數(shù)控磨床軸運(yùn)動(dòng)定位誤差補(bǔ)償技術(shù)

何紅蓮

作者通聯(lián)：武鋼股份公司條材總廠CSP 分廠專檢二站 武漢市青山區(qū)廠前街 430080

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一、建立軋輥輥形數(shù)學(xué)模型

武鋼CSP 磨輥車間引進(jìn)四臺(tái)意大利POMINI 軋輥磨床，其對(duì)CVC+輥形凸度控制是實(shí)現(xiàn)軋機(jī)對(duì)CVC+板形凸度控制的前提條件。參考F1-F4 上下精軋工作輥的數(shù)學(xué)模型（圖1），曲線方程式是五次冪的多項(xiàng)式。圖2中上下交叉不規(guī)則的曲線是軋輥的實(shí)際曲線，上下兩條虛線是誤差公差帶，當(dāng)實(shí)際曲線在公差帶范圍內(nèi)，輥形精度指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

二、建立軋輥的磨削模型

基于建模、仿真、預(yù)測(cè)和控制設(shè)計(jì)思想理論，磨床CNC 系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測(cè)和理想輥形的軌跡誤差對(duì)比(圖3■標(biāo)記線)，通過內(nèi)插補(bǔ)運(yùn)算器的數(shù)字運(yùn)算，生成軋輥的計(jì)算磨削模型（圖4■標(biāo)記線），定義加工過程中每點(diǎn)的位置、速度和終點(diǎn)位置，在下趟次磨削過程中，向軸的伺服運(yùn)動(dòng)控制器分配脈沖，控制多軸的聯(lián)動(dòng)加工量，伺服的自跟隨軌跡測(cè)量系統(tǒng)形成半閉環(huán)，磨床在線測(cè)量系統(tǒng)的同步檢測(cè)，形成磨床的閉環(huán)測(cè)量，隨著磨削運(yùn)動(dòng)軌跡中各點(diǎn)的新差異被不斷刷新，實(shí)時(shí)更新位置和速度去控制傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，使磨床按照計(jì)算的軌跡模型運(yùn)動(dòng)切削，達(dá)到輪廓控制的目的。

在生產(chǎn)中，實(shí)際的磨削輥形往往與計(jì)算的輥形有方向上的位移量，即磨床測(cè)量點(diǎn)與設(shè)計(jì)的計(jì)算加工量與實(shí)際的加工點(diǎn)不統(tǒng)一，磨削和測(cè)量控制不是“同步”而是“異步”，輥形精度指標(biāo)不合格見圖3中▲標(biāo)記線。

圖1 軋輥數(shù)學(xué)模型

圖2 軋輥實(shí)際模型

圖3 磨削模型（采集9個(gè)點(diǎn)）

圖4 輥形誤差（采集9個(gè)點(diǎn)）

三、軋輥輥形誤差原因分析及補(bǔ)償

1.軋輥輥形誤差原因分析

首先排除砂輪切削刃分布的隨機(jī)性，操作工分配磨削參數(shù)及操作技能的動(dòng)態(tài)影響等因素外，磨床設(shè)備自身機(jī)械部件的幾何誤差，各直線運(yùn)動(dòng)伺服軸跟隨誤差，主軸的旋轉(zhuǎn)度誤差，多軸聯(lián)動(dòng)的定位誤差，測(cè)量裝置誤差，軋輥工裝誤差，運(yùn)動(dòng)誤差等動(dòng)態(tài)因素造成誤差偏差過大，大于系統(tǒng)接受的補(bǔ)償值時(shí)，即使長(zhǎng)時(shí)間的補(bǔ)償磨削，難以實(shí)現(xiàn)理想輪廓控制，一一分離各種形式的誤差，其中多軸聯(lián)動(dòng)的定位誤差是輥形誤差的主要部分。

2.軋輥的精度誤差對(duì)板材產(chǎn)品影響

軋輥是軋機(jī)設(shè)備重要組成部分，其機(jī)械性能，尺寸精度、幾何形狀精度對(duì)生產(chǎn)的板材產(chǎn)品有著重要質(zhì)量影響，精度指標(biāo)不合格的軋輥投入生產(chǎn)時(shí)，是必影響軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，同時(shí)板材產(chǎn)品產(chǎn)生薄厚不均，凹凸波浪，邊緣彎曲等現(xiàn)象。

3.磨床磨削與測(cè)量聯(lián)動(dòng)的定位誤差補(bǔ)償技術(shù)

基于機(jī)床坐標(biāo)系，磨床工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)是加工中心和編程的零點(diǎn)，軌跡方向運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)，即測(cè)量臺(tái)架V 軸和磨削工作臺(tái)架Z 軸，它們的定位基準(zhǔn)點(diǎn)與加工中心零點(diǎn)存在一定幾何關(guān)系。

當(dāng)測(cè)量軌跡方向的定位產(chǎn)生偏差時(shí)，新建虛擬的測(cè)量軸坐標(biāo)系，硬性將物理同方向的測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)及軸運(yùn)動(dòng)定位誤差存在著垂直幾何關(guān)系，圖5中X″坐標(biāo)為測(cè)量臺(tái)架V 軸軌跡方向，而Y″坐標(biāo)為V 軸運(yùn)動(dòng)定位誤差，理想的測(cè)量V 軸運(yùn)動(dòng)定位誤差映射到工件坐標(biāo)是等于零，當(dāng)實(shí)際測(cè)量定位誤差≥|5mm|時(shí)，通過新建的測(cè)量坐標(biāo)系將測(cè)量定位誤差映射到測(cè)量坐標(biāo)系等于零，而測(cè)量基準(zhǔn)值也發(fā)生同樣方向大小的偏差位移補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)測(cè)量定位誤差補(bǔ)償。磨削Z 軸定位誤差補(bǔ)償思路與測(cè)量定位誤差補(bǔ)償原理一樣（圖6）。

圖5 新建測(cè)量坐標(biāo)系

圖6 新建磨削坐標(biāo)系

4.磨削和測(cè)量定位誤差補(bǔ)償?shù)哪康?/h3>

圖7 故障輥形1

補(bǔ)償?shù)哪康模簩?shí)現(xiàn)測(cè)量點(diǎn)的位置及對(duì)應(yīng)的計(jì)算加工量與實(shí)際加工點(diǎn)位置和實(shí)際加工量一一對(duì)應(yīng)，即磨削和測(cè)量?jī)奢S的工作行程、運(yùn)行方向、起點(diǎn)和終點(diǎn)定位、運(yùn)行速度高度統(tǒng)一。

四、典型案例

故障輥形1（圖7）是L2-X02 軋輥在萬能磨床磨削3h 后檢測(cè)的圖形，尾架側(cè)曲線異常尖峰，超差明顯。運(yùn)用定位誤差補(bǔ)償技術(shù)調(diào)整后，用25min（純磨削時(shí)間），輥形滿足精度要求。

故障輥形2 是CR085C1 軋輥在萬能磨床磨削4h 后檢測(cè)的圖形，輥身中部區(qū)域誤差曲線呈波浪形逐級(jí)放大，上下直穿誤差帶（圖8）。

故障輥形3 是XTBG109 軋輥在工作輥磨床磨削3h 后檢測(cè)的輥形，床頭側(cè)曲線誤差超差異常（圖9），這兩根軋輥表面有明顯的走刀痕，運(yùn)用定位誤差補(bǔ)償技術(shù)調(diào)整，兩個(gè)軋輥都在45min 內(nèi)磨削完成且滿足精度的要求，走刀痕完全消失。

圖8 故障輥形2

圖9 故障輥形3

五、結(jié)語(yǔ)

隨著市場(chǎng)對(duì)高端板材需求，CSP薄材產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和成本消耗指標(biāo)日趨苛刻。采用定位誤差補(bǔ)償技術(shù)，可保證軋輥磨削精度，降低額外的補(bǔ)償磨削輥耗，提升磨床有效作業(yè)率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)磨削。