数控机床位置精度检测与调试

Techn0Iogy and TeSt工艺与检涓 数控机床位置精度检测与调试 陈国琛 汪宏强 (东风汽车公司设备制造厂，湖北 十堰 442022) 摘 要：通过 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 数控机床位置精度曲线特征和位置精度与加工精度的关系，阐述合理的调试方法和步骤以 及验收中的注意事项，说明提高数控机床的机械进给系统精度仍然是保证数控机床位置精度的首要 任务。 关键词：数控机床 位置精度 误差补偿 Test and Adjustment of Position Accuracy of CNC Machine Tools CHEN Guochen，WANG Hongqiang (Facilities Manufacturing Plant of Dongfeng Motor Co．，Ltd．，Shiyan 442022，CHN) 数控机床位置精度可以在机械系统传动精度的基 础上，通过电气系统的补偿得到提高。具体方法是在 测量机床机械位移误差的基础上，通过对其反向间隙 和螺距误差的补偿，进一步提高数控机床各轴的位置 精度，这也是数控机床的优点。但是通过电气系统补 偿的精度，不能保证数控机床在任何状态下工作都有 效，如机械反向间隙，在机床切削抗力较大时会暴露出 来，使机床不能按补偿后的位置精度规定的轨迹运动。 而且不管半闭环或全闭环系统，这一问题都存在。数 控机床机械系统精度越高，机床工作时的位置精度与 空载时的位置精度越接近；反之 ，机械系统精度越低 ， 工作精度与位置精度相差越远。本文基于这一观点． 谈谈如何做好数控机床位置精度调试与验收工作。 l 数控机床位置精度的调试 图1数控机床位置误差组成中，数控装置误差 ．、 电动机误差 和测量转换装置误差 都属于控制系 统误差，其余是机械进给系统误差。控制系统的误差 可以通过合理设置减速电路使其与机床特性相匹配． 调节位置回路增量，提高电动机转角精度等方法使控 制系统的输出误差缩小。机械进给系统的误差则要实 实在在地在装配、调试中从机械系统本身解决。然后剩 余极小部分再辅以电气补偿。 机床位置精度的主要检测项目有： (1)直线运动位置精度( 、y、z、 、 、 轴)； (2)直线运动重复定位精度； (3)直线运动反向间隙(失动量)测定； (4)回转运动定位精度(A、 、C轴)； ，， ￡u 寻； 0 (5)回转运动重复定位精度； (6)回转运动反向间隙(失动量)测定。 现今普遍使用双频激光干涉仪直接完成直线运动 精度的各项测量，配上测角附件，可以完成回转精度的 各项测量。其中包括由计算机按 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化软件采集数据 进行处理、评价和打印出符合不同国家标准和国际标 准的测量结果。目前较先进的机型可以通过软件直接 将测量误差转换成补偿当量．对螺距误差和反向间隙 进行补偿，代替人工输入测量误差，提高了测量和调试 的效率。下面以直线运动位置精度调试为例，介绍调 试方法 图1 位置误差形成简 图 1．1 试测 一 台机床装配的最后阶段包括通电调试实现各个 动作，然后检验几何精度。合格后，开始对其位置精度 进行检测和调试。首先对各坐标轴运动的原始状态作 一 个循环测试，根据位置误差曲线状态和数控可以初 步判断与之有关的机械一电气的精度状况。排除不正 常因素后，才开始按标准规定正式测试 5个循环。这 里把单个循环测试称为试测。现代数控机床在试测过 程中。常见的位置误差曲线有如图2所示的几种状态。 · 65 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 工艺与检测Techn010gy and 图2a为正反向曲线基本平行且两曲线坐标距离不大， 一 般中等以上精度的数控机床曲线坐标距离不大于 0．03 mm，(为了讨论问题直观，这里的反向失动量近 似地等同于机械间隙，并以b 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示)。单向轴线位置系 统误差P (这里用 P 是因其为单向循环一次测得的 数据，以区别标准中P。)相当于丝杠实际螺距累积误 差(采购丝杠时要索取该丝杠出厂时的实测螺距误差 数据)。例如不大于0．03 ram／1 000 mm，则可认为机 械一电气系统正常，可以进入正式测试。开始连续跑 3～5个循环，通过控制系统的补偿，得到合格的位置 精度。图2b为正反向曲线平行但两曲线间坐标距离 异常之大，则很可能是滚珠丝杠螺母间隙、传动装置 (如齿形带啮合间隙、键连接间隙)间隙过大或传动件 受力变形太大所致，必须先分析并排除后再进入正式 测试。图2c为正反向误差曲线显著不平行，其原因主 要是丝杠支承座轴向间隙大。对不加预紧力的丝杠传 动，实际只有轴向间隙较小的一个支承受力，丝杠在正 反向行程中分别处于受拉和受压状态。这时可用百分 表测丝杠端部。当使丝杠正反向转动时，百分表的振 摆量就是丝杠座的轴向间隙。消除丝杠座的轴向间隙 后正反向误差曲线会趋于平行，才能开始正式测试。 对要求丝杠有预拉力的，还要仔细修磨调整垫，保证预 拉力符合 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要求，使丝杠、支承座等在承受轴向力时 近乎一个刚(整)体。图 2d为正反向曲线平行，但单 向系统误差 P 异常之大。如果不是丝杠螺距累积误 差太大就是丝杠预拉力过大，丝杠被拉长所致。如属 后者原因，只要多走两个循环步进电动机或伺服电动 机便会发热。对闭环系统则可能是输入到测量装置 (如双频激光干涉仪)的光栅 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 温度膨胀系数不准 (偏小)所致。 霎幽 E 行程 (a) 行程 (b) 行程 (c) 行程 (d) 图2 试测中的位置误差曲线简图 1．2 正式测量 在试测并排除异常因素后，开始正式测量。按标 准规定坐标移动5个循环后，经计算机(按数理统计) 处理显示和打印出测量结果，包括位置误差数据和位 置误差评定曲线。这是机床位置误差的原始状态数 据，对分析机床精度和今后机床维修非常有用，必须储 存在机床控制系统中，以备查阅。根据测量结果，首先 · 66 · 按平均反向误差值输入反向间隙补偿值，再测量一个 循环，可以看到正反向误差曲线趋于重叠。然后顺着 测量间距 目标位置上的位置误差值作各点的螺距补 偿，经补偿以后测量的误差曲线将变得平直。然后再 使坐标移动5个循环，得到改善后的误差评定曲线。 如果误差还嫌大，可以在此基础上再仔细补偿，直到满 意为止。 对于全闭环系统，如采用光栅尺反馈系统，反向误 差较小，一般在0．005 mm以内，所以无需再作反向间 隙补偿。如果采用光栅系统在非恒温环境下调试，必 须输入光栅出厂规定的材料温度膨胀系数，否则会产 生系统误差。图3a为某数控立式车床采用的光栅尺 反馈系统。在非恒温车间调试，由于没有按光栅材料 ’ — 、 一 _ 一 一 双向定位精度：63．47(!am) 单向定位精度：62．91(gm) 重复定位精度：15．49( m)； 位置系统偏差：51．88( m)； 换 向 误 差：2．18( m)； (a)输入偏高的光栅材料温度系数 ⋯ ⋯ ⋯ ’ 双向定位精度：24．60(gm) 单向定位精度：24．60(gm) 重复定位精度：9．85( m) 位置系统偏差：18．88(gm) 换 向 误 差：2．O1( m)； (b)输入正确的光栅材料温度系数 。 ， ⋯ ． ． 。 ． ． ． V 双向定位精度：7．93(gm) 单向定位精度：7．93(!am) 重复定位精度：6．93(gmJ 位置系统偏差：2．39(gm) 换 向 误 差：0．79(gm) (c)提高跟随精度后 图3 光揖反馈系统在非恒温环境下调试的误差曲线 ‘u ¨踮 嬲∞ 船 ¨ ∞ 叭∞叭￡}∞ O O O O O O O O O ％ si∞si ％ 一 O 侣 ∞ 侣 ∞∞∞∞∞∞∞’6∞ O O O O O O O 0 O 维普资讯 http://www.cqvip.com 膨胀系数对双频激光干涉仪输入补偿值，造成测得位 置系统误差很大。经索取光栅尺厂家材料膨胀系数并 修改补偿值以后，测得位置系统误差显著减小，如图 3b所示。由于该批立式车床机械运动副精度较高，通 过进一步调整控制系统的跟随精度等，最后获得了很 高的位置精度曲线。如图3c所示，车削内外径误差稳 定控制在0．010 mm以内，用户表示满意。 2 工作精度与位置精度的关系 工作精度测试普遍采用美国 NAS(国家航宇标 准)979规定的“圆形一菱形一方形”切削试验。该试 验内容包括对机床点位控制工作精度和轮廓控制工作 精度的试验。 (1)点位控制的钻镗加工，孑L系内部的位置精度 主要取决于机床的位置精度。因钻镗加工的切削力一 般不足以推动主轴箱产生相对移动，所以数控机床钻 镗加工的孑L位精度，基本与机床空载时测得的位置精 度相当。 (2)轮廓加工的形状误差则不仅与机床位置精度 有关，还与机械进给系统的实际间隙有关。这里以铣 圆为例加以说明。 ①当切削抗力不足以推动主轴箱相对偏移时，产 生的圆形误差有两种状态。图4a是 轴换向间隙补 偿不足时，即反向滞后，主轴沿箭头方向相对移动到 y = 0时，换向后插补运动在一定阶段内只有 y坐标在 变化而不引起 坐标的变化，形成一段切线，然后才 开始走圆。它使实际轨迹偏离理想圆，产生的轮廓误 差 小于、等于换向误差 (因图示 Ot实际很小，所以 几乎等于 。图4b是 轴换向间隙补偿过量，主 轴沿箭头方向相对移动到 Y=0并换向时， 轴上产生 一 个等于换向误差 的台阶。然后开始走圆产生的 轮廓误差等于换向误差 ，与进给系统的实际机械间 隙无关。我厂使用的俄罗斯大型数控龙门铣床，补验 收 时发现机械进给系统换向间隙达0．168mm。曾直 B 轮廓误差；B—换向误差。 (a)间隙补偿 (b)间隙补偿 不足 过量 图4 切削抗力不足以使主 轴箱相对偏移 ‘w _ ■ 0 B—换向误差；6_一实际问隙。 ‘a)间隙补偿 ‘b)间隙补偿 不足 过量 图5 切削抗力足以使主轴 箱相对偏移 Techn0Iogy and 工艺与检溺 接采用电气补偿使换向误差调到0．034 67 mm。铣圆 时产生的轮廓误差也在 0．03 mm左右，肉眼几乎很难 发现。 ②当切削抗力足以推移主轴箱相对偏移时，也会 产生两种圆形误差。主轴沿一个方向相对移动到某位 置后，受切削抗力推移到丝杠轴承滚道和螺母副滚道 非工作侧，使主轴轨迹向外偏离理想圆弧一个距离。 如图5a所示，当 轴换向间隙补偿不足时，到Y=0并 换向时， 轴即时折回到理想圆弧外某点后开始走圆， 产生的轮廓误差就等于机械间隙 6。另一种如图5b 所示，是 轴换向间隙补偿过量，到 Y=0并换向时， 轴上即时折回到理想圆内侧某点后，开始走圆，产生的 轮廓误差等于机械间隙6与换向误差 之和。我厂调 试某数控龙门铣床过程中，经过补偿后，虽然换向误差 仅为 B=0．026 53 mm，用较大的吃刀量和进给量铣圆 后，沿圆周逐点测量直径，测得 y轴附近直径较最小 直径大0．11 mm，远大于换向误差，查阅计算机内存反 向间隙补偿量达 0．085 mm，补偿后反向间隙补偿过 量，复查 y轴丝杠轴向窜动达0．028 mm。经过消除轴 承座间隙，并对丝杠加预拉力后，测量位置精度显著提 高 ，换 向误差 B=0．017 19 mm，再次铣圆，圆度误差缩 小为 0．03 mm。 3 验收时要通过控制系统内存查阅原始补偿 状况 表 1是我厂验收某数控龙门铣床时，从控制系统 内存中调出的y轴原始(出厂前)补偿值。可以看到， 在 1 450 mm行程滚珠丝杠的最大螺距累积误差(伸 长)竞达0．238 mm，说明要么该丝杠的制造精度太低， 要么在装配调试过程中操作不当，使其产生拉伸永久 变形(后者可能性较小)，这将影响该坐标轴的整体位 置精度。 表1 机床位置误差原始补偿值 轴补偿系数——轴 y 反向间隙(内部脉冲当量) 螺补类型(0——无，1——单向，2——双向，3、4——扩展) 补偿点数 参考点偏差号 补偿间隔(内部脉冲当量) 偏差值(内部脉冲当量，0) 偏差值(内部脉冲当量，1) 偏差值 (内部脉冲当量，2) (30) · 67 · X 鼹 ∞ 瑚 瑚 0 5 维普资讯 http://www.cqvip.com 工艺与检测Techn0Iogy and T删 天线回转曲面计算机辅助测量系统 — — 基于Coord3三坐标测量机的回转曲面测量技术 陆 源 吴锡兴 苏晓红 (中国电子科技集团第三十九所，陕西 西安710065) 摘 要：本文论述了利用三坐标测量机测量天线回转曲面面精度的原理，并在此基础上开发了天线回转曲面 计算机辅助测量系统，实现了天线曲面面精度的快速测量和数椐处理、分析。 关键词：三坐标测量机 回转曲面 曲面精度 The Computer Aided Measuring System for the Antenna Turning Su rface — — Coord3一CMM (Coordinate Measuring Machine)一Based on Measuring Technolgoy of Turning Surface LU Yuan，WU Xixing，SU Xiaohong (No．39 Institute of China Electronic Technology Group，Xian 710065，CHN) Abstract：The measuring principle for the antenna turning surface on CMM is introduced in this paper，and a com— puter aided measuring system for the antenna turning surface is developed．So that the test cart be com— pleted in a short time，and the data analysis and calculation can be proceeded automatically． Keywords：Coordinate Measuring Machine；Turning Surface；Surface Accuracy 抛物面天线的反射面是由抛物线威修正抛物线 (离散点)围绕回转轴旋转形成，属回转曲面。在天线 结构系统中，曲面特征主要存在于面板纵筋、环筋及成 型模具等零件中，对它们面型精度的描述一般采用均 方根误差。计算机数控(CNC)三坐标测量机可以象 数控机床一样，按照编好的程序进行自动测量，机载测 量软件可以自动处理点信息，完成孔、平面、直线等几 何元素的尺寸精度和形位公差的测量。但是它一般不 具备曲面、曲线的自动测量功能，需要用户根据不同类 型曲面(曲线)专门定制测量程序和数据处理程序。 4 结语 (1)通过控制系统的补偿功能可有效地提高机床 的定位精度。但要全面地提高数控机床的工作精度， 还要实实在在地提高机床机械传动部件的机械精度， 包括减小配合间隙，提高关键传动件的抗变形能力。 如滚珠丝杠的选购，不单要看它的精度参数，必须时还 要规定其材质和硬度，以获得更高的抗变形能力。此 外，还应取消不必要的中间传动装置，由采用伺服电动 机直接传动滚珠丝杠等。 (2)机床验收时，不但要看几何精度、位置精度和 工作精度记录，还要通过计算机内查阅调试过程中机 床控制系统出厂前的原始补偿数据，了解机床潜在的 制造精度问题。 (3)反向间隙补偿宁愿不足，不要过量。 “九五”国防先进制造技术预研项目(I8．1．3．2) · 68 · (4)测试轮廓加工精度时，要用接近满负荷切削 深度和走刀量。 (5)铣圆时圆度误差的测量一定要坚持在圆度仪 上测量，这样测量得的圆周曲线可全面反映圆周上任 何一点的误差大小和方位，使分析能直观而准确。仅 靠三坐标测量机测取圆周上若干点来判断圆度误差是 很不准确的。 第一作者：陈国琛，湖北省十堰市东风汽车有限公 司设备制造厂 ，邮编：442022 (编辑 周富荣) (收稿 日期 ：2003～04一OI) 文章编号：4525 朝果缘想发衰对本文的看法，慵将文章编号填入读者意见调童衰中的相应位置。 ／， c a 维普资讯 http://www.cqvip.com