數(shù)控車床的螺距誤差補償分析

吳亞蘭+李慶

摘要：分析了螺距誤差產(chǎn)生原因及其影響因素，提出了多種螺距誤差的測量和補償方法，并對各種方法進行了比較，得出了其使用場合。使得螺距誤差補償大幅減小開環(huán)和半閉環(huán)控制機床的加工誤差，提高合格率。

關(guān)鍵詞：螺距誤差；測量方法；補償方法；數(shù)控車床

中圖分類號：TG502.113

文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：16749944（2017）22014502

1 引言

數(shù)控機床的螺距誤差是指在滾珠絲杠的中經(jīng)線上同一根螺旋線的對應(yīng)點之間的實際距離與基本值的偏差。滾珠絲杠的螺距誤差將直接影響機床的定位精度和重復(fù)定位精度，為進一步保證機床的加工精度，需要對機床的螺距誤差進行補償。

2 產(chǎn)生原因

滾珠絲杠的螺距誤差是任何機床都存在的，其產(chǎn)生的主要原因有兩點：由于原始加工滾珠絲杠母設(shè)備的誤差，導(dǎo)致加工出的滾珠絲杠螺距存在誤差；滾珠絲杠經(jīng)長期使用后磨損引起的螺距誤差。

3 檢測方法

3.1 步距規(guī)測量法

機床螺距誤差一般是通過機床軟件來進行補償?shù)模▓D1），其檢測方法主要有兩種，一種是用千分表配合步距規(guī)進行檢測，這是一種線性補償方法，它一般是將機床參考點設(shè)置為補償?shù)脑c，把滾珠絲杠的行程分為n段，在每一段上進行檢測，然后將檢測出的值輸入到機床固定的參數(shù)中，則機床相應(yīng)軸在運動至該段時會向運動的反方向進行設(shè)定值的偏移，實現(xiàn)螺距誤差的自動補償。步距規(guī)結(jié)構(gòu)見圖2。

3.2 用激光干涉儀進行檢測

在機床的實際使用過程中，由于加工零件的不同，滾珠絲杠的磨損并不是均勻的，經(jīng)常使用的地方磨損量大，使用線性補償只能是均勻的統(tǒng)一補償，不能對特殊點進行補償，補償精度較低。為提高補償精度，可將步距盡量的縮小，測出盡量多的點，此種方法稱為點補償法。由于步距規(guī)步距值的限制，取點數(shù)量有限，所以點補償一般才用激光干涉儀進行檢測。

螺距誤差檢測是在無螺距誤差補償?shù)那闆r下進行的，也就是說在進行檢測之前，應(yīng)將相應(yīng)的誤差補償數(shù)值設(shè)置為0。點補償補償能夠針對不同點設(shè)置不同的誤差補償，精度較高，但誤差測量過程較為繁雜，且需要專業(yè)的高精度的測量儀器，成本較高。

4 補償方法

通過上面的方法測得螺距誤差后，可通過螺距誤差補償減小其對機械加工的影響。螺距誤差補償可通過軟件和硬件補償兩種方式實現(xiàn)。

4.1 硬件補償

硬件補償具體步驟為測出滾珠絲杠全程上的誤差分布，以參考點為基準(zhǔn)，在螺距誤差累計為一個脈沖當(dāng)量的位置設(shè)置一個擋塊，當(dāng)機床移動部件上的開關(guān)與擋塊接觸時，機床就會多走或少走一個脈沖當(dāng)量值，以補償螺距誤差。此補償方法，要在機床的移動部件上裝置一些機械結(jié)構(gòu)和控制電路，實施起來較為麻煩。這種補償方法適用于步進電機控制的開環(huán)控制系統(tǒng)且是采用脈沖增量插補法的數(shù)控機床。

4.2 軟件補償

軟件補償法是在已經(jīng)測得滾珠絲杠螺距誤差分布的前提下，將誤差值輸入到機床中，加工時由機床數(shù)控系統(tǒng)控制來進行補償。螺距誤差的補償值（一般是測量三次區(qū)平均值）是以表格的形式輸入到數(shù)控系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)當(dāng)中去的（具體參數(shù)號可通過機床參數(shù)說明書查得，F(xiàn)ANUC系統(tǒng)中與螺距補償有關(guān)參數(shù)見表1）。補償值錄入結(jié)束后需要關(guān)機重新啟動機床，并返回參考點，所設(shè)置的補償值才能生效。補償生效后需要重新檢測一次，監(jiān)測補償值是否達到要求，如果不符合要求可反復(fù)修改補償值，直至達到要求。

另外，在進行螺距誤差檢測時為達到理想的檢測結(jié)果，工作人員應(yīng)遵循GB/T 17121.2-2002的要求。同時，對外部環(huán)境如溫度、輻射、空氣流動性等也應(yīng)滿足實驗需求。

對于開環(huán)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床來說，由于其不能直接檢測機床的實際位移量，為進一步提高其加工精度，采用螺距誤差補償可顯著提高其定位精度和重復(fù)定位精度。實踐表明，通過數(shù)控系統(tǒng)的誤差補償可使加工誤差減少60%～80%。對于閉環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床來說，由于其本身具有檢測反饋裝置，可直接進行檢測出各項誤差然后進行補償，所以采用螺距誤差補償效果不明顯，但通過補償可進一步提高控制系統(tǒng)的動態(tài)特性。

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