數控機床圓精度及補（bǔ）償技術研究（jiū）-數控機床市場網

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數控機床（chuáng）圓精度（dù）及補償技術研究

2019-5-5 來源：馬鞍山機床及刃模具產品質量監督檢驗中心作者：蔣昌虎，劉鯤，陳立貴

摘要：數控機床誤差的檢測對於提高加工精度具有重要意義。對現有檢測方法進行分析後（hòu），采用一種基於 Renishaw QC20-W 球杆儀的圓軌跡測量方法，獲得加工中心誤差信息，使用激光幹涉（shè）儀通過數控（kòng）係統對其進行（háng）誤差（chà）補償，提高（gāo）機床動態性能。

關鍵詞：數控機（jī）床；圓檢驗；誤（wù）差分析（xī）

數控機床的精度是其性（xìng）能的（de）一項（xiàng）重要指標，是（shì）影響工件加工精度（dù）的重要因素，用（yòng）低精度機床加工出高精（jīng）度的零件是機床生（shēng）廠商和機床用戶共同追求的目標。在影響（xiǎng）機床（chuáng）加工精度（dù）的因素中，起（qǐ）支配作用的（de）是運動精度。如果存在運動誤差，反映到加工形式上，則會導致加工誤差增大。所以，通過檢測了解掌握機床的運動（dòng）精度對於精密加工（gōng）而言不可或缺。對於（yú）多軸加工中心來講，加工（gōng）大多是在多軸聯動（dòng）狀態下完成的（de），檢測加工中心“圓運動”的精（jīng）度不僅可以獲得（dé）與加（jiā）工中（zhōng）心的幾何精度、位置誤差、重複精（jīng）度有關的信息，還可以獲得與進給速度（dù）和伺服控製係統有關（guān）的動態（tài）誤差（chà）分量（liàng）的信息，包括機床爬行、標（biāo）尺誤差、反向間隙、伺服增益不（bú）匹配和由於伺服響應滯後引起的（de）加工半徑減小（xiǎo）等誤（wù）差分量。

1 、球（qiú）杆儀應用

球杆儀可以同時動態測（cè）量兩軸聯動狀態（tài）下的輪廓（kuò）誤差，數控機床的（de）各軸垂直度、重複（fù）性、間隙、伺服增益比例匹配、伺服性能和絲杠周期性誤差等參（cān）數指標都能從運動輪廓（kuò）的半徑中反映出來。

這裏將根據數控車床的特（tè）點，通過分析各誤差元素的（de）敏感方向，設（shè）定不同的球杆儀檢測模式，並通過模擬方（fāng）式，得到各誤差因素影響下（xià）球杆儀的運動軌跡仿真圖形，對球杆儀檢測試驗結果提出預測（cè）。

在 ZX 平麵內，X 軸與 Z 軸（zhóu）配（pèi）合做插補，使球杆儀完成順時針和逆時針各 360°圓（yuán）弧數據采集。球杆（gǎn）儀經過 X 軸與 Z 軸誤差敏感方向，因此兩軸誤差（chà）均可在檢測軌跡中得到反映。

這種檢測模（mó）式，可反映 X 導軌和 Z 導軌各自的直（zhí）線度以及兩軸間的垂直度誤差，另外亦可檢測機床伺服進（jìn）給係（xì）統誤差，若（ruò）兩軸間存在（zài）伺服不匹配誤差，則球杆儀軌跡將呈現橢圓特征，且橢圓長軸與進給超前的軸平行。

2 、性能優（yōu）化

使用 Renishaw 的 QC20 球杆儀可以快速準確地檢測出數控車床的各項圓（yuán）度誤差。電氣參數優（yōu）化技術可（kě）以（yǐ）方便有效地減小其中反向躍衝和伺服參數不匹配等誤差（chà）項。反向躍衝主要是由摩擦引起的。

數控機床的摩擦特征（zhēng）在伺服軸低速時（shí）表現出很強的非線性，主要表現（xiàn）在伺（sì）服軸換向時（shí）速度過零（líng），由於摩擦的存在，該軸不能立刻加速（sù），而產生了滯後，這個滯後就形成了象限點的凸起，如圖 1 所示。

圖（tú）1 圓測試（shì）曲線

對於西門子係統，可以使用摩（mó）擦補（bǔ）償功能來減小反（fǎn）向躍衝。補（bǔ）償原理是換向時在速度環上疊加 1 個額外的補償脈衝，以快速渡過換向區域（yù），來補償摩擦力急劇變（biàn）化而（ér）引起的過大輪廓誤差。

3 、應用（yòng）實例

使用QC20 球杆儀對某加工中心 XY 軸圓（yuán）運動軌跡進行檢測，結果如圖2 所示。由圖 2 可以看（kàn）出，該軌（guǐ）跡與標準圓存在較大誤差。軟件（jiàn）誤差分析結果為（wéi）：X、Y 軸的位置度（dù）、Y軸直線度（dù）

、XY 軸垂直度、X 軸反向躍衝分別占比 13%、12%、9%。

圖（tú） 2 圓運動軌跡檢測結（jié）果（guǒ）

以上分析可以看出 X、Y 軸的位置度對圓精度影響也較（jiào）大，激（jī）光幹涉儀可以對位（wèi）置精度進行測量，並通過數控程序（xù）進行補償。

本文采用（yòng）雷尼紹 XL-80 對加工中心進行定位精度和重複（fù）定位精度測量，得到定位精度和重複定位精（jīng）度如圖 3 所示。

圖 3 定位精度測量曲線

根據（jù）軟件分析結果（guǒ），對加工中心的上述要素進行調整後，再次對（duì） XY 軸圓運動軌跡進行測（cè）試（shì），測試結（jié）果如圖 4 所示。從兩圖的對比（bǐ）可以看出，該加工中心 XY 軸圓軌跡運動特性得到（dào）明顯（xiǎn）改善。

圖 4 圓（yuán）運動軌跡測試結果

4 、小結

本文通過使用無線球杆儀對加（jiā）工中（zhōng）心圓（yuán）精度進行檢（jiǎn）測，根據（jù）軟件分析結果進行相應調整，同時針對位（wèi）置精（jīng）度通過激光幹（gàn）涉儀進行測（cè）量和改進（jìn），綜合（hé）以（yǐ）上措施使加工中心圓精度能得到較大提高。證明了球杆儀及其軟件分析，配合激（jī）光幹涉儀能夠有效（xiào）提升加工中心動態性能。

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