機(jī)械數(shù)控機(jī)床位置控制及誤差補(bǔ)償分析

周大成

摘?要：數(shù)控機(jī)床是一種高度智能的設(shè)備，但在實(shí)際應(yīng)用中，某些CNC機(jī)床，特別是經(jīng)濟(jì)型CNC機(jī)床，存在許多不令人滿意的情況，例如參考點(diǎn)位置的設(shè)置和內(nèi)置插補(bǔ)程序的缺乏。在某些配件中，這些地方經(jīng)常需要在使用過(guò)程中不斷進(jìn)行優(yōu)化、開發(fā)和更換。以參考點(diǎn)位置的變化和調(diào)整過(guò)程為例進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：接近傳感器;定位精度;誤差補(bǔ)償

中圖分類號(hào)：TG659文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.028

數(shù)控機(jī)床零點(diǎn)已在出廠時(shí)設(shè)置，并且是無(wú)法更改的固定點(diǎn)。參考點(diǎn)是設(shè)置為在運(yùn)行期間找到機(jī)床零點(diǎn)的點(diǎn)。這點(diǎn)或與機(jī)械零點(diǎn)同位，或與機(jī)械零點(diǎn)偏移，在出廠前已設(shè)置完畢，工作時(shí)若出現(xiàn)報(bào)警狀態(tài)，表明參考點(diǎn)返回異常，不能尋找正確位置，這是由于坐標(biāo)軸的越位現(xiàn)象產(chǎn)生的故障，可操作復(fù)位鍵復(fù)位。數(shù)控機(jī)床作為智能先進(jìn)設(shè)備，合理解決這個(gè)問(wèn)題是毋庸置疑的，工作人員可以在坐標(biāo)軸的正極限位置設(shè)置為參考點(diǎn)位置，在接通電源后，坐標(biāo)軸將始終位于參考點(diǎn)的負(fù)方向。直接返回參考點(diǎn)不會(huì)導(dǎo)致超程。

實(shí)際上，當(dāng)機(jī)床返回到參考點(diǎn)時(shí)，每次螺釘旋轉(zhuǎn)，接近傳感器都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)零脈沖。那么，哪個(gè)零脈沖應(yīng)該作為參考信號(hào)呢？我們可以把硬件擋塊和行程開關(guān)安裝在坐標(biāo)軸的特定位置作為參考點(diǎn)減速開關(guān)使用。因?yàn)樵撻_關(guān)可以進(jìn)行初期定位，傳感器可檢測(cè)多個(gè)零脈沖信號(hào)，通過(guò)減速開關(guān)確定返回參考點(diǎn)的信號(hào)。另外，CNC裝置應(yīng)正確識(shí)別零脈沖信號(hào)，若CNC裝置速度很低時(shí)，減速開關(guān)務(wù)必將信號(hào)傳輸?shù)絇LC輸入端。因此機(jī)床參考點(diǎn)返回采用雙開關(guān)方法，其一是初期定位的坐標(biāo)軸減速開關(guān)，其二是精確定位的接近傳感器，機(jī)床誤差對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量也是至關(guān)重要的。

在機(jī)床應(yīng)用中常采用誤差補(bǔ)償技術(shù)，該技術(shù)目前被廣泛認(rèn)識(shí)，但是在實(shí)際機(jī)床加工生產(chǎn)中應(yīng)用較少，目前在實(shí)際應(yīng)用中主要解決誤差源的辨識(shí)能力、誤差產(chǎn)生后的補(bǔ)償能力等。在數(shù)控機(jī)床加工中，實(shí)際影響因素很多，包括生產(chǎn)車間室內(nèi)溫度、屋內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量、機(jī)床安裝誤差、溫度誤差等，在工作中，機(jī)加工人逐步認(rèn)識(shí)到了空間誤差、高頻誤差等?？蒲腥藛T對(duì)誤差源也逐步深入研究，檢測(cè)某一具體的單項(xiàng)誤差，根據(jù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償研究。

機(jī)床車間實(shí)際加工時(shí)，不同類機(jī)床的刀具、工件不同，運(yùn)行時(shí)都存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)誤差，對(duì)這個(gè)動(dòng)態(tài)誤差也要進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，因此，若想提高機(jī)床加工的水平，除了對(duì)基本的靜態(tài)誤差進(jìn)行補(bǔ)償外，還應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行研究，以滿足加工要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量。近年來(lái)，機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)和高校科研院所對(duì)數(shù)控機(jī)床誤差研究增多，這對(duì)未來(lái)的機(jī)床生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量的提升都有一定的助推作用，但是由于誤差研究需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，企業(yè)技術(shù)人員工作時(shí)間不充足，完成工作任務(wù)即可，對(duì)機(jī)床的深入研究時(shí)間不多，高校科研院所的研究人員理論研究偏多，所以目前誤差補(bǔ)償研究還沒(méi)有廣泛的應(yīng)用于實(shí)踐中。

那么，針對(duì)誤差補(bǔ)償，其根本的思想是需要通過(guò)在機(jī)床工作中把誤差值通過(guò)顯示屏輸入到系統(tǒng)當(dāng)中，輸入后，電子控制系統(tǒng)進(jìn)行理論計(jì)算，得到補(bǔ)償參數(shù)，進(jìn)而控制機(jī)床進(jìn)行補(bǔ)償，這樣能夠盡量減少生產(chǎn)后的產(chǎn)品在外形和尺寸等方面存在誤差。一般來(lái)講，數(shù)控機(jī)床精確度高，其誤差補(bǔ)償可分解為兩個(gè)方面，一是軟件的誤差補(bǔ)償，二是硬件的誤差補(bǔ)償，機(jī)床長(zhǎng)時(shí)間使用，二者都應(yīng)該進(jìn)行誤差補(bǔ)償，以提高加工精度。定位精度誤差源也是誤差的一種，其影響因素較多，而且個(gè)別因素會(huì)隨著機(jī)床運(yùn)行發(fā)生隨機(jī)變化，目前沒(méi)有得到完整的定位精度模型。在實(shí)際生產(chǎn)研究過(guò)程中，對(duì)機(jī)床的定位精度影響進(jìn)行分析，分析機(jī)床加工不同零件時(shí)的定位精度規(guī)律，這種后續(xù)進(jìn)行精度誤差的補(bǔ)償、如何來(lái)提高定位精度，減小誤差是必要工作。

目前，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)，也應(yīng)對(duì)其定位精度進(jìn)行深入研究，進(jìn)給系統(tǒng)的精度關(guān)系到整個(gè)機(jī)床的生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)提高機(jī)床的整體性能起到很大的促進(jìn)作用。通過(guò)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度進(jìn)行檢測(cè)，可以得到進(jìn)給系統(tǒng)存在的誤差源，其產(chǎn)生的原因是什么，如何減小誤差，提高精度，對(duì)理論研究進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，通過(guò)誤差值的大小，提出誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，提高整體工作性能。在誤差產(chǎn)生后，理論分析誤差數(shù)值，對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)各坐標(biāo)軸的參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修正，修正數(shù)值應(yīng)一點(diǎn)點(diǎn)跟進(jìn)，可以提高機(jī)床定位精度。

近些年，數(shù)控機(jī)床在各類誤差補(bǔ)償方面已經(jīng)開展了很多研究，并得到了十足的進(jìn)步與發(fā)展，但是在普遍性、系統(tǒng)性、推廣實(shí)用方面還存在一定的差距，未來(lái)應(yīng)該在如何建立誤差綜合模型、深入研究不同類型的機(jī)床、建立并開發(fā)低成本的誤差精度檢測(cè)補(bǔ)償方法等幾個(gè)方面探索研究。誤差的控制和補(bǔ)償是降低數(shù)控機(jī)床誤差的有效途徑，精度控制和誤差補(bǔ)償都提高了，就會(huì)得到行業(yè)和企業(yè)的認(rèn)可，誤差補(bǔ)償靈活性好，經(jīng)濟(jì)效益較好，對(duì)提高企業(yè)的利潤(rùn)尤為顯著，因此在企業(yè)推廣應(yīng)用是必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 庾輝，李夢(mèng)奇，李冬英，等.數(shù)控機(jī)床定位精度研究進(jìn)展[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2015（6）.

[2] 蔣薇，陳本鋒. 數(shù)控機(jī)床的位置誤差及補(bǔ)償方法探析[J].裝備制造技術(shù)，2016（5）.

[3] 劉慧敏. 高強(qiáng)度運(yùn)行環(huán)境下機(jī)械數(shù)控機(jī)床位置控制研究[J]. 科技通報(bào)，2018（2）.