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如何有效進步數控機床的精度

2019-11-11 09:36   评论:46 点击:095
簡介 對機床各坐標軸的反向偏差、定位精度進行精確丈量和補償,可以減小或消除反向偏差對機床精度的不利影響,進步機床的定位精度,使機床處於最好精度狀況,從而保證零件的加工質量。  隨著我國經濟的飛速發展,數控機床作為新一代工作母機 ,在機械製造中得到廣泛的利用,精密加工技術的迅速發展和零件加工精度的不斷進步,對數控機床的精度也提出了更高的要求。用戶在選購數控機床時,十分看重機床的位置精度,特別是各軸的定位精度和反複定位精度。但是這些使用中的數控機床精度到底如何呢? 大量統計資料表明:65.7%以上的新機床,安裝時都不符合其技術指標;90%使用中的數控機床處於失準工作狀況。是以,對機床工作狀況進行監控和對機床精度進行??常的測試是非常必要的 ,以便及時發現和解決題目,進步零件加工精度。

  目前數控機床位置精度的檢驗通常采用國際標準ISO230-2或國家標準GB10931-89等。同一台機床,由於采用的標準不同,所得到的位置精度也不相同,是以在選擇數控機床的精度指標時,也要重視它所采用的標準。數控機床的位置標準通常指各數控軸的反向偏差和定位精度。對於這二者的測定和補償是進步加工精度的必要途徑。

  反向偏差

  在數控機床上 ,由於各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件(如伺服電動機、伺服液壓馬達和步進電動機等)的反向死區、各機械活動傳動副的反向間隙等誤差的存在,造成各坐標軸在由正向活動轉為反向活動時形成反向偏差,通常也稱反向間隙或失動量。對於采用半閉環伺服係統的數控機床,反向偏差的存在就會影響到機床的定位精度和反複定位精度,從而影響產品的加工精度。如在G01切削活動時 ,反向偏差會影響插補活動的精度,若偏差過大就會造成“圓不夠圓,方不夠方”的情形;而在G00快速定位活動中,反向偏差影響機床的定位精度,使得鑽孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時,隨著設備投進運行時間的增加, 反向偏差還會隨因磨損造成活動副間隙的逐步增大而增加, 是以需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進行測定和補償。   (1)反向偏差的測定   反向偏差的測定方法:在所丈量坐標軸的行程內,預先向正向或反向移動一個間隔並以此停止位置為基準,再在同一方向給予一定移動指令值,使之移動一段間隔 ,然後再往相反方向移動相同的間隔 ,丈量停止位置與基準位置之差,如圖1所示 。在靠近行程的中點及兩真個三個位置分別進行多次測定(一般為七次),求出各個位置上的均勻值, 以所得均勻值中的最大值為反向偏差丈量值。在丈量時一定要先移動一段間隔, 如圖1中AB段, 否則不能得到精確的反向偏差值。   丈量直線活動軸的反向偏差時,丈量工具通常采用千分表或百分表,若條件許可,可使用雙頻激光幹涉儀進行丈量。當采用千分表或百分表進行丈量時,需要重視的是表座和表杆不要伸出過高過長,由於丈量時由於懸臂較長,表座易受力移動,造成計數不準,補償值也就不真實了。若采用編程法實現丈量,則能使丈量過程變得更便捷更精確。   例如,在三坐標立式機床上丈量X軸的反向偏差,可先將表壓住主軸的圓柱表麵,然後運行如下程序進行丈量:    N10 G91 G01 X50 F1000;工作台右移    N20 X£?50;工作台左移,消除傳動間隙(圖1的AB段)    N30 G04 X5;暫停以便觀察    N40 Z50;Z軸抬高讓開   N50 X£?50;工作台左移(圖1的BC段)    N60X50;工作台右移複位(圖1的CDE段)    N70 Z£?50;Z軸複位    N80 G04 X5;暫停以便觀察    N90 M99;   需要重視的是,在工作台不同的運行速度下所測出的結果會有所不同。一般情況下,低速的測出值要比高速的大,特別是在機床軸負荷和活動阻力較大時。低速活動時工作台活動速度較低,不易發生過衝超程(相對“反向間隙”) ,是以測出值較大;在高速時,由於工作台速度較高,輕易發生過衝超程 ,測得值偏小。

 回轉活動軸反向偏差量的丈量方法與直線軸相同,隻是用於檢測的儀器不同而已。   (2)反向偏差的補償   國產數控機床,定位精度有不少>0.02mm,但沒有補償功能。對這類機床 ,在某些場合下,可用編程法實現單向定位,清除反向間隙,在機械部分不變的情況下,隻要低速單向定位到達插補起始點,然後再開始插補加工。插補進給中遇反向時,給反向間隙值再正式插補, 即可進步插補加工的精度,基本上可以保證零件的公差要求。   對於其他種別的數控機床,通常數控裝配內存中設有若幹個地址,專供存儲各軸的反向間隙值。當機床的某個軸被指令改變活動方向時,數控裝配會主動讀取該軸的反向間隙值,對坐標位移指令值進行補償 、修正,使機床精確地定位在指令位置上,消除或減小反向偏差對機床精度的不利影響 。   一般數控係統隻有單一的反向間隙補償值可供使用,為了兼顧高、低速的活動精度,除了要在機械上做得更好以外,隻能將在快速活動時測得的反向偏差值作為補償值輸進,是以難以做到平衡 、兼顧快速定位精度和切削時的插補精度。   對於FANUC0i、FANUC18i等數控係統,有效於快速活動(G00)和低速切削進給活動(G01)的兩種反向間隙補償可供選用。根據進給方式的不同,數控係統主動選擇使用不同的補償值,完成較高精度的加工。   表1列出工作台活動速度、活動方向發生變化時反向間隙的變化(切削進給活動時的反向間隙值為A ,快速活動時為B ) 。   將G01切削進給活動測得的反向間隙值A輸進參數NO11851(G01的測試速度可根據常用的切削進給速度及機床特性來決定),將G00測得的反向間隙值B 輸進參數NO11852。需要重視的是,若要數控係統履行分別指定的反向間隙補償,應將參數號碼1800的第四位(RBK)設定為1;若RBK設定為0,則不履行分別指定的反向間隙補償。G02 、G03、JOG與G01使用相同的補償值。

定位精度

  數控機床的定位精度是指所丈量的機床活動部件在數控係統控製下活動所能達到的位置精度,是數控機床有別於普通機床的一項首要精度,它與機床的幾何精度共同對機床切削精度產生首要的影響,特別對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一台數控機床可以從它所能達到的定位精度判定它的加工精度,所以對數控機床的定位精度進行檢測和補償是保證加工質量的必要途徑。   (1)定位精度的測定   目前多采用雙頻激光幹涉儀對機床檢測和處理分析,利用激光幹涉丈量??理,以激光實時波長為丈量基準,所以進步了測試精度及加強了適用範圍。檢測方法如下:    ① 安裝雙頻激光幹涉儀;    ② 在需要丈量的機床坐標軸方向上安裝光學丈量裝配(如圖2);    ③ 調整激光頭,使丈量軸線與機床移動軸線共線或平行,即將光路預調準直;    ④ 待激光預熱後輸進丈量參數;    ⑤ 按規定的丈量程序活動機床進行丈量;    ⑥ 數據處理及結果輸出。    (2)定位精度的補償   若測得數控機床的定位誤差超出誤差許可範圍,則必須對機床進行誤差補償。常用方法是計算出螺距誤差補償表,手動輸進機床CNC係統,從而消除定位誤差,由於數控機床三軸或四軸補償點可能有幾百上千點,所以手動補償需要化費較多的時間,並且輕易出錯。   現在通過RS232接口將計算機與機床CNC控製器聯接起來,用VB編寫的主動校準軟件控製激光幹涉儀與數控機床同步工作,實現對數控機床定位精度的主動檢測及主動螺距誤差補償(如圖3),其補償方法如下:    ① 備份CNC 控製係統中的已有補償參數;    ② 由計算機產生進行逐點定位精度丈量的機床CNC程序,並傳送給CNC 係統;    ③ 主動丈量各點的定位誤差;   ④ 根據指定的補償點產生一組新的補償參數,並傳送給CNC係統,螺距主動補償完成;    ⑤ 反複③進行精度驗證 。   根據數控機床各軸的精度狀況,利用螺距誤差主動補償功能和反向間隙補償功能,公道地選擇分配各軸補償點,使數控機床達到最好精度狀況,並大大進步了檢測機床定位精度的效率。   定位精度是數控機床的一個首要指標 。盡管在用戶購選時可以盡量挑選精度高誤差小的機床,但是隨著設備投進使用時間越長,設備磨損越厲害,造成機床的定位誤差愈來愈大,這對加工和生產的零件有著致命的影響。采用以上方法對機床各坐標軸的反向偏差、定位精度進行精確丈量和補償 , 可以很好地減小或消除反向偏差對機床精度的不利影響,進步機床的定位精度,使機床處於最好精度狀況, 從而保證零件的加工質量。

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