淺談數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償對(duì)零件表面的影響

楊廣厚

摘要：數(shù)控機(jī)床可以生產(chǎn)出極為精密的工業(yè)零件，但數(shù)控機(jī)床也存在其自身的缺陷，其中最為明顯的就是在制造時(shí)自身也會(huì)產(chǎn)生誤差，特別是在精細(xì)零件的生產(chǎn)中，誤差就會(huì)影響零件加工的精度和效果。本文對(duì)數(shù)控機(jī)床的其中一種誤差，螺距誤差進(jìn)行分析，探討數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償技術(shù)對(duì)零件表面質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);螺距誤差補(bǔ)償;表面質(zhì)量

1 ?螺距誤差補(bǔ)償?shù)某霈F(xiàn)

數(shù)控機(jī)床作為工業(yè)制造的母機(jī)，它的精度指標(biāo)是影響工件加工精度的重要因素。因此，提高數(shù)控機(jī)床精度的研究受到了極大的關(guān)注。在各種精密加工機(jī)床中，由于機(jī)床自身的零件和裝配誤差而導(dǎo)致加工精度下降的問題日益突出。大部分的機(jī)床數(shù)控都采用滾珠絲桿作為機(jī)械傳動(dòng)部件，由于絲桿制造和裝配誤差都存在，機(jī)床定位過程中實(shí)際與理論存在偏差，為了在數(shù)控機(jī)床控制中彌補(bǔ)這種誤差，即上位機(jī)數(shù)控系統(tǒng)要有螺距誤差補(bǔ)償功能，螺距誤差補(bǔ)償就這樣出現(xiàn)了。

2 ?螺距誤差補(bǔ)償?shù)脑?/p>

目前螺距誤差補(bǔ)償中，一般有兩種補(bǔ)償方式，即單向螺距補(bǔ)償和雙向螺距補(bǔ)償，廣泛應(yīng)用的為單向螺距補(bǔ)償。目前的方法一般用激光干涉儀采集數(shù)控機(jī)床每運(yùn)行一個(gè)間隔，實(shí)際運(yùn)行和理論偏差了多少，然后把補(bǔ)償值輸入到數(shù)控系統(tǒng)?；驹砭褪菍?shù)控機(jī)床某軸上的指令位置與高精度位置測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的實(shí)際位置相比較，計(jì)算出每個(gè)間隔的誤差，再將誤差輸入數(shù)控系統(tǒng)中。這樣數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸的運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)自動(dòng)考慮到誤差值，并加以補(bǔ)償。

3 ?目前國(guó)外主流的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)螺距誤差的處理

3.1 FANUC 0i-F[1]系統(tǒng)在插補(bǔ)型螺距誤差補(bǔ)償中，各誤差補(bǔ)償點(diǎn)的間隔中，將各點(diǎn)的補(bǔ)償量按照每1脈沖等間距分割后予以輸出。從這種補(bǔ)償方式分析，即運(yùn)行時(shí)在間距中間位置可能造成速度波動(dòng)。用激光干涉儀采集單軸運(yùn)行，速度F1000，每間距10mm補(bǔ)償0.005或0.006mm運(yùn)行時(shí)速度波動(dòng)數(shù)據(jù)。如圖1。

FANUC 0i-F這種螺距誤差補(bǔ)償方式，保證了軸運(yùn)行的定位精度，但可能出現(xiàn)表面質(zhì)量問題。用數(shù)控車床加工材料為6063鋁，錐度60度的外圓，圖2為實(shí)際加工表面效果，表面都用2000的細(xì)沙紙擦拭過后。明顯看出當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)有螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，表面出現(xiàn)跳線。

采集機(jī)床電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)，機(jī)床X軸和Z軸電機(jī)編碼器反饋插補(bǔ)擬合軌跡與理論軌跡誤差分析如圖3所示，當(dāng)無(wú)螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，實(shí)際擬合軌跡與理論軌跡一直保持一個(gè)平均的誤差范圍。當(dāng)有螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，表面效果會(huì)受誤差補(bǔ)償影響。

3.2 三菱700/70[2]數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，對(duì)滾珠絲杠的螺距誤差等導(dǎo)致的軸進(jìn)給誤差加以補(bǔ)償。如圖6所示以參考點(diǎn)為基準(zhǔn)，對(duì)將機(jī)床坐標(biāo)等分的各分割點(diǎn)設(shè)定補(bǔ)償量。分割點(diǎn)n與分割點(diǎn)n+1之間，根據(jù)近似直線確定兩分割點(diǎn)間的補(bǔ)償量，進(jìn)行平滑補(bǔ)償。用激光干涉儀采集單軸運(yùn)行，速度F1000，每間距10mm補(bǔ)償0.5或1mm運(yùn)行時(shí)速度波動(dòng)數(shù)據(jù)。如圖4。

采集機(jī)床電機(jī)編碼器數(shù)據(jù)，機(jī)床X軸和Z軸電機(jī)編碼器反饋插補(bǔ)擬合軌跡與理論軌跡誤差分析如圖5所示，當(dāng)無(wú)螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，實(shí)際擬合軌跡與理論軌跡一直保持一個(gè)平均的誤差范圍。當(dāng)有螺距誤差補(bǔ)償時(shí)，表面效果會(huì)受誤差補(bǔ)償影響。用數(shù)控車床實(shí)際加工材料鋁的錐度零件，零件表面肉眼觀察存在色差。

4 ?目前的螺距誤差補(bǔ)償與新的螺距誤差補(bǔ)償

目前主要的數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償可以歸納為兩種：一種為脈沖疊加，即在軸運(yùn)行過程中如圖6所示，在分割點(diǎn)n與分割點(diǎn)n+1中間位置進(jìn)行補(bǔ)償，一個(gè)脈沖或幾個(gè)脈沖的時(shí)間寬度在原來的速度進(jìn)行疊加補(bǔ)償;一種為螺距（間距）平均，即在軸運(yùn)行過程中如圖6所示，在分割點(diǎn)n與分割點(diǎn)n+1之間進(jìn)行補(bǔ)償，把補(bǔ)償量平均分配。根據(jù)（距離）L=V（速度）*T（時(shí)間），當(dāng)每個(gè)間距補(bǔ)償量不同時(shí)，每個(gè)間距的速度也不同，每個(gè)間距間會(huì)存在階梯型速度波動(dòng)。所以上述兩種都能保證位置的定位精度是準(zhǔn)的，但會(huì)影響表面質(zhì)量?，F(xiàn)在提出一種新的螺距誤差補(bǔ)償，絕對(duì)位置平均，如加工為一條直線加工程序起點(diǎn)可能在如圖6所示，在分割點(diǎn)n之前，終點(diǎn)在分割點(diǎn)n+2之后，理想的補(bǔ)償是把誤差平均到程序全行程內(nèi)，不能與間隔有關(guān)系，同時(shí)保證到達(dá)位置的準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)：

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