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機床補償知識解析

2018-9-3 來源：-- 作者：--

摘要（yào）：機床具有的（de）係統性（xìng）的機械相關偏差（chà），可以被係（xì）統記錄，但由於存在溫度或機械負載等環境因素，在後（hòu）續使用過程中，偏差（chà）仍然可能出現或增加。在這些情（qíng）況下，SINUMERIK可以提供不同的補償功（gōng）能。使用實際位置編碼器（如光柵）或額外的傳感器（如激光幹涉儀（yí）等）獲得的測量（liàng）值來補償偏差，從而獲得更佳的（de）加工效果。本期（qī）給大家（jiā）介紹一下SINUMERIK常見的補償功能，“CYCLE996 運動測量”等實用的SINUMERIK測（cè）量（liàng）循環可在機床的持續監控與維護過程中為最（zuì）終用戶提供（gòng）全麵支持。

機床具有的係統性的機械（xiè）相關（guān）偏差（chà），可以（yǐ）被係統記錄，但由於存在溫度或機械負載（zǎi）等環境因素（sù），在（zài）後續使用過程（chéng）中，偏（piān）差仍然可能出（chū）現或（huò）增加。在這些情況下，SINUMERIK可以提供不同的補償功能。使用實際位置編碼器（如（rú）光柵（shān））或額外（wài）的（de）傳感器（如激光幹涉儀等）獲得的測量值來（lái）補償偏差，從（cóng）而獲得更佳的加工效果（guǒ）。本期給大家介紹一下SINUMERIK常見的補償功能，“CYCLE996 運（yùn）動測量”等實用的SINUMERIK測量循環可在機床的持（chí）續監控與維護（hù）過（guò）程中為最終用戶提供全麵支持。

反向間隙補償

在機床移（yí）動部件和其驅動部件，如滾珠絲杠，之間進行力的傳遞時會產生間斷（duàn）或者延（yán）遲，因（yīn）為完全沒有間隙的機械結構會顯（xiǎn）著增加機床的磨損，而且從工藝上講也（yě）是難以實現的。機械間隙導（dǎo）致軸/主軸（zhóu）的運（yùn）動路（lù）徑與間接測量係（xì）統（tǒng）的（de）測量值之間（jiān）存在偏差。這意味著一（yī）旦方向改變，軸將移動得過遠或過近，這取決於間隙的大小。工作台（tái）及其相關編碼器也會受到影響：如果編碼（mǎ）器位（wèi）置領先工作台，它（tā）提前（qián）到達指令位置這意味著（zhe）機床實際移動的距離縮短了。在機床（chuáng）運行，通過在相應軸上使（shǐ）用反向間隙補償功能，在換向時，以前記錄的偏差將自（zì）動激活（huó），將以前記（jì）錄的（de）偏差疊（dié）加到實際（jì）位置（zhì）值上。

絲杠螺距誤差補償

CNC控製係統中間（jiān）接測（cè）量的測量原理基於這樣一（yī）個假設：即滾珠絲杠的螺距在（zài）有效行程內保持不（bú）變，因此（cǐ）在（zài）理論上，可以根據驅動（dòng）電機的運動信息位置推導（dǎo）出直線軸的實（shí）際位置。但是，滾珠絲杠的製造誤差會導致測量係統產生（shēng）偏差（又稱絲杠（gàng）螺距誤（wù）差）。測量偏差（取決於所（suǒ）用測量係統）與測量係統在（zài）機床上的安裝誤差（又稱為測量係統誤差）可能進一步加劇此問（wèn）題。為了補償這兩種誤差，使（shǐ）可使用一套獨立的測量係統（激光測量）測量CNC機床的自然誤差曲線，然後，將所需（xū）補償值（zhí）保存在CNC係統中進行補償。

摩擦補償（象限誤差補（bǔ）償）和動態摩擦補償

象限誤差補償（又稱為（wéi）摩擦補償）適合（hé）上述所有情況，以便在加工圓形輪廓時大幅提高輪廓精度。原因如下：在象限轉換中，一個軸以最（zuì）高進給（gěi）速（sù）度移動，另（lìng）一軸則靜止不動（dòng）。因此，兩軸的不同摩擦行為可能導致輪廓誤（wù）差。象限誤差補償可有效地減小此（cǐ）誤差並確保出色的（de）加工效果。補償脈衝的密度可以根據（jù）與加速度相關的特征曲線設置，而該特征曲（qǔ）線可通過圓度測試來確定和參數化。在圓度測試中，圓形輪廓的（de）實際位置和編（biān）程半徑的偏（piān）差（尤（yóu）其在換向（xiàng）時）被量化（huà）的記錄下來，並通過（guò）圖形化顯示在人機界麵上。

在新版本的係統軟件上（shàng），集成的動態摩擦補償功能能夠根據機床不同轉速下的摩擦（cā）行為進（jìn）行動（dòng）態補償，減小實際加工（gōng）輪（lún）廓誤差（chà），實現更高的控製精度。

垂度（dù）和角度誤差補（bǔ）償

如果各機床單個部件的重量會導致活動部（bù）件位移和（hé）傾斜，則需要進行垂度補（bǔ）償，因為它會導致相關機床部分（包括導向係統（tǒng））下垂。角度誤差補償則用（yòng）於當移動軸沒有（yǒu）以正確的角（jiǎo）度互相對齊時（例如，垂直）。隨著零點位置的偏移不斷增加，位置誤差也增加。這（zhè）兩種（zhǒng）誤（wù）差均由機床的自重，或者刀具和工件重量所導致。在調試（shì）時測得（dé）的補償值被定量後（hòu）按照相應的位置以某種形式，如補償表，存儲在SINUMERIK中。在機床運行時，相關軸的位置根據（jù）存儲（chǔ）點的補償值進行插補。對於每次連續路（lù）徑移動，均存在基本軸與補償軸。

溫度補償

熱量可能導致機床各（gè）部分膨脹。膨脹範圍取決於各機床部分的溫度（dù）、導熱率（lǜ）等。不同溫（wēn）度可能導致（zhì）各軸的實際位置發生變化，這會（huì）對（duì）加工中的工件精度產生負麵影響。這些實際值變（biàn）化可以通過溫度補償抵消（xiāo）。各軸（zhóu）在不同溫（wēn）度的誤差曲線均可定義。為了始終正確補償熱脹，必須通過功能塊不斷從PLC向CNC控製係統重新傳遞溫度補償（cháng）值、參考位置和線性梯度角參數。意外參數的變化會由控製係統自動消除，從而避免機床過載並激活監控（kòng）功能。

空間誤差補償係統（VCS）

回轉軸的位置、它們的相互補償以及刀具（jù）定向（xiàng）誤差，可（kě）能導致轉（zhuǎn）頭和回轉頭等部件出現係統性（xìng）幾何誤（wù）差。此外，每（měi）個機床中進給軸的（de）導向係統將出現小誤差。對於線性軸，這些誤差為線性位置誤差；水平和（hé）垂（chuí）直直線度誤差；對於旋轉（zhuǎn）軸，會（huì）產生（shēng）俯仰角、偏航角和翻滾角誤差。將機床組件相互（hù）對齊時，可（kě）能出現其他誤差。例如，垂直誤差。在三軸機床中，這意味著在刀尖上可能會產生21項個幾何誤（wù）差：每個線性軸六個誤差類型（xíng）乘以三（sān）個軸（zhóu），再加三個角度誤差。這些（xiē）偏差共同作用（yòng）形成總誤差，又稱為空間誤差（chà）。

空間誤差描述（shù）了實際機床的刀具中點（TCP）位置與理想無誤差機床的刀具中點位置的偏差。SINUMERIK解決方案合作夥伴能夠借助激光測量（liàng）設備確定空（kōng）間誤差。僅測量單個位置的誤差是遠遠不夠的（de），必須測量整（zhěng）個加工空間內的所有（yǒu）機床誤差。通常需要記錄所有位置的測量（liàng）值並繪成曲線，因為各誤差大小取決於相關進給軸的位置與測量位（wèi）置。例如，當y軸與z軸處於不同位置時（shí），導致x軸產生的偏差會不同——即使在x軸的幾乎同一（yī）位置也（yě）會出現誤差。借助“CYCLE996 –運動測（cè）量”，隻（zhī）需幾分鍾（zhōng）即可確定回轉軸誤差。這意味（wèi）著，可以不斷檢查機床的準確性，如果需要，即使在生產中，也可以校正準確性。

偏差補償（動態前饋控製）

偏差指在（zài）機床軸運動時位（wèi）置控製器與標準的偏差。軸偏差為機床軸的目標位置與其實際位（wèi）置的差（chà）值。偏差導（dǎo）致與速度相關的不必（bì）要輪廓誤差，尤其在輪廓曲（qǔ）率變化時，如圓形（xíng）、方（fāng）形輪廓等。憑借零件程序中的（de）NC高級語言命令FFWON，在沿路徑移（yí）動時，可以將（jiāng）與速度相（xiàng）關的偏差減為零。通過前饋控製提高路徑（jìng）精度，從而獲得更好的加（jiā）工效果。

FFWOF: 關閉（bì）前饋控製的命令

電子配（pèi）重補償

在極端情況下，為了防止（zhǐ）軸下垂而對機床、刀具或工件造成損壞，可以激（jī）活電子配重功能。在沒有（yǒu）機械（xiè）或（huò）液壓配重的負載軸中，一旦鬆開製（zhì）動器，垂直軸會意外下垂。在激活電子配重（chóng）後，可以補償意外的軸下垂。在鬆開製動器後，靠恒定的平（píng）衡扭矩來保（bǎo）持下垂軸的位置。

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