加工中心機床數控系統螺距誤差補償分析

葉繼軍

（江蘇江陰中等專業學校，江蘇 陰江214433）

?

加工中心機床數控系統螺距誤差補償分析

葉繼軍

（江蘇江陰中等專業學校，江蘇 陰江214433）

摘要：當前隨著科學技術的不斷發展，數控機床的精度也較之前有了更加嚴格的要求，數控機床在長時間的使用中精度值會降低，螺距使用中會加大誤差，影響設備的加工精度，因此定期對螺距進行誤差補償很重要。在實際工作中主要采取雙頻激光干涉儀法對系統進行有限補償，經實踐檢驗已取得了顯著的成效。

關鍵詞：加工中心；精度；數控系統；螺距誤差補償

1　加工中心機床數控系統螺距誤差補償原理

通過對數控機床某軸的指令位置與高精度測量系統測得的實際位置進行比較，并經過相關公式計算可得全行程上的誤差曲線，技術人員將所獲取的誤差值繪制成相應的表格并輸入到數控系統中。數控系統在工作中會對該軸進行實時控制，若發現存在異常情況會在第一時間進行自動修復將誤差控制在允許范圍內。誤差補償應遵循一定的原則：（1）必須在機床上安裝精度較高的測量裝置；（2）根據需要編寫相應的程序，在具體的位置設置一些標志點；（3）系統運行到標記位置應選擇測量裝置進行有效測量并記錄精確位置；（4）記錄各位置點的誤差值；（5）為了使測量更加精確，可多次測量求平均值；（6）將修正表輸入數控系統中，進行針對性的誤差補償。

2　螺距誤差與補償的幾種常見類型

2.1交叉型螺距誤差與補償

設備正常工作中由于絲杠之間配合不緊密或者其他因素的制約影響機床的精確性，為了有效解決上述問題在機床重復工作中可對絲杠的機械安裝結構進行不同程度的處理后，再進行重新測量，根據所獲知的參數對機床進行誤差補償。機床交叉型螺距誤差示意圖見圖1所示。

2.2喇叭型螺距誤差與補償

機床的被測軸在全行程的各段誤差分布不均勻，尤其是機床反向運行時誤差較大，從而造成反向間隙超過系統可允許范圍。造成上述現象的原因是該軸導軌副出現松緊不一情況所引發的，再加之在誤差測量中由于定位精度不準確，隨著該軸的不斷變動，誤差會變得更大，形成了喇叭型的正反向定位曲線。出現上述情況可對設備進行適當的改進，并采取螺距反向間隙補償模式進行校正，確保設備正常運行。圖2所示。

圖1　交叉型螺距誤差示意圖

圖2　喇叭型螺距誤差示意圖

3　基于雙頻激光干涉儀的動態補償

3.1雙頻激光干涉儀工作原理

雙頻激發干涉儀測量原理見圖3所示，該測量原理是通過賽曼效應的有效應用，使激光器1所產生的光束經λ/4波片2和分光器3后轉變成振動方向垂直的f1偏振光以及頻率穩定的f2偏振光。經由分光器3反射的光束會通過一定的作用送入檢偏比較器8從而產生一定的信號。通過分光器3的光束在經過偏振分光器4后會兵分兩路，與分光鏡片f2信號平行的分光器最終會裝在移動部件上的反射鏡5處，當機床處于正常工作狀態時會產生一定的差頻即Δf，f2信號也隨即變成f2+Δf；而與分光鏡片垂直的f1信號則通過一定條件的反射會固定到反射鏡6上，通過兩次反射后最終匯合于偏振分光器4的位置，這時經過一系列傳輸的信號中已包含了機床移動中所具有的相關信息即Δf；通過反射鏡7送入檢偏比較器8中，最終所得出的脈沖差值即就是機床在運行中實際移動距離。圖3所示。

圖3　雙頻激光干涉儀測量原理

3.2螺距誤差動態補償的實現

螺距誤差動態補償系統的工作原理表示如下：（1）通過串口RS232將計算機與SINUMERIK802S/C系統的CNC控制器相聯接，并借助計算機控制雙頻激光干涉儀實現數控機床的同步工作；（2）計算機可通過數據采集卡對所獲取的數據進行準確測量，并與CNC譯碼器輸出的指令值進行比較，所得出的差值最終經由計算機進行處理；（3）補償接口會將軟件所計算出的補償數值輸入數控系統中，從而確保系統得以正常工作。

3.3螺距誤差補償實例

對一臺SINUMERIK 802S/C系統數控機床的X軸螺距誤差進行補償，圖4代表的是補償前螺距誤差曲線，圖5表示補償后的螺距誤差曲線，通過對兩圖的比較分析螺距誤差通過動態補償后機床的位置控制精確度得到了明顯的增強，加工性能也較之前得到了改進，從中也說明了采取螺距誤差補償方式是合理的。

圖4　補償前的螺距誤差曲線

圖5　補償后的螺距誤差曲線

4　結束語

綜上所述，數控系統的螺距誤差補償方式在提高機床定位的精確性方面起到了一定的作用，但造成機床加工誤差較大的重要影響因素仍是裝配工藝的不科學或機械設計存在異常所致，所以若遇到螺距誤差偏大時需對設備進行檢修，將誤差盡可能降低的前提下再實施螺距誤差補償效果將更為顯著。

參考文獻：

[1]孟凱，喬煒，駱朝暉.先進檢測儀器在數控機床精度驗收中的應用[J].組合機床與自動化加工技術，2013，（11）: 78-79.

[2]張軍，吳則鵬.CNC數控機床誤差補償系統及位置精度評

定[J].組合機床與自動化加工技術，2014，（06）:46-48.

中圖分類號：TG659

文獻標識碼：A

文章編號：1672-545X（2016）04-0277-02

收稿日期：2016-01-08

作者簡介：葉繼軍（1977-），男，江蘇江陰人，工程碩士在讀，講師，主要從事數控加工理實一體化教學工作。

CNC Machining Center Pitch Error Compensation System Analysis

YE Ji-jun
（Jiangsu Jiangyin Vocational School，Jiangyin Jiangsu 214433，China）

Abstract:With the current development of science and technology，precision CNC machine tools than before also have more stringent requirements，CNC machine tools in long-term use will decrease the accuracy of pitch will increase the use of processing errors，affecting equipment accuracy，pitch error compensation on a regular basis is very important.In practice mainly adopts dual-frequency laser interferometer system limited compensation method，proven already achieved remarkable results.

Key words:machining centers；accuracy；NC system；pitch error compensation