輕松兩步,幫你提高數(shù)控機(jī)床精度
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī),在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用,精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,對數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。盡管用戶在選購數(shù)控機(jī)床時,都十分看重機(jī)床的位置精度,特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。但是這些使用中的數(shù)控機(jī)床精度到底如何呢? 根據(jù)大量統(tǒng)計資料表明:65.7%以上的新機(jī)床,安裝時都不符合其技術(shù)指標(biāo);90%使用中的數(shù)控機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因此,對機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測試是非常必要的,以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題,提高零件加工精度。 目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢驗通常采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-2或國家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺機(jī)床,由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同,所得到的位置精度也不相同,因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時,也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對于這二者的測定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑。 一、反向偏差 在數(shù)控機(jī)床上,由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在,造成各坐標(biāo)軸在由正向運動轉(zhuǎn)為反向運動時形成反向偏差,通常也稱反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,反向偏差的存在就會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01切削運動時,反向偏差會影響插補(bǔ)運動的精度,若偏差過大就會造成“圓不夠圓,方不夠方”的情形;而在G00快速定位運動中,反向偏差影響機(jī)床的定位精度,使得鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時,隨著設(shè)備投入運行時間的增長,反向偏差還會隨因磨損造成運動副間隙的逐漸增大而增加,因此需要定期對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測定和補(bǔ)償。 【反向偏差的測定】 反向偏差的測定方法:在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi),預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準(zhǔn),再在同一方向給予一定移動指令值,使之移動一段距離,然后再往相反方向移動相同的距離,測量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次),求出各個位置上的平均值,以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。金屬加工微信內(nèi)容不錯,值得關(guān)注。在測量時一定要先移動一段距離,否則不能得到正確的反向偏差值。 測量直線運動軸的反向偏差時,測量工具通常采有千分表或百分表,若條件允許,可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測量時,需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長,因為測量時由于懸臂較長,表座易受力移動,造成計數(shù)不準(zhǔn),補(bǔ)償值也就不真實了。若采用編程法實現(xiàn)測量,則能使測量過程變得更便捷更精確。 例如,在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測量X軸的反向偏差,可先將表壓住主軸的圓柱表面,然后運行如下程序進(jìn)行測量: N10G91G01X50F1000;工作臺右移 N20X-50;工作臺左移,消除傳動間隙 N30G04X5;暫停以便觀察 N40Z50;Z軸抬高讓開 N50X-50:工作臺左移 N60X50:工作臺右移復(fù)位 N70Z-50:Z軸復(fù)位 N80G04X5:暫停以便觀察 N90M99; 需要注意的是,在工作臺不同的運行速度下所測出的結(jié)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(jī)床軸負(fù)荷和運動阻力較大時。低速運動時工作臺運動速度較低,不易發(fā)生過沖超程(相對“反向間隙”),因此測出值較大;在高速時,由于工作臺速度較高,容易發(fā)生過沖超程,測得值偏小。 回轉(zhuǎn)運動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同,只是用于檢測的儀器不同而已。 【反向偏差的補(bǔ)償】 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床,定位精度有不少>0.02mm,但沒有補(bǔ)償功能。對這類機(jī)床,在某些場合下,可用編程法實現(xiàn)單向定位,清除反向間隙,在機(jī)械部分不變的情況下,只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點,然后再開始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給中遇反向時,給反向間隙值再正式插補(bǔ),即可提高插補(bǔ)加工的精度,基本上可以保證零件的公差要求。 對于其他類別的數(shù)控機(jī)床,通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個地址,專供存儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個軸被指令改變運動方向時,數(shù)控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值,對坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正,使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上,消除或減小反向偏差對機(jī)床精度的不利影響。 一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用,為了兼顧高、低速的運動精度,除了要在機(jī)械上做得更好以外,只能將在快速運動時測得的反向偏差值作為補(bǔ)償值輸入,因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時的插補(bǔ)精度。 對于FANUC0i、FANUC18i等數(shù)控系統(tǒng),有用于快速運動(G00)和低速切削進(jìn)給運動(G01)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同,數(shù)控系統(tǒng)自動選擇使用不同的補(bǔ)償值,完成較高精度的加工。 將G01切削進(jìn)給運動測得的反向間隙值A(chǔ) 輸入?yún)?shù)NO11851(G01的測試速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來決定),將G00測得的反向間隙值B 輸入?yún)?shù)NO11852。金屬加工微信內(nèi)容不錯,值得關(guān)注。需要注意的是,若要數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償,應(yīng)將參數(shù)號碼1800的第四位(RBK)設(shè)定為1;若RBK設(shè)定為0,則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補(bǔ)償值。 二、定位精度 數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運動所能達(dá)到的位置精度,是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度,它與機(jī)床的幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響,尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工精度,所以對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。 【定位精度的測定】 目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析,利用激光干涉測量原理,以激光實時波長為測量基準(zhǔn),所以提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測方法如下: 安裝雙頻激光干涉儀; 在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置; 調(diào)整激光頭,使測量軸線與機(jī)床移動軸線共線或平行,即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直; 待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù); 按規(guī)定的測量程序運動機(jī)床進(jìn)行測量; 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。 【定位精度的補(bǔ)償】 若測得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍,則必須對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。常用方法是計算出螺距誤差補(bǔ)償表,手動輸入機(jī)床CNC系統(tǒng),從而消除定位誤差,由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點可能有幾百上千點,所以手動補(bǔ)償需要花費較多時間,并且容易出錯。 現(xiàn)在通過RS232接口將計算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來,用VB編寫的自動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作,實現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床定位精度的自動檢測及自動螺距誤差補(bǔ)償,其補(bǔ)償方法如下: 備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù); 由計算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點定位精度測量的機(jī)床CNC程序,并傳送給CNC系統(tǒng); 自動測量各點的定位誤差; 根據(jù)指定的補(bǔ)償點產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù),并傳送給CNC系統(tǒng),螺距自動補(bǔ)償完成; 重復(fù)進(jìn)行精度驗證。 根據(jù)數(shù)控機(jī)床各軸的精度狀況,利用螺距誤差自動補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能,合理地選擇分配各軸補(bǔ)償點,使數(shù)控機(jī)床達(dá)到最佳精度狀態(tài),并大大提高了檢測機(jī)床定位精度的效率。 定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個重要指標(biāo)。盡管在用戶購選時可以盡量挑選精度高誤差小的機(jī)床,但是隨著設(shè)備投入使用時間越長,設(shè)備磨損越厲害,造成機(jī)床的定位誤差越來越大,這對加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響。采用以上方法對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和補(bǔ)償,可以很好地減小或消除反向偏差對機(jī)床精度的不利影響,提高機(jī)床的定位精度,使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài),從而保證零件的加工質(zhì)量。
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