數控機床精度調整測試的分析與研究

于云成

（匯通機械廠，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

0 引言

數控機床綜合了機械、電氣、液壓等多學科領域的研究成果，它的實際應用極大地提高了生產效率與效益。目前，數控機床已廣泛應用于各個領域，因此，如何能使數控機床長期工作在優異的精度范圍內并保持良好的性能成為一個越來越重要的課題。

1 數控機床的精度

數控機床的精度主要包括幾何精度、定位精度和切削精度。數控機床的幾何精度反映機床關鍵機械零部件的幾何形狀誤差及其組裝后的幾何形狀誤差。所謂數控機床的定位精度，是指被檢測的機床運動部件在數控系統控制下發生相對運動時所能達到的位置精度。數控機床的幾何精度和定位精度是否精準對機床切削精度影響很大，尤其是在進行孔隙加工時對孔距誤差影響極大。現在一般采用的數控機床位置精度標準是ISO230-2和國標GB10931—89。數控機床切削精度對產品加工的影響，其實指的是機床幾何精度和定位精度在切削加工條件下對產品加工的影響。

2 數控機床精度的檢測與提高

在影響數控機床加工精度的眾多因素中，幾何誤差影響最大，一般可達總誤差的40%以上。在檢測時應先接通機床電源對機床進行預熱，并使數控機床的各軸運轉一段時間后再測量。應在機床調試完成后，一次性完成對其幾何精度的測量，因為有些幾何精度相互之間有影響，多次調試與測量會造成誤差。

提高數控機床加工精度的方法有兩種，即誤差預防法和誤差補償法。誤差預防法是指在設計和制造機床階段就盡可能消除或減少誤差。誤差補償法是指在已存在原始誤差的基礎上，在其相應的負方向上通過控制系統人為設計制造一定的誤差，以抵消原始誤差。數控機床誤差補償包括誤差檢測、誤差建模和誤差補償三步。幾何誤差的檢測和識別是實現誤差補償的第一步，所以準確檢測幾何誤差非常重要。

（1）在對數控機床的定位精度進行檢測時，利用雙頻激光干涉儀的檢測方法如下：1）安裝與調節雙頻激光干涉儀；2）對激光儀進行預熱后輸入測量參數；3）機床開機啟動一段時間后，在運動狀態下對機床的定位精度進行測量；4）輸出數據處理結果。檢測時應注意雙頻激光干涉儀在使用前要精確校正。為了盡可能減小幾何精度對定位精度的影響，可在機床幾何精度調整結束后再進行螺距誤差補償。為便于先測量后補償，在進行螺距誤差補償時應使用高精度的檢測儀器，補償后還應再測量，并應按VDI3441、JIS6330或GB10931—89等標準對測量數據進行分析，最終達到機床的定位精度要求。利用激光干涉儀測量數控機床的定位精度誤差，然后調整機床的傳動絲杠、位置反饋元件、螺距誤差補償數據等，即可改善機床的定位精度。激光干涉儀測量原理如圖1所示。

圖1 激光干涉儀測量原理

從激光頭發出的激光被分光鏡A分為兩束光，一束光經過固定反射鏡B形成參考光，另一束光經過移動反射鏡C形成測量光，反射光和測量光經過分光鏡后匯合，并且彼此形成干涉。也就是說當光束照射到分光鏡上時被分為兩束光，即一束散射光和一束反射光，這兩束光分別到達各自的反射鏡后經過分光鏡反射回來，在激光頭的內部探測器上形成干涉光。測量方法按照德國VDI3441標準，機床坐標軸行程各點正反方向趨近5次，可采用線性循環方式或多階梯循環方式。誤差數據通過數理統計計算，求出定位精度和重復定位精度。

（2）利用激光干涉儀測得數控機床坐標各點的實際誤差，根據誤差值的大小和方向設定數控機床螺距誤差補償參數，從而使數控機床各軸伺服驅動能夠到達準確的坐標位置。各數控系統補償方法及參數設定不盡相同。FANUC系列各系統螺距誤差補償原理完全相同，并具有很好的一致性和連貫性。而西門子公司的產品SIEMENS-880M系統和SIEMENS-840D系統設計思路不同，其螺距誤差補償功能差異很大。下面僅討論FANUC系統螺距誤差補償相關參數（表1）。

（3）機床所處的環境對測量有一定影響，最好能在空調車間進行測量，最理想的環境是氣壓和濕度變化較小、車間溫度為20℃恒溫。如果以上條件難以達到，就應該盡量減少空氣流動和震動，或者在其他機床都停止工作時再進行測量與補償，從而減少環境因素對測量的影響。由于操作方式或儀器使用不當，在測量過程中會產生誤差。例如在測量過程中溫度數據沒有被采集到或是溫度的急劇變化都可能造成測量曲線的跳躍，產生的影響是測量得到的精度誤差與機床實際誤差不符合，因此應在排除影響測量因素后重新測量。在某些情況下，數控機床的誤差是由于螺距誤差補償參數調整不當所致，還有一些情況是由于反向間隙調整不當引起的機床誤差，在實際操作中應根據具體情況來進行相應的調整，從而盡量杜絕由于操作方式或儀器使用不當而引起的誤差。

表1 FANUC系統螺距誤差補償參數

3 結語

數控機床在運行中和維修前的精度調整和檢測對保證機床的運行質量，尤其是保持數控機床的精度水平有不可替代的作用，只有保證了數控機床的精度水平才能保證產品的加工精度和加工質量。本文為數控機床的精度檢測、調整和提高提供了一定的方法。

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