hnc8数控系统双螺距误差补偿在复合加工机床旋转轴上的应用

hnc8数控系统双螺距误差补偿在复合加工机床旋转轴上的应用

0静态误差补偿在传统的半封闭式系统中，数控机床的传输距离误差和反向距离可以通过系统管理的螺距补偿功能进行补偿，从而显著提高数控机床的定位精度和重复定位精度，保证零件的加工精度。螺距误差补偿有动态和静态两种方式。动态误差补偿是借助测量系统获取位置信息后即时传递给数控系统控制机床坐标轴运动。静态误差补偿是测出坐标轴行程等分点的定位误差后生成补偿表,按点位输入到数控系统中实现补偿。数控机床常用激光干涉仪和步距规等评定机床精度,进行静态螺距误差补偿在数控机床几何误差建模中,多体系统理论法被广泛采用,可获到机床行程系列离散点的误差,有学者采用高精度逼近的切比雪夫多项式建立几何误差项参数化模型,得到机床工作空间几何误差场分布,为机床误差补偿提供了理论依据和新方法常见文献数控机床螺距误差补偿对象大都为直线移动坐标轴,本文针对复合加工机床旋转坐标轴原螺距误差补偿下定位精度不足问题,提出了一种适用的定位精度分析及螺距误差补偿值改进方法,使旋转轴达到了定位精度要求。1数控机床末端执行器结构现代飞机装配质量和效率主要取决于飞机连接技术,自动钻铆技术可以大幅度提高制孔速度和连接质量,实现装配技术的自动化和模块化。复合加工机床是一种用于中小型飞机机身制孔和铆接的新型装配设备。机床本体为6轴数控机床,搭载多功能末端执行器,按加工指令实现工作空间内的精确点位运动。机床结构主要有龙门、横梁、滑台、滑枕、转台等,如图1所示,机床X轴实现滑台在横梁上的左右移动,Y轴实现横梁在立柱上的上下移动,Z轴实现滑枕在滑台上的前后移动,A轴实现末端执行器绕X轴正负摆动,B轴实现末端执行器绕Y轴正负摆动,C轴实现高精度旋转工作台360°旋转,完成产品加工孔位的切换。末端执行器是自动钻铆的核心系统,如图2所示,主要实现制孔、锪窝、换刀、送钉、铆接等加工任务。在装配过程中对孔定位精度以及刀具轴线与机身蒙皮之间的法向精度有较高的要求,因此末端执行器还具备在线检测功能,能够实现位姿的调整。2末端执行器压力脚为水平旋转的matlab仿真五轴数控机床旋转轴结构一般采用蜗轮蜗杆结构,较新的机床旋转轴则采用所谓“零传动”技术的扭矩电机。由于复合机床末端执行器内部有伺服制孔电主轴及其他铆接转置等,很难采用一般旋转轴结构,由图2、图3可看出,其A轴旋转结构采用了平面连杆机构中的摇块机构,杆NA固定不动,伺服电机通过滚珠丝杠螺母副直线移动改变MN长度,从而改变夹角∠MAN大小,使固接在MA杆件上的末端执行器绕A轴旋转。当末端执行器压力脚为水平位置时,如图3所示,A轴数控系统坐标值为0°,设NA和MA杆长分别为l改写长度及角度形式,化简得位移y与角度x关系为:其中,l当角度变化x∈[-14,13]时,在MATLAB中绘制角度位移曲线如图4所示,可看出曲线近似为直线,但其变化趋势与一般直线位移轴不同。对式(2)求导,可得位移y对角度x切线变化率,该式为复合函数,求导形式繁杂。当一个函数一旦被多项式精确地近似,它的导数或积分就能通过精确求导或积分此多项式来近似采用5次牛顿插值多项式,插值节点采用切比雪夫多项式的零点,其零点一般是[-1,1]内的插值节点,对于一般区间[a,b]上的插值可通过式(3)变化得到相应节点k=0,1,2,…,n。取次数n=5,角度a=-14,b=13,得:计算得插值误差估计为1.9791×103旋转轴a轴插装误差的原因。请看,主要有以下几种数控机床中丝杠的制造精度、装配误差以及使用磨损都会造成数控系统中的参数值与丝杠的实际值不一样,因而螺距误差补偿主要就是消除丝杠上述误差引起的数控机床坐标轴定位精度与重复定位精度的影响。对于复合机床旋转轴A轴,除了有丝杠误差外,还有其传动结构造成的角度和位移非线性的影响。复合加工机床A轴的有效行程为-14°~+13°,即角度x的变化范围为27,代入式(2),得丝杠位移范围y=y数控系统中丝杠位移与脉冲输入只能是线性关系,这里在每个整数角度点设置螺距补偿点,通过螺距误差补偿在整数角度点保证进给位移与实际角度位移一致,即通过整数角度点分段直线去逼近A轴实际特性曲线,两者曲线的差值为位移,通过上述映射关系转换为角度如图6所示,可得最大补偿误差为5.8966×104旋转轴实际运行误差曲线数控系统软件误差补偿包括反向间隙补偿和螺距误差补偿,而螺距误差补偿有单向补偿和双向补偿两种方式。在系统进行了双向螺距补偿时,双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙,可以有效减小反向间隙对精度的影响,因此不需设置反向间隙的补偿值。复合加工机床本体采用华中HNC-8型数控系统控制,采用双向螺距误差补偿。首先使用API公司的Swivel-check旋转测试仪器对A轴测试,仪器及末端执行器如图7所示。以间隔0.25°在区间-11.5°~+11.5°测得其旋转角度误差,为得到A轴全行程范围误差曲线,同时通过机床华中HSV-180UD伺服驱动器记录A轴FAGOR增量编码器对应脉冲,通过最小二乘法拟合4次多项式算得-14°~-12°,11°~13°对应角度误差,根据全范围整数点角度误差计算位移值,通过整数点线性插值计算实际运行曲线,与A轴特性曲线比较得补偿前全行程误差曲线,如图8所示。由图8可知,螺距误差补偿就是使整数点误差值变为0,所以补偿值就是补偿前曲线整数点误差值的相反数。由于华中系统旋转轴螺距补偿单位为度,只能保留三位小数,所以取螺距补偿值如表1所示。华中HNC-8系统螺距误差补偿参数有补偿行程的起点坐标、采样补偿点数、相邻采样补偿点的距离等。在数控系统补偿信息界面中,选择A轴,设置补偿数据表参数号700700~700755,螺距误差补偿类型选双向补偿,起点位置(mm/度)为-14.000,补偿点数为28,补偿间隔(mm/度)为1,反向间隙值(mm/度)为0,从-14°~13°为正向补偿,反之为反向补偿。在数控系统原有螺距误差补偿基础上,直接叠加补偿表1数据,将对应结果数值输入系统,保存后生效完成补偿。A轴补偿后角度测量通过增量编码器读出脉冲数,由前述拟合多项式反求出实际运行角度,按补偿前误差曲线绘制原理画出补偿后误差曲线见图8。由图8可知在原螺距补偿值下测试最大角度误差为0.0062°,改进补偿值后最大角度误差为0.0015°<0.002°,误差数值下降了75.8%,即通过螺距误差补偿大幅提升了A轴旋转定位精度,满足了末端执行器工作要求。5复合加工机床螺距误差补偿功能模块复合加工机床的旋转坐标A轴属于摇块机构,数控进给脉冲与A轴实际角度位移是非线性关系,可使用分段直线去逼近旋转轴角度位移特性曲线,通过数控系统双向螺距误差补偿功能,根据角度偏差确定螺距补偿值,能显著提高旋转轴的定位精度,满足复合加工机床加工要求。从螺距补偿结果分析,复合加工机床