角度定位精度和重復定位精度在機床的應用和前景

蘆 濤 霍衛(wèi)軍

中車唐山機車車輛有限公司

角度定位精度和重復定位精度在機床的應用和前景

蘆 濤 霍衛(wèi)軍

中車唐山機車車輛有限公司

數(shù)控機床定位精度和定位精度的重復定位直接影響了數(shù)控機床的加工精度，并且隨著機床的不斷使用和使用相關因素的影響而發(fā)生變化和變化。作者提出了一種定位精度和重復定位精度測試方法，可用于生產(chǎn)實踐，可完全滿足檢測要求。使用精密刻度和讀數(shù)顯微鏡測試數(shù)控機床定位精度和重復性的方法。與其他方法相比，該方法更實用，成本更低，更簡單方便，適用于數(shù)控車間的使用。

定位精度重復定位精度滑動導軌副

機床的工作狀態(tài)監(jiān)測和經(jīng)常測試機床的精度是非常必要的，為了發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高零件的加工精度，如何提高機床定位軸的精度和重復定位精度？

同一臺機床，由于標準不同，位置精度不一樣，因此選擇數(shù)控機床精度，應注意標準。數(shù)控機床位置標準通常指的是NC軸的反向偏差和定位精度。這兩種方法的測量和補償是提高加工精度的必要方法［1］。

一、反向偏差

在數(shù)控機床中，由于各軸進給傳動鏈條的驅(qū)動部件（如液壓伺服電機，伺服電機和步進電機等），反向死機反向間隙誤差的機械運動引起的各軸向前運動反向反向偏移的運動，通常也稱為反向間隙或動量損失。對于帶有半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床，反向偏差的存在會影響機床的定位精度和重復定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度［2］。

在G01切削運動中，反向偏置會影響插補精度，如果偏差過大，會導致“圓不是圓，不是圓”。而在G00快速定位運動中，反向偏置機床定位精度，降低了鉆孔，鉆孔加工之間孔的位置精度。同時，隨著設備投資的增長，運行時間也隨之增加，反向偏差造成磨損間隙增大，因此需要對機床各軸反向偏差進行周期性測量和補償。

（一）反向偏差的測定

確定反向偏壓的方法：在測量坐標軸行進時，向前或向后移動一個距離到停止位置作為基準，然后給出一個移動指令值在同一方向移動一段距離，然后去相反方向相同距離，位置和參考位置停止測量差值［3］。在行程中途，在測量值的反向偏差的最大值的平均值中，重復測量（通常為7次）每個位置的平均值的兩個位置的三個端部。在測量時必須先移動一段距離，否則無法得到正確的反向偏置。

如果條件允許，當測量工具通常使用千分表或千分表時，直線運動軸的反向偏差測量可以使用雙頻激光干涉儀測量［4］。當使用千分表或千分表測量時，請注意表和表條不要太長太長，因為測量時由于懸臂長，工作臺容易移動，計數(shù)不準確，補償值也不真實。如果使用編程方法來實現(xiàn)測量，則可以使測量過程更方便，更準確。

例如，在三坐標測量機X垂直軸上的反向偏置，圓柱面可以是主軸上的第一個表，運行以下程序和測量：

N10 G91 G01 X50 F1000；工作臺右移

N20 X－50；工作臺左移，消除傳動間隙

N30 G04 X5；暫停以便觀察

N40 Z50；Z軸抬高讓開

N50 X-50：工作臺左移

N60 X50：工作臺右移復位

N70 Z-50：Z軸復位

N80 G04 X5：暫停以便觀察

N90 M99；

需要注意的是，在工作臺不同的運行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。一般情況下，低速的測出值要比高速的大，特別是在機床軸負荷和運動阻力較大時。低速運動時工作臺運動速度較低，不易發(fā)生過沖超程（相對“反向間隙”），因此測出值較大；在高速時，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測得值偏?。?］。

回轉(zhuǎn)運動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是用于檢測的儀器不同而已。

（二）反向偏差的補償

國產(chǎn)數(shù)控機床，定位精度很大> 0.02mm，但沒有補償功能。這種機床，在某些情況下，實現(xiàn)單向定位可用的編程方法，以消除機械零件中的反向間隙不變，只要從起點到低速單向定位插補，然后開始插補處理。在反向的情況下，插值可以提高插值過程的精度，這可以確保部件的公差。

對于其他類型的數(shù)控機床，數(shù)控裝置通常設置有多個存儲地址，用于存儲反向間隙值的軸。當機床軸是改變運動方向的命令時，數(shù)控裝置自動讀取軸的反向間隙，以協(xié)調(diào)位移指令值校正補償，使機床精確定位在指令位置，消除或減少反向偏壓對機床精度的不利影響［6］。

一般CNC系統(tǒng)的反向間隙補償只有一個值，可以用于高精度和低精度的運動，除了在機床上做得更好外，只能在補償輸入的反向偏置測試值的快速運動中，因此，很難實現(xiàn)平衡，考慮到快速插補精度的定位精度和切割。

對于FANUC0i，F(xiàn)ANUC18i等數(shù)控系統(tǒng)，快速運動（G00）和低速切削進給運動（G01）有兩種反向間隙補償。根據(jù)不同的進給方式，數(shù)控系統(tǒng)自動選擇使用不同的補償值，完成高精度加工。

反向間隙G01切削運動的測量值A輸入?yún)?shù)NO11851（G01的測試速度根據(jù)普通切削進給速度和機床特性決定，反向間隙）G00測量值B輸入?yún)?shù)NO11852。注意需要執(zhí)行反向間隙補償分別指定的CNC系統(tǒng)參數(shù)應該是數(shù)字1800第四（RBK）設置為1；如果RBK未設置為0，則分別指定反向間隙補償。G02，G03，JOG和G01使用相同的補償值。

二、定位精度

數(shù)控機床的定位精度是指測量機床零件在運動控制下數(shù)控系統(tǒng)位置精度的運動，是一種重要的精密數(shù)控機床，與普通機床不同工具和機床接頭的幾何精度對機床的切削精度有重要影響，特別是對孔加工孔間距誤差具有決定性影響。數(shù)控機床可以實現(xiàn)定位的定位精度，其加工精度，使數(shù)控機床的定位精度檢測和補償必要的方式，保證加工質(zhì)量［7］。

（一）定位精度的測定

目前，多頻激光干涉儀被用于機床的檢測和加工。使用激光干涉測量原理，提高了測量精度，提高了應用范圍。檢測方法如下：

雙頻激光干涉儀；

光學測量裝置安裝在需要測量的機床的坐標軸方向上；

調(diào)整激光頭和測量軸和移動軸平行于光路或共線，預對準；

激光預熱后輸入測量參數(shù)；

按照規(guī)定的測量程序測量機床；

數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出。

（二）定位精度的補償

如果NC機床的定位誤差超出允許范圍，則必須進行機床的誤差補償。常用的方法是計算螺距誤差補償表，手動輸入機床數(shù)控系統(tǒng)，從而消除了數(shù)控機床的位置誤差，三軸或四軸補償點可能有幾十萬點，因此手動補償需要花更多的時間，容易出錯［8］。

現(xiàn)在通過RS232接口和CNC控制器連接到計算機上，由VB控制激光干涉儀和數(shù)控機床同步自動校準軟件，自動檢測和自動螺距誤差補償對數(shù)控機床的定位精度，作為補償方法：

CNC控制系統(tǒng)中現(xiàn)有的補償參數(shù)；

由計算機生成的進行點對點定位精度測量的機床CNC程序傳送到CNC系統(tǒng)；

自動測量每個點的位置誤差；

根據(jù)指定的補償點產(chǎn)生一組新的補償參數(shù)，并傳送到CNC系統(tǒng)，自動螺距補償；［9］

重復精度驗證。

三、根據(jù)各種條件下數(shù)控機床的精度，采用螺距誤差補償功能和自動反沖補償功能，合理選擇軸向補償點的分布，使數(shù)控機床實現(xiàn)最佳精度，大大提高檢測機床定位精度的效率［10］。

定位精度是數(shù)控機床的重要指標。雖然用戶可以選擇購買盡可能多的高精度機床，但誤差小，但設備投入使用時間更長，設備磨損更大，導致機床定位誤差越來越大，有一個對零件的加工和生產(chǎn)具有破壞性影響。采用精確測量和補償反向偏壓的方法，機床軸的定位精度，可有效減少或消除反向偏置對機床精度的不利影響，提高機床的定位精度，機床精度在最佳狀態(tài)，從而保證加工零件的質(zhì)量。

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［3］吳希讓，吳國玥；新型CNC機床控制系統(tǒng)的設計［J］；兵工自動化；2000年03期

［4］史長虹，張建民，張同莊，郝娟，范宇，鄒秋玲，賈東云；變軸數(shù)控機床重復定位精度評定策略探討［J］；北京理工大學學報；2001年04期

［5］沈興全，張清；三坐標數(shù)控機床精度檢測與誤差補償［J］；測試技術(shù)學報；2005年03期

［6］孫宜標，郭慶鼎；基于神經(jīng)網(wǎng)絡給定補償?shù)慕涣饔来胖本€伺服系統(tǒng)滑模控制［J］；電工技術(shù)學報；2002年03期

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