度,，特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。但是這些使用中的數(shù)控機(jī)床精度到底如何呢,？ 大量統(tǒng)計(jì)資料表明：65.7%以上的新機(jī)床,，安裝時(shí)都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的數(shù)控機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài),。因此,，對(duì)機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測(cè)試是非常必要的，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題,，提高零件加工精度,。
    目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢驗(yàn)通常采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO230-2或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺(tái)機(jī)床,，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同,，所得到的位置精度也不相同，因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時(shí),，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn),。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對(duì)于這二者的測(cè)定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑,。
1 o( d; N& p0 F3 K) b$ g1 [* x一,、反向偏差
0 R  i' t" _. j7 o) ^9 B7 ]- n) r    在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅(qū)動(dòng)部件（如伺服電動(dòng)機(jī),、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等）的反向死區(qū),、各機(jī)械運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙等誤差的存在,，造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動(dòng)時(shí)形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動(dòng)量,。對(duì)于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,，反向偏差的存在就會(huì)影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度,。如在G01切削運(yùn)動(dòng)時(shí),，反向偏差會(huì)影響插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的精度，若偏差過(guò)大就會(huì)造成“圓不夠圓,，方不夠方”的情形,；而在G00快速定位運(yùn)動(dòng)中，反向偏差影響機(jī)床的定位精度,，使得鉆孔,、鏜孔等孔加工時(shí)各孔間的位置精度降低。同時(shí),，隨著設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),，反向偏差還會(huì)隨因磨損造成運(yùn)動(dòng)副間隙的逐漸增大而增加，因此需要定期對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測(cè)定和補(bǔ)償,。
    【反向偏差的測(cè)定】
    反向偏差的測(cè)定方法：在所測(cè)量坐標(biāo)軸的行程內(nèi),，預(yù)先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值,，使之移動(dòng)一段距離,，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測(cè)量停止位置與基準(zhǔn)位置之差,。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測(cè)定（一般為七次）,，求出各個(gè)位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測(cè)量值,。在測(cè)量時(shí)一定要先移動(dòng)一段距離,，否則不能得到正確的反向偏差值。
    測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)軸的反向偏差時(shí),，測(cè)量工具通常采有千分表或百分表,，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測(cè)量,。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測(cè)量時(shí),，需要注意的是表座和表?xiàng)U不要伸出過(guò)高過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)闇y(cè)量時(shí)由于懸臂較長(zhǎng),，表座易受力移動(dòng),，造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，補(bǔ)償值也就不真實(shí)了,。若采用編程法實(shí)現(xiàn)測(cè)量,，則能使測(cè)量過(guò)程變得更便捷更精確,。
    例如，在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測(cè)量X軸的反向偏差,，可先將表壓住主軸的圓柱表面,，然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測(cè)量：
    N10 G91 G01 X50 F1000；工作臺(tái)右移
    N20 X－50,；工作臺(tái)左移,，消除傳動(dòng)間隙
    N30 G04 X5；暫停以便觀察
6 Y6 {" R) X6 \    N40 Z50,；Z軸抬高讓開
    N50 X-50：工作臺(tái)左移
/ c% ~4 N# o9 f; {: }    N60 X50：工作臺(tái)右移復(fù)位
8 I% X* y3 o& X" a3 ]+ B    N70 Z-50：Z軸復(fù)位
5 q2 R' W7 b* P: K    N80 G04 X5：暫停以便觀察
% B  N) K$ M" n2 l9 @# i% y: h    N90 M99,；
    需要注意的是，在工作臺(tái)不同的運(yùn)行速度下所測(cè)出的結(jié)果會(huì)有所不同,。一般情況下,，低速的測(cè)出值要比高速的大，特別是在機(jī)床軸負(fù)荷和運(yùn)動(dòng)阻力較大時(shí),。低速運(yùn)動(dòng)時(shí)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較低,，不易發(fā)生過(guò)沖超程（相對(duì)“反向間隙”）,，因此測(cè)出值較大,；在高速時(shí)，由于工作臺(tái)速度較高,，容易發(fā)生過(guò)沖超程,，測(cè)得值偏小。
    回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸反向偏差量的測(cè)量方法與直線軸相同,，只是用于檢測(cè)的儀器不同而已,。
    【反向偏差的補(bǔ)償】
9 y5 O% r. k( b5 J6 K# Y; b    國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，定位精度有不少>0.02mm,，但沒(méi)有補(bǔ)償功能,。對(duì)這類機(jī)床，在某些場(chǎng)合下,，可用編程法實(shí)現(xiàn)單向定位,，清除反向間隙，在機(jī)械部分不變的情況下,，只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn),，然后再開始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給中遇反向時(shí),，給反向間隙值再正式插補(bǔ),，即可提高插補(bǔ)加工的精度，基本上可以保證零件的公差要求,。
' q" I4 f; Q1 A9 h( w    對(duì)于其他類別的數(shù)控機(jī)床,，通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個(gè)地址,專供存儲(chǔ)各軸的反向間隙值,。當(dāng)機(jī)床的某個(gè)軸被指令改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，數(shù)控裝置會(huì)自動(dòng)讀取該軸的反向間隙值,，對(duì)坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償,、修正，使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上,，消除或減小反向偏差對(duì)機(jī)床精度的不利影響,。
    一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用，為了兼顧高,、低速的運(yùn)動(dòng)精度,，除了要在機(jī)械上做得更好以外，只能將在快速運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)得的反向偏差值作為補(bǔ)償值輸入,，因此難以做到平衡,、兼顧快速定位精度和切削時(shí)的插補(bǔ)精度。
    對(duì)于FANUC0i,、FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng),，有用于快速運(yùn)動(dòng)（G00）和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（G01）的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同,，數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)選擇使用不同的補(bǔ)償值,，完成較高精度的加工。
    將G01 切削進(jìn)給運(yùn)動(dòng)測(cè)得的反向間隙值A(chǔ) 輸入?yún)��?shù)NO11851（G01的測(cè)試速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來(lái)決定）,，將G00測(cè)得的反向間隙值B 輸入?yún)��?shù)NO11852,。需要注意的是，若要數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償,，應(yīng)將參數(shù)號(hào)碼1800的第四位（RBK）設(shè)定為1,；若RBK設(shè)定為0，則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償,。G02,、G03、JOG與G01使用相同的補(bǔ)償值,。
5 }, g; q$ T  |: @& f# h二,、定位精度
  Q8 i; `( a" f) I: }: E" q    數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測(cè)量的機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動(dòng)所能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項(xiàng)重要精度,，它與機(jī)床的幾何精度共同對(duì)機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響,，尤其對(duì)孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺(tái)數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工精度,，所以對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑,。
    【定位精度的測(cè)定】
    目前多采用雙頻激光干涉儀對(duì)機(jī)床檢測(cè)和處理分析，利用激光干涉測(cè)量原理,，以激光實(shí)時(shí)波長(zhǎng)為測(cè)量基準(zhǔn),，所以提高了測(cè)試精度及增強(qiáng)了適用范圍,。檢測(cè)方法如下：
    安裝雙頻激光干涉儀；
8 k* H. e" m) V# a- _    在需要測(cè)量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測(cè)量裝置,；
    調(diào)整激光頭,，使測(cè)量軸線與機(jī)床移動(dòng)軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直,；
! R( l5 E  k. I+ ^# N    待激光預(yù)熱后輸入測(cè)量參數(shù),；
    按規(guī)定的測(cè)量程序運(yùn)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行測(cè)量；
    數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出,。
    【定位精度的補(bǔ)償】
    若測(cè)得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍,，則必須對(duì)機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。常用方法是計(jì)算出螺距誤差補(bǔ)償表,，手動(dòng)輸入機(jī)床CNC系統(tǒng),，從而消除定位誤差，由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn),，所以手動(dòng)補(bǔ)償需要花費(fèi)較多時(shí)間,，并且容易出錯(cuò)。
    現(xiàn)在通過(guò)RS232接口將計(jì)算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來(lái),，用VB編寫的自動(dòng)校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作,，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床定位精度的自動(dòng)檢測(cè)及自動(dòng)螺距誤差補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法如下：
    備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù),；
& }6 \0 u# S, u5 m0 V" I    由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測(cè)量的機(jī)床CNC程序,，并傳送給CNC系統(tǒng),；
    自動(dòng)測(cè)量各點(diǎn)的定位誤差,；
    根據(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給CNC系統(tǒng),，螺距自動(dòng)補(bǔ)償完成,；
    重復(fù)進(jìn)行精度驗(yàn)證。
    根據(jù)數(shù)控機(jī)床各軸的精度狀況,，利用螺距誤差自動(dòng)補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能,，合理地選擇分配各軸補(bǔ)償點(diǎn)，使數(shù)控機(jī)床達(dá)到最佳精度狀態(tài),，并大大提高了檢測(cè)機(jī)床定位精度的效率,。
; V! k: J/ i$ G; P定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)重要指標(biāo)。盡管在用戶購(gòu)選時(shí)可以盡量挑選精度高誤差小的機(jī)床,，但是隨著設(shè)備投入使用時(shí)間越長(zhǎng),，設(shè)備磨損越厲害，造成機(jī)床的定位誤差越來(lái)越大,，這對(duì)加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響,。采用以上方法對(duì)機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差,、定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和補(bǔ)償，可以很好地減小或消除反向偏差對(duì)機(jī)床精度的不利影響,，提高機(jī)床的定位精度,，使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài)，從而保證零件的加工質(zhì)量,。

zhangjun

樓主講的很詳細(xì),，我以前對(duì)反向偏差不是了解的很清楚，聽樓主這么一說(shuō)就很明白了,。

zhmd1232003

感謝樓主,，對(duì)反向偏差的測(cè)定有

霽公

太好了，受益良多,，謝謝樓主

袖藏手

感謝樓主感謝樓主感謝樓主感謝樓主

小/cy灰/shl

先收藏了