加工中心機床數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補償分析

葉繼軍

（江蘇江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 陰江214433）

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加工中心機床數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補償分析

葉繼軍

（江蘇江陰中等專業(yè)學(xué)校，江蘇 陰江214433）

摘要：當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的精度也較之前有了更加嚴(yán)格的要求，數(shù)控機床在長時間的使用中精度值會降低，螺距使用中會加大誤差，影響設(shè)備的加工精度，因此定期對螺距進行誤差補償很重要。在實際工作中主要采取雙頻激光干涉儀法對系統(tǒng)進行有限補償，經(jīng)實踐檢驗已取得了顯著的成效。

關(guān)鍵詞：加工中心；精度；數(shù)控系統(tǒng)；螺距誤差補償

1　加工中心機床數(shù)控系統(tǒng)螺距誤差補償原理

通過對數(shù)控機床某軸的指令位置與高精度測量系統(tǒng)測得的實際位置進行比較，并經(jīng)過相關(guān)公式計算可得全行程上的誤差曲線，技術(shù)人員將所獲取的誤差值繪制成相應(yīng)的表格并輸入到數(shù)控系統(tǒng)中。數(shù)控系統(tǒng)在工作中會對該軸進行實時控制，若發(fā)現(xiàn)存在異常情況會在第一時間進行自動修復(fù)將誤差控制在允許范圍內(nèi)。誤差補償應(yīng)遵循一定的原則：（1）必須在機床上安裝精度較高的測量裝置；（2）根據(jù)需要編寫相應(yīng)的程序，在具體的位置設(shè)置一些標(biāo)志點；（3）系統(tǒng)運行到標(biāo)記位置應(yīng)選擇測量裝置進行有效測量并記錄精確位置；（4）記錄各位置點的誤差值；（5）為了使測量更加精確，可多次測量求平均值；（6）將修正表輸入數(shù)控系統(tǒng)中，進行針對性的誤差補償。

2　螺距誤差與補償?shù)膸追N常見類型

2.1交叉型螺距誤差與補償

設(shè)備正常工作中由于絲杠之間配合不緊密或者其他因素的制約影響機床的精確性，為了有效解決上述問題在機床重復(fù)工作中可對絲杠的機械安裝結(jié)構(gòu)進行不同程度的處理后，再進行重新測量，根據(jù)所獲知的參數(shù)對機床進行誤差補償。機床交叉型螺距誤差示意圖見圖1所示。

2.2喇叭型螺距誤差與補償

機床的被測軸在全行程的各段誤差分布不均勻，尤其是機床反向運行時誤差較大，從而造成反向間隙超過系統(tǒng)可允許范圍。造成上述現(xiàn)象的原因是該軸導(dǎo)軌副出現(xiàn)松緊不一情況所引發(fā)的，再加之在誤差測量中由于定位精度不準(zhǔn)確，隨著該軸的不斷變動，誤差會變得更大，形成了喇叭型的正反向定位曲線。出現(xiàn)上述情況可對設(shè)備進行適當(dāng)?shù)母倪M，并采取螺距反向間隙補償模式進行校正，確保設(shè)備正常運行。圖2所示。

圖1　交叉型螺距誤差示意圖

圖2　喇叭型螺距誤差示意圖

3　基于雙頻激光干涉儀的動態(tài)補償

3.1雙頻激光干涉儀工作原理

雙頻激發(fā)干涉儀測量原理見圖3所示，該測量原理是通過賽曼效應(yīng)的有效應(yīng)用，使激光器1所產(chǎn)生的光束經(jīng)λ/4波片2和分光器3后轉(zhuǎn)變成振動方向垂直的f1偏振光以及頻率穩(wěn)定的f2偏振光。經(jīng)由分光器3反射的光束會通過一定的作用送入檢偏比較器8從而產(chǎn)生一定的信號。通過分光器3的光束在經(jīng)過偏振分光器4后會兵分兩路，與分光鏡片f2信號平行的分光器最終會裝在移動部件上的反射鏡5處，當(dāng)機床處于正常工作狀態(tài)時會產(chǎn)生一定的差頻即Δf，f2信號也隨即變成f2+Δf；而與分光鏡片垂直的f1信號則通過一定條件的反射會固定到反射鏡6上，通過兩次反射后最終匯合于偏振分光器4的位置，這時經(jīng)過一系列傳輸?shù)男盘栔幸寻藱C床移動中所具有的相關(guān)信息即Δf；通過反射鏡7送入檢偏比較器8中，最終所得出的脈沖差值即就是機床在運行中實際移動距離。圖3所示。

圖3　雙頻激光干涉儀測量原理

3.2螺距誤差動態(tài)補償?shù)膶崿F(xiàn)

螺距誤差動態(tài)補償系統(tǒng)的工作原理表示如下：（1）通過串口RS232將計算機與SINUMERIK802S/C系統(tǒng)的CNC控制器相聯(lián)接，并借助計算機控制雙頻激光干涉儀實現(xiàn)數(shù)控機床的同步工作；（2）計算機可通過數(shù)據(jù)采集卡對所獲取的數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確測量，并與CNC譯碼器輸出的指令值進行比較，所得出的差值最終經(jīng)由計算機進行處理；（3）補償接口會將軟件所計算出的補償數(shù)值輸入數(shù)控系統(tǒng)中，從而確保系統(tǒng)得以正常工作。

3.3螺距誤差補償實例

對一臺SINUMERIK 802S/C系統(tǒng)數(shù)控機床的X軸螺距誤差進行補償，圖4代表的是補償前螺距誤差曲線，圖5表示補償后的螺距誤差曲線，通過對兩圖的比較分析螺距誤差通過動態(tài)補償后機床的位置控制精確度得到了明顯的增強，加工性能也較之前得到了改進，從中也說明了采取螺距誤差補償方式是合理的。

圖4　補償前的螺距誤差曲線

圖5　補償后的螺距誤差曲線

4　結(jié)束語

綜上所述，數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補償方式在提高機床定位的精確性方面起到了一定的作用，但造成機床加工誤差較大的重要影響因素仍是裝配工藝的不科學(xué)或機械設(shè)計存在異常所致，所以若遇到螺距誤差偏大時需對設(shè)備進行檢修，將誤差盡可能降低的前提下再實施螺距誤差補償效果將更為顯著。

參考文獻：

[1]孟凱，喬煒，駱朝暉.先進檢測儀器在數(shù)控機床精度驗收中的應(yīng)用[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2013，（11）: 78-79.

[2]張軍，吳則鵬.CNC數(shù)控機床誤差補償系統(tǒng)及位置精度評

定[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2014，（06）:46-48.

中圖分類號：TG659

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0277-02

收稿日期：2016-01-08

作者簡介：葉繼軍（1977-），男，江蘇江陰人，工程碩士在讀，講師，主要從事數(shù)控加工理實一體化教學(xué)工作。

CNC Machining Center Pitch Error Compensation System Analysis

YE Ji-jun
（Jiangsu Jiangyin Vocational School，Jiangyin Jiangsu 214433，China）

Abstract:With the current development of science and technology，precision CNC machine tools than before also have more stringent requirements，CNC machine tools in long-term use will decrease the accuracy of pitch will increase the use of processing errors，affecting equipment accuracy，pitch error compensation on a regular basis is very important.In practice mainly adopts dual-frequency laser interferometer system limited compensation method，proven already achieved remarkable results.

Key words:machining centers；accuracy；NC system；pitch error compensation