摘要：數(shù)控機(jī)床的定位精度在很大程度上受滾珠絲杠精度影響，提高機(jī)床的定位精度，能有效地改善數(shù)控機(jī)床的加工精度。本論文闡述了數(shù)控機(jī)床螺距誤差檢測(cè)、補(bǔ)償?shù)脑砑安襟E，并通過使用激光干涉儀檢測(cè)及補(bǔ)償SIEMENS 828D數(shù)控系統(tǒng)給出了應(yīng)用實(shí)例。
關(guān)鍵字：SIEMENS 828D；定位精度；激光干涉儀；誤差補(bǔ)償
1 前言
《中國(guó)制造2025》于2015年5 月19 日經(jīng)國(guó)務(wù)院正式發(fā)布，成為我國(guó)實(shí)施制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的第一個(gè)十年行動(dòng)綱領(lǐng)。數(shù)控機(jī)床作為制造技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物和最佳表現(xiàn)平臺(tái)，在《中國(guó)制造2025》智能制造的目標(biāo)下，將成為主流方向之一。與此同時(shí)，對(duì)數(shù)控機(jī)床的精度和數(shù)控機(jī)床零件加工的精度也有越來(lái)越高的要求。
數(shù)控機(jī)床的直線軸精度主要受三項(xiàng)精度影響：反向間隙、定位精度和重復(fù)定位精度，其中反向間隙、重復(fù)定位精度可以通過機(jī)械裝置的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)，而定位精度在很大程度上受滾珠絲杠精度影響。一方面，盡管采用了高精度的滾珠絲杠，但制造誤差總是存在的；另一方面，機(jī)床經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間使用后，由于磨損，精度可能會(huì)下降。因此，定期檢測(cè)與補(bǔ)償螺距誤差，對(duì)于提高數(shù)控機(jī)床的定位精度、延長(zhǎng)數(shù)控機(jī)床的使用壽命是最節(jié)約成本且直接有效的方法。
本論文以亞龍YL-569型828D數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)設(shè)備為載體，介紹數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測(cè)及補(bǔ)償方法，如圖1所示。
圖1 亞龍YL-569型828D數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)設(shè)備
2 螺距誤差檢測(cè)及補(bǔ)償原理
將數(shù)控機(jī)床某直線軸的指令位置，與高精度測(cè)量系統(tǒng)所測(cè)得的實(shí)際位置相比較，計(jì)算出在安全行程上的誤差，并分別繪制出其誤差曲線，再將該誤差曲線數(shù)值化，并以表格的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)中。
3 螺距誤差檢測(cè)及補(bǔ)償?shù)囊话悴襟E
（1）安裝高精度的位移測(cè)量裝置；
（2）繪制簡(jiǎn)單的數(shù)控程序，順序定位在一些指定位置上；
（3）記錄運(yùn)行到這些點(diǎn)的實(shí)際精確位置；
（4）將各點(diǎn)處的誤差記錄下來(lái)，行程誤差分析表；
（5）將表中的數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)中，按該表數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。
4 螺距誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)
4.1 誤差檢測(cè)及補(bǔ)償
本論文以亞龍YL-569型828D數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)設(shè)備的X軸方向定位精度的檢測(cè)和誤差補(bǔ)償為例來(lái)說明具體操作步驟。采用等距測(cè)量，測(cè)量起點(diǎn)為0mm，測(cè)量終點(diǎn)為-400mm，測(cè)量間隔為50mm，運(yùn)行次數(shù)為5次。
第一步 連接激光干涉儀。
采用Renishaw XL-80激光干涉儀，對(duì)數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測(cè)。將激光頭、環(huán)境補(bǔ)償單元、線性測(cè)量光學(xué)鏡組，按如圖2所示方式連接于機(jī)床及機(jī)床側(cè)。線性測(cè)量光學(xué)鏡組的連接方式如圖3所示。
圖2 激光干涉儀連接方式
圖3 光學(xué)鏡組連接方式
第二步 運(yùn)行螺補(bǔ)測(cè)試程序，按照預(yù)定的最小位置（0mm）、最大位置(-400)和測(cè)量間隔(50mm)移動(dòng)要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)妮S，并用激光干涉儀測(cè)試每一點(diǎn)的誤差。螺距誤差檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。
圖4 螺距誤差檢測(cè)結(jié)果
第三步 在系統(tǒng)中找出補(bǔ)償文件。
[Menu Select][調(diào)試][系統(tǒng)數(shù)據(jù)][NC數(shù)據(jù)][NC生效數(shù)據(jù)][測(cè)量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償]，將補(bǔ)償文件復(fù)制、粘貼到零件程序中，如圖5所示。
圖5 補(bǔ)償文件
第四步 打開補(bǔ)償文件，將誤差值填入補(bǔ)償文件中。補(bǔ)償數(shù)組的結(jié)構(gòu)如表1所示。
表1 補(bǔ)償數(shù)組的結(jié)構(gòu)
注：補(bǔ)償值應(yīng)填入每點(diǎn)的絕對(duì)補(bǔ)償值，并將校驗(yàn)碼刪除。
本次補(bǔ)償結(jié)果如表2所示。
表2 補(bǔ)償結(jié)果
第五步 在自動(dòng)方式下運(yùn)行AX1_EEC.MPF程序，設(shè)定軸參數(shù) MD32700 = 1，然后重啟系統(tǒng)，返回參考點(diǎn)后補(bǔ)償值生效。注：運(yùn)行補(bǔ)償程序時(shí)，MD32700（螺距誤差補(bǔ)償生效）應(yīng)設(shè)為0，否則系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)17070號(hào)報(bào)警。
4.2 螺距補(bǔ)償?shù)臏y(cè)試
補(bǔ)償后，為了驗(yàn)證螺距誤差補(bǔ)償效果，再按照相同設(shè)置值對(duì)機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測(cè)。補(bǔ)償前后的機(jī)床定位精度如圖6所示。
(a)補(bǔ)償前機(jī)床定位精度
(b)補(bǔ)償后機(jī)床定位精度
圖6 補(bǔ)償前后數(shù)控機(jī)床定位精度
X 軸無(wú)任何補(bǔ)償條件下，定位精度A =114.884微米；X 軸單向螺距補(bǔ)償條件下，定位精度A =40.313微米。從數(shù)據(jù)中得知，通過絲杠螺距誤差補(bǔ)償，數(shù)控機(jī)床的定位精度得到了較大的改善，證明此補(bǔ)償方法很成功。
5 結(jié)論
利用激光干涉儀測(cè)量和補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床的螺距誤差，能有效地提高數(shù)控機(jī)床的定位精度，從而提高數(shù)控機(jī)床的加工精度。
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