唐靜朱俊

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 江蘇常州 213164)

0 引言

由于制造、安裝、受載變形以及熱變形等多種因素的影響，實(shí)際的數(shù)控機(jī)床在運(yùn)動過程中不可避免地要出現(xiàn)各種誤差，難以達(dá)到精密加工的要求。尤其在高精產(chǎn)品的加工中，如何提高零件的數(shù)控加工精度、減少誤差，以及對由于各種原因引起的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，已受到越來越多的關(guān)注［1］。西門子Sinumerik 840D比Sinumerik 802C等數(shù)控系統(tǒng)提供了更多的誤差補(bǔ)償功能，通過多種誤差補(bǔ)償可以進(jìn)一步提高零件的加工精度。

1 反向間隙補(bǔ)償

在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)中都會留有較小的間隙，在機(jī)床部件和測量系統(tǒng)之間也可能有間隙。由于反向間隙的存在，會導(dǎo)致伺服電機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺無實(shí)際運(yùn)動，會影響定位精度，進(jìn)而影響機(jī)床的加工精度。反向間隙補(bǔ)償?shù)脑砭褪峭ㄟ^給指定軸設(shè)置一個(gè)補(bǔ)償值，使得軸的運(yùn)動方向改變時(shí)，能自動進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到實(shí)際的運(yùn)行位置。

Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)的反向間隙補(bǔ)償方法是:1)用千分表或激光干涉儀在進(jìn)給行程內(nèi)進(jìn)行多點(diǎn)測量(如圖1的A、B、C三點(diǎn))。例如取補(bǔ)償軸的一個(gè)測量點(diǎn)安裝好千分表并調(diào)零，先讓軸正向進(jìn)給20步，再反向進(jìn)給20步，千分表的讀數(shù)即為該點(diǎn)的反向間隙值。2)取各點(diǎn)反向間隙的平均值作為反向間隙補(bǔ)償值，如表1所示，通過MD32450來設(shè)定反向間隙補(bǔ)償值。反向間隙補(bǔ)償值的正負(fù)與測量元件的安裝位置有關(guān)，如果測量元件的運(yùn)動先于工作臺，給MD32450輸入正值;如果工作臺的運(yùn)動先于測量元件，則給 MD32450輸入負(fù)值［2］。通常情況下，給MD32450輸入正值，測量元件(如編碼器)的安裝方式如圖1所示。3)機(jī)床數(shù)據(jù)輸入確定后，返回參考點(diǎn)，反向間隙補(bǔ)償將一直有效。

圖1 反向間隙補(bǔ)償值為正

表1 反向間隙誤差補(bǔ)償

2 螺距誤差補(bǔ)償

目前，大多數(shù)數(shù)控機(jī)床都采用滾珠絲杠作為機(jī)械傳動部件，由于制造誤差和裝配誤差始終存在，絲杠的螺距不完全相等，螺距誤差也會降低機(jī)床的加工精度。螺距誤差補(bǔ)償?shù)脑硎?，將?shù)控機(jī)床某坐標(biāo)軸的指令位置與高精度位置測量系統(tǒng)所測得的實(shí)際位置進(jìn)行比較，計(jì)算出全行程上的誤差分布曲線，將螺距補(bǔ)償誤差以表格的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)控制該軸運(yùn)行時(shí)，會自動補(bǔ)償螺距誤差。

Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償方法是:1)根據(jù)坐標(biāo)軸的工作區(qū)間，確定補(bǔ)償軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償間隔(如100 mm)和補(bǔ)償范圍(設(shè)補(bǔ)償起點(diǎn)位置為100 mm，終點(diǎn)位置為1100 mm)，根據(jù)公式k=($AA_ENC_COMP_MAX－$A_ENC_COMP_MIN)/$AA_ENC_COMP_STEP，計(jì)算螺距誤差補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)數(shù)k=10［2］。2)設(shè)置MD38000的值(最大的螺距補(bǔ)償點(diǎn)數(shù))，一般情況k≤MD38000;并確保MD32700=0(螺距補(bǔ)償無效)。3)在數(shù)控機(jī)床上正確安裝高精度位置測量裝置(如激光干涉儀或用步矩規(guī))，記錄機(jī)床運(yùn)動到各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的實(shí)際精確位置。4)根據(jù)“補(bǔ)償值=數(shù)控命令值-實(shí)際位置值”計(jì)算上述各補(bǔ)償點(diǎn)的螺距誤差(多次測量，取平均值)。5)將Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)中的螺距補(bǔ)償文件上傳到計(jì)算機(jī)，根據(jù)上述各點(diǎn)的螺距誤差值來修改文件，文件的語句及說明如表2所示。6)將修改好的螺距補(bǔ)償文件下載到Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)。7)設(shè)置MD32700=1(螺距補(bǔ)償生效)，數(shù)控系統(tǒng)重新上電，然后返回參考點(diǎn)，螺距誤差補(bǔ)償將生效。

表2 螺距誤差補(bǔ)償文件

3 垂度誤差補(bǔ)償

某些數(shù)控機(jī)床，例如立式鏜銑床，由于鏜銑頭或鏜桿的重量會使得伸出的軸處于懸空狀態(tài)，相關(guān)軸的位置相對于移動部件會產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而影響機(jī)床的加工精度。垂度誤差補(bǔ)償?shù)脑硎菍?shù)控機(jī)床的伸出軸(變形軸)稱為基準(zhǔn)軸，受影響的軸稱為補(bǔ)償軸，基準(zhǔn)軸作為輸入(由此確定補(bǔ)償點(diǎn)的位置)，補(bǔ)償軸作為輸出，建立兩者之間的補(bǔ)償關(guān)系，將垂度誤差以補(bǔ)償文件的形式下載到數(shù)控系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)垂度誤差補(bǔ)償功能。

Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)的垂度誤差補(bǔ)償方法是:1)根據(jù)坐標(biāo)軸的工作區(qū)間，確定補(bǔ)償軸的垂度補(bǔ)償間隔(如50 mm)和補(bǔ)償范圍(設(shè)補(bǔ)償起點(diǎn)為0，終點(diǎn)位置為500 mm)，進(jìn)而確定垂度誤差補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)k=10，根據(jù)公式 k=($AA_CEC_MAX－$AA_CEC_MIN)/$AA_CEC_STEP 計(jì)算得到［3］。2)利用平尺與角尺調(diào)整基準(zhǔn)，再用千分表測量上述各個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)的下垂量，做好記錄。3)設(shè)置MD18342的值(最大的垂度補(bǔ)償點(diǎn)數(shù))，一般情況k≤MD18342;并確保MD32710=0(垂度補(bǔ)償無效)。4)將Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)中的垂度誤差補(bǔ)償文件上傳到計(jì)算機(jī)，根據(jù)上述各補(bǔ)償點(diǎn)的垂度誤差值來修改文件，文件的語句及說明如表3所示。5)將修改好的垂度誤差補(bǔ)償文件下載到Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)。6)設(shè)置MD32710=1(垂度誤差補(bǔ)償生效)，SD41300=1(相應(yīng)的誤差補(bǔ)償表格生效)，數(shù)控系統(tǒng)重新上電，返回參考點(diǎn)，垂度誤差補(bǔ)償值自動生效。

表3 垂度誤差補(bǔ)償文件

精度補(bǔ)償前后，依據(jù)JB/T 8771.7-1998，分別加工如圖2所示的試切件。經(jīng)過三坐標(biāo)測量儀對試切件進(jìn)行實(shí)際檢測，形位精度提高了8.6%，線性尺寸的精度提高了16.7%，可見補(bǔ)償效果明顯。

圖2 試切件

4 結(jié)束語

總之，西門子Sinumerik 840D數(shù)控系統(tǒng)除了具備上述反向間隙補(bǔ)償、螺距誤差補(bǔ)償和垂度誤差補(bǔ)償外，還可以實(shí)現(xiàn)溫度誤差補(bǔ)償和摩擦補(bǔ)償。誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在一般制造精度條件下精度提高、成本降低，突破機(jī)械加工精度的極限，讓機(jī)床的總體精度上升到一個(gè)新的臺階，使超精密加工成為可能，以滿足某些尖端產(chǎn)品的高精度零件數(shù)控加工的要求［3］。在數(shù)控機(jī)床的維護(hù)與調(diào)試中，如果綜合應(yīng)用上述誤差補(bǔ)償技術(shù)，可以進(jìn)一步提高機(jī)床的加工精度［4］。

［1］ 裘鈞.數(shù)控加工誤差補(bǔ)償?shù)难芯浚跩］.中國科技信息，2010(6):118-119.

［2］ 劉朝華.西門子數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試與維護(hù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010:269-280.

［3］ 陶曉杰.機(jī)床誤差的補(bǔ)償方法探討［J］.制造業(yè)自動化，2005(5):18-19.

［4］ 王洪波.數(shù)控機(jī)床電氣維修技術(shù)—SINUMERIK 810D/840D系統(tǒng)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2007:98-100.