機械數(shù)控機床位置控制及誤差補償分析

周大成

摘?要：數(shù)控機床是一種高度智能的設(shè)備，但在實際應(yīng)用中，某些CNC機床，特別是經(jīng)濟型CNC機床，存在許多不令人滿意的情況，例如參考點位置的設(shè)置和內(nèi)置插補程序的缺乏。在某些配件中，這些地方經(jīng)常需要在使用過程中不斷進行優(yōu)化、開發(fā)和更換。以參考點位置的變化和調(diào)整過程為例進行介紹。

關(guān)鍵詞：接近傳感器;定位精度;誤差補償

中圖分類號：TG659文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.06.028

數(shù)控機床零點已在出廠時設(shè)置，并且是無法更改的固定點。參考點是設(shè)置為在運行期間找到機床零點的點。這點或與機械零點同位，或與機械零點偏移，在出廠前已設(shè)置完畢，工作時若出現(xiàn)報警狀態(tài)，表明參考點返回異常，不能尋找正確位置，這是由于坐標軸的越位現(xiàn)象產(chǎn)生的故障，可操作復位鍵復位。數(shù)控機床作為智能先進設(shè)備，合理解決這個問題是毋庸置疑的，工作人員可以在坐標軸的正極限位置設(shè)置為參考點位置，在接通電源后，坐標軸將始終位于參考點的負方向。直接返回參考點不會導致超程。

實際上，當機床返回到參考點時，每次螺釘旋轉(zhuǎn)，接近傳感器都會產(chǎn)生一個零脈沖。那么，哪個零脈沖應(yīng)該作為參考信號呢？我們可以把硬件擋塊和行程開關(guān)安裝在坐標軸的特定位置作為參考點減速開關(guān)使用。因為該開關(guān)可以進行初期定位，傳感器可檢測多個零脈沖信號，通過減速開關(guān)確定返回參考點的信號。另外，CNC裝置應(yīng)正確識別零脈沖信號，若CNC裝置速度很低時，減速開關(guān)務(wù)必將信號傳輸?shù)絇LC輸入端。因此機床參考點返回采用雙開關(guān)方法，其一是初期定位的坐標軸減速開關(guān)，其二是精確定位的接近傳感器，機床誤差對產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量也是至關(guān)重要的。

在機床應(yīng)用中常采用誤差補償技術(shù)，該技術(shù)目前被廣泛認識，但是在實際機床加工生產(chǎn)中應(yīng)用較少，目前在實際應(yīng)用中主要解決誤差源的辨識能力、誤差產(chǎn)生后的補償能力等。在數(shù)控機床加工中，實際影響因素很多，包括生產(chǎn)車間室內(nèi)溫度、屋內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量、機床安裝誤差、溫度誤差等，在工作中，機加工人逐步認識到了空間誤差、高頻誤差等。科研人員對誤差源也逐步深入研究，檢測某一具體的單項誤差，根據(jù)誤差進行補償研究。

機床車間實際加工時，不同類機床的刀具、工件不同，運行時都存在相對運動，因此產(chǎn)生了動態(tài)誤差，對這個動態(tài)誤差也要進行實時補償，因此，若想提高機床加工的水平，除了對基本的靜態(tài)誤差進行補償外，還應(yīng)對動態(tài)補償技術(shù)進行研究，以滿足加工要求、保證產(chǎn)品質(zhì)量。近年來，機床生產(chǎn)企業(yè)和高校科研院所對數(shù)控機床誤差研究增多，這對未來的機床生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量的提升都有一定的助推作用，但是由于誤差研究需要實踐經(jīng)驗，企業(yè)技術(shù)人員工作時間不充足，完成工作任務(wù)即可，對機床的深入研究時間不多，高校科研院所的研究人員理論研究偏多，所以目前誤差補償研究還沒有廣泛的應(yīng)用于實踐中。

那么，針對誤差補償，其根本的思想是需要通過在機床工作中把誤差值通過顯示屏輸入到系統(tǒng)當中，輸入后，電子控制系統(tǒng)進行理論計算，得到補償參數(shù)，進而控制機床進行補償，這樣能夠盡量減少生產(chǎn)后的產(chǎn)品在外形和尺寸等方面存在誤差。一般來講，數(shù)控機床精確度高，其誤差補償可分解為兩個方面，一是軟件的誤差補償，二是硬件的誤差補償，機床長時間使用，二者都應(yīng)該進行誤差補償，以提高加工精度。定位精度誤差源也是誤差的一種，其影響因素較多，而且個別因素會隨著機床運行發(fā)生隨機變化，目前沒有得到完整的定位精度模型。在實際生產(chǎn)研究過程中，對機床的定位精度影響進行分析，分析機床加工不同零件時的定位精度規(guī)律，這種后續(xù)進行精度誤差的補償、如何來提高定位精度，減小誤差是必要工作。

目前，針對數(shù)控機床的進給系統(tǒng)，也應(yīng)對其定位精度進行深入研究，進給系統(tǒng)的精度關(guān)系到整個機床的生產(chǎn)過程，對提高機床的整體性能起到很大的促進作用。通過對進給系統(tǒng)的定位精度進行檢測，可以得到進給系統(tǒng)存在的誤差源，其產(chǎn)生的原因是什么，如何減小誤差，提高精度，對理論研究進行實際驗證，通過誤差值的大小，提出誤差補償?shù)姆椒ǎ岣哒w工作性能。在誤差產(chǎn)生后，理論分析誤差數(shù)值，對進給系統(tǒng)各坐標軸的參數(shù)進行反復修正，修正數(shù)值應(yīng)一點點跟進，可以提高機床定位精度。

近些年，數(shù)控機床在各類誤差補償方面已經(jīng)開展了很多研究，并得到了十足的進步與發(fā)展，但是在普遍性、系統(tǒng)性、推廣實用方面還存在一定的差距，未來應(yīng)該在如何建立誤差綜合模型、深入研究不同類型的機床、建立并開發(fā)低成本的誤差精度檢測補償方法等幾個方面探索研究。誤差的控制和補償是降低數(shù)控機床誤差的有效途徑，精度控制和誤差補償都提高了，就會得到行業(yè)和企業(yè)的認可，誤差補償靈活性好，經(jīng)濟效益較好，對提高企業(yè)的利潤尤為顯著，因此在企業(yè)推廣應(yīng)用是必然趨勢。

參考文獻：

[1] 庾輝，李夢奇，李冬英，等.數(shù)控機床定位精度研究進展[J].機械設(shè)計與研究，2015（6）.

[2] 蔣薇，陳本鋒. 數(shù)控機床的位置誤差及補償方法探析[J].裝備制造技術(shù)，2016（5）.

[3] 劉慧敏. 高強度運行環(huán)境下機械數(shù)控機床位置控制研究[J]. 科技通報，2018（2）.