基于球桿儀的機(jī)床精度調(diào)整淺析

楊小娟

（沈陽(yáng)優(yōu)尼斯智能裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

0 引言

機(jī)床精度是保證機(jī)床運(yùn)行性能和加工效率的重要指標(biāo)，本文通過采用球桿儀檢測(cè)機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)精度進(jìn)行診斷，根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行機(jī)床精度調(diào)整，使機(jī)床精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

球桿儀是機(jī)床性能檢測(cè)工具，相對(duì)于激光干涉儀等光學(xué)檢測(cè)工具，其價(jià)格較低，且安裝簡(jiǎn)便[1]。球桿儀是目前數(shù)控機(jī)床最常用的機(jī)床動(dòng)態(tài)精度的檢測(cè)手段，是用于數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)精度快速檢測(cè)與故障分析的一種工具。球桿儀是一種能快速、方便、經(jīng)濟(jì)地檢測(cè)數(shù)控機(jī)床兩軸聯(lián)動(dòng)性能的機(jī)器，它與激光干涉儀互補(bǔ)使用，作為評(píng)價(jià)機(jī)床動(dòng)態(tài)輪廓的精密儀器[2]。球桿儀檢測(cè)需要執(zhí)行一個(gè)圓弧程序，通過執(zhí)行圓弧程序，檢測(cè)實(shí)際路徑與理論路徑的區(qū)別，分析產(chǎn)生圓度誤差的原因。

在球桿儀進(jìn)行檢測(cè)前請(qǐng)確認(rèn)機(jī)床螺距補(bǔ)償已經(jīng)完成。球桿儀診斷的問題一般有以下幾種：反向躍沖、反向間隙、伺服不匹配、比例不匹配，垂直度、周期誤差等。在實(shí)際操作過程中要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整機(jī)械精度或者機(jī)床參數(shù)使精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。本文就從球桿儀檢測(cè)結(jié)果出發(fā)，詳解機(jī)床精度的調(diào)整方法。

1 球桿儀診斷分析

1.1 診斷界面

球桿儀的診斷界面如圖1，診斷結(jié)果左上角是分析結(jié)果，詳細(xì)說明導(dǎo)致誤差的原因及影響比例，總的圓度誤差是機(jī)床需要考核的項(xiàng)目，此參數(shù)要滿足機(jī)床設(shè)計(jì)要求。右側(cè)為球桿儀檢測(cè)的圖形。結(jié)合兩者進(jìn)行分析對(duì)機(jī)床精度進(jìn)行調(diào)整。下文將對(duì)不同的診斷結(jié)果進(jìn)行分析，其中涉及到系統(tǒng)參數(shù)的均以FANUCMF系統(tǒng)為例。

1.2 反向躍沖

反向躍沖在圖形上表現(xiàn)為換向時(shí)有一個(gè)小尖峰，圖1說明Y向反向躍沖大。反向躍沖的存在使圓弧插補(bǔ)時(shí)在換向點(diǎn)出現(xiàn)臺(tái)階或者凸臺(tái)，影響加工圓度。反向躍沖可以通過調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來進(jìn)行改善。具體為打開反向間隙加速功能（2003#5），并調(diào)整反向加速量（2048）和反向加速時(shí)間（2071），同時(shí)也可以在不產(chǎn)生機(jī)床噪聲的基礎(chǔ)上通過增大機(jī)床的速度環(huán)增益來降低反向躍沖的影響。

圖1 診斷界面及反向越?jīng)_典型圖

1.3 反向間隙

反向間隙在球桿檢測(cè)結(jié)果上表現(xiàn)為沿圓弧中心換向時(shí)的錯(cuò)位（圖2）。反向間隙是指機(jī)床由于絲杠，螺母間隙或者導(dǎo)軌磨損等引起的機(jī)床換向運(yùn)行時(shí)的滯后。反向間隙可以通過反向間隙補(bǔ)償（1851）來降低間隙對(duì)圓弧加工的影響。不受進(jìn)給率的影響。

圖2 反向間隙典型圖

1.4 伺服不匹配

伺服不匹配檢測(cè)結(jié)果表現(xiàn)為圖形為橢圓，進(jìn)給率越大表現(xiàn)越明顯（圖3）。產(chǎn)生原因是圓弧插補(bǔ)的兩軸的伺服不匹配，如增益不一致。此時(shí)需要調(diào)整機(jī)床伺服參數(shù)，如：位置環(huán)增益（1825），使需要插補(bǔ)的各軸的參數(shù)保持一致或者保證加工效率的同時(shí)可以適當(dāng)降低進(jìn)給率來提高圓弧精度。

圖3 伺服不匹配典型圖

1.5 比例不匹配

比例不匹配表現(xiàn)為檢測(cè)圖形為橢圓或者花生型（圖4），圖形和檢測(cè)位置有關(guān)，與進(jìn)給率無關(guān)。在實(shí)際加工中表現(xiàn)為圓弧插補(bǔ)的過程中，插補(bǔ)軸運(yùn)行的距離不同，此問題的產(chǎn)生主要是考慮螺距補(bǔ)償是否合理，絲杠剛性是否足夠，是否安裝有誤差或者絲杠過熱導(dǎo)致絲杠螺距誤差。

解決方法：重新進(jìn)行螺距補(bǔ)償；螺距補(bǔ)償無誤的情況下重新調(diào)整絲杠精度，絲杠加預(yù)緊力提高絲杠剛性；查看絲杠支撐方式是否合理；調(diào)整機(jī)床導(dǎo)軌安裝垂直精度。

圖4 比例不匹配典型圖

1.6 橫向間隙

橫向間隙表現(xiàn)為檢測(cè)圖形為橢圓形（圖5）。產(chǎn)生原因主要是機(jī)床導(dǎo)軌存在間隙，一般來說橫向間隙的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致垂直度和反向間隙等非常大。

此時(shí)需確定球桿儀連接部位沒有異物且連接部位有沒有松動(dòng)，沒有松動(dòng)的情況下，調(diào)整機(jī)床導(dǎo)軌精度，情況可以解決。

圖5 橫向間隙典型圖

1.7 垂直度

垂直度誤差表現(xiàn)為檢測(cè)圖形為橢圓或者花生形沿45°或135°對(duì)角拉伸變形（圖6）。變形量不受進(jìn)給率影響。產(chǎn)生原因?yàn)閮蓚€(gè)插補(bǔ)軸之間不垂直。

垂直度超過30 μm/m時(shí)必須重新調(diào)整機(jī)床機(jī)械精度。

圖6 垂直度典型圖

1.8 直線度

直線度誤差表現(xiàn)為圓形上有3個(gè)明顯的突起，不受進(jìn)給率影響。見圖7.產(chǎn)生原因一般為機(jī)床導(dǎo)軌不直或者導(dǎo)軌磨損。

直線度誤差對(duì)機(jī)床的加工精度影響很大，其調(diào)整方法和橫向間隙的調(diào)整方法一樣。

圖7 直線度典型圖

1.9 周期誤差

周期誤差的特點(diǎn)是圖形沿頻率，幅度均發(fā)生改變的周期性正弦誤差（圖8）。

引起周期誤差的原因可能是絲杠磨損、編碼器安裝偏心。若垂直移動(dòng)軸的周期誤差僅在單方向出現(xiàn)則，機(jī)床的配重可能存在故障。

圖8 周期誤差典型圖

2 結(jié)束語(yǔ)

分析可見，由球桿儀結(jié)果分析的影響因素中，影響機(jī)床整體精度主要有兩方面，機(jī)械安裝精度和電氣參數(shù)影響，一般來說由電氣參數(shù)影響測(cè)試結(jié)果會(huì)和進(jìn)給率有關(guān)，而機(jī)械影響測(cè)試結(jié)果和進(jìn)給率無關(guān)。其中通過調(diào)整電氣參數(shù)提高精度的有反向間隙、伺服不匹配；調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)來調(diào)整的有橫向間隙、垂直度、直線度和周期誤差；需要通過精度檢測(cè)設(shè)定補(bǔ)償參數(shù)的有反向間隙和比例不匹配。電氣參數(shù)的參數(shù)優(yōu)化可以采用FANUC系統(tǒng)的SERVO GUIDE軟件進(jìn)行優(yōu)化。

在實(shí)際操作過程中，球桿儀檢測(cè)如出現(xiàn)結(jié)果超標(biāo)可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果來針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到合理機(jī)床精度。