数控卧式车床精度检验技术与补偿论文

1、数控卧式车床精度检验技术与补偿摘要：提出数控我卧式车床精度检验的技术， 利用激光干涉仪对数控机床进行高精度的标定并对其进行误差补偿， 安装简单，操作放方便。 通过该方法可以使 数控机床的精度达到一个更高的层次。关键词： 数控卧式车床、激光干涉仪、定位精度、反向间隙、补偿。引言由于我国国民经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械加工中 得到越来越广泛的应用 , 数控加工时，指令的输入、译码、计算直至控制电机的 运动都是由数控系统统一完成的， 从而避免了人为的误差， 数控机床的装配的最 终目的是为了提高工件的加工精度， 所以加工工件的精度在很大的程度上去取决 于母机的精度等级， 因此提高

2、数控机床的精度显得尤为重要。 由于数控加工， 整 个的加工过程中都是自动进给的， 人工几乎不能干预， 所以要求机床的本身有很 高的精度，同时需要数控系统能提供各种误差补偿功能，提高零件的加工精度， 提高机床精度有两种基本方法： 误差防止和误差补偿。 误差防止就是试图通过设 计和制造的途径消除可能的误差源， 误差补偿就是通过对误差的测量及对误差作 用的纠正利用数控系统对误差进行补偿。一 利用激光干涉仪对数控机床精度误差测定误差的测定就是将数控机床某轴的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实 际位置相比较，计算出全程上的误差分布曲线， 反应在高精度的误差测量系统中， 数控系统在控制该轴运动时考虑该

3、误差差值并加以补偿。在大型数控卧式车床上我们采用的高精度的位置测量仪是激光干涉仪，目前世 界上激光干涉仪比较有名的厂商有：英国的雷尼绍（Renishaw）,美国的光动公司（OPtody n 英国的安捷伦公司（Agile nt），我们以Re ni shaw ML10为例，Renishaw ML10 激光干涉仪系统是由 ML10 Gold 激光发生和检测装置， ECO 环境补偿装置， La-ser 1 0测量分析软件和测量镜组成等， 构成在检测和校准数控 机床位置精度中，通常要用到线性镜组（线性位置精度的测量），旋转镜组 （回转位置精度测量 ）和旋转镜（斜轴线性位置精度测量）对于卧式车床我们采用线

4、性 镜组。影响激光干涉仪测量精度的因素有环境因素， 材料因素和测量方法， 但是 在测量过程中起主要因素， 并能够通过适当的调整较少影响的误差有： 死程误差， 余弦误差和阿贝误差。死程误差：若定标激光器时镜组相隔不到 10mm， 则正常情况下死程误差就 可以忽略，余弦误差：在长于 1M 的轴上很容易通过准直减少余弦误差的影响， 但在较短的轴上就变得很困难了， 需要最大化激光测量读数优化准直并使与余弦 误差最小， 则激光读数则小于原来应有的数值， 因此通过调整激光头的仰俯及偏 转，直到取得最大的激光读数就能消除短轴上的余弦误差， 操作误差如下： 沿运 动轴准直光束， 移动轴使镜组靠近并定标激光读数

5、， 一定轴是使镜组彼此离的越 远越好仔细调整激光头的俯仰和偏转控制，取得最大的激光测量读数。Renishaw ML10 的工作原理图 2：利用Renishaw ML10激光干涉仪测量机床位置精度实现的过程和步骤如下：1）在数控机床正确安装该高精度位移测量装置。2） 在整个行程上每隔一定的距离取一个位置点作为补偿点，（一般来说位置 点尽量多点，但不宜太多）3）记录运动到各点的实际精确位置4）将各点处的误差值标出描绘会在不同的指令位置处的误差值曲线5）多次测量6）分析一系列误差值的曲线，得到各个误差数据进行各位置点的误差补偿二数控卧式车床检验精度要求以沈阳机床生产的HTC100290为例，该大型数

6、控卧式车床的的检验精度一 般有三个方面即：a）重复定位精度（Maxi mum negative repeatability）R， b） 反向差值（Maximum reversal value） B c）定位精度（Bidirectinal accuray） A 定位精度是指在半闭环系统中，数控机床的定位精度在很大的程度上滚珠丝杠 的影响，尽管采用了高精度的滚珠丝杠，但是制造误差总是存在的，而且机床 长期运行之后，由于机械磨损使丝杠螺距误差增大，要得到超过滚珠丝杠的精 度的运动精度，必须在数控系统中对其进行螺距补偿即定位补偿。反向差值，在数控机床的传动链中无论是链传动， 还是齿轮传动均存在反向间

7、隙，这种反向间隙的存在会造成机床的工作台反向运动时， 伺服电机空转而工 作台实际不运动。对于采用半闭环伺服系统的数控机床反向间隙的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度，从而影响到产品的加工精度，因此需要对数3控机床的各坐标轴的反向间隙进行补偿。HTC100290为例，该数控机床的系统为 轴，该型号机床的位置精度要求如下：Z轴a）重复定位精度Rb）反向差值 Bc）定位精度 AFANUC0i系统，只有X轴和Z允差值0.020mm0.012mm0.05mma）重复定位精度R0.007mmb）反向差值 B0.006mmc）定位精度A0.016mm以Z轴为例激光干涉仪Re ni shaw ML10补偿

8、前7?±(0?)Accuracy岔? ? 3 : CKH6120纸 D 0: QK0006运岔:1 6: 47 Jun 28 2005冬隹? : RMJ?!:ZAb34. 2972? ? ?:Pa14.420? ? : CK6120Z GK0006R(-)8. 966B14.400Au (-)21.373补偿后Accuracy?在（8旳AbPa6.6352.010? ? ? ? : CKH3120?i D ?: GMK0006企帝:17: 25 Jun 28 20052 冬? : RMJ7x : Za 0 ? ?:? ? ? : CKH3120Z GMK000 6B:2. 820R

9、(-):4. 562Au (-):6. 135补偿过程：定位补偿：机床行程3m 检测程序30段，每段位移行程为100mm,设定参 数号3263 Z轴值为100,参数号3264 Z轴值130,螺距补偿点为100130输 入检测出的差值进行相应点补偿。反向间隙补偿：采集机床反向间隙数据，机械间隙不应超出0.03m m,再进行参数1851进行相应点的间隙补偿。补偿前后图示如上图。因此可以看出补偿前后机床的精度的变化，通过 Renishaw ML10检测出机床 的线性误差记录分析得到误差值，并对数控系统进行误差补偿，从而使数控机 床达到精度要求以保证加工工件的精度，因此无论是数控机床的装配 出厂 还 是定期的检测都数控系统进行误差补偿都是非常重要和非常有意义的。三 参考文献1】茅振华，孙鲁涌，慎励进，数控机床精度的激光激光干涉法测试与补 偿 机电工程 ， 19992】 王建平，黄登红，数控机床螺距误差实时补偿。组合机床与自动化技术 20043】 严爱珍等，机床数控原理与系统 ，机械工业出版社 19984】 陈吉红，数控机床试验指南 武汉： 华中科