数控机床位置精度检测与调试

e。 n丁。。,。,。n d、 st g

工艺与检测

数控机床位置精度检测与调试陈国深注宏强,

(东风汽车公司设备制造厂湖北十堰 4 2 2 ) 0摘要:通过分析数控机床位置精度曲线特征和位置精度与加工精度的关系阐述合理的调试方法和步骤以,

及验收中的注意事项说明提高数控机床的机械进给系统精度仍然是保证数控机床位置精度的首要任务:。

,

关键词数控机床‘

位置精度

误差补偿en

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44 2022

,

CH N

)

数控机床位置精度可以在机械系统传动精度的基础上通过电气系统的补偿得到提高,,

(5 )回转运动重复定位精度; (6 )回转运动反向间隙 (失动量 )测定,,。

,

。

具体方法是在

测量机床机械位移误差的基础上通过对其反向间隙和螺距误差的补偿进一步提高数控机床各轴的位置

现今普遍使用双频激光干涉仪直接完成直线运动

精度的各项测量配上测角附件可以完成回转精度的各项测量。

精度这也是数控机床的优点,,,

,

。

但是通过电气系统补

其中包括由计算机按标准化软件采集数据。

偿的精度不能保证数控机床在任何状态下工作都有效如机械反向间隙在机床切削抗力较大时会暴露出

进行处理评价和打印出符合不同国家标准和国际标准的测量结果,

、

目前较先进的机型可以通过软件直接,,

来使机床不能按补偿后的位置精度规定的轨迹运动而且不管半闭环或全闭环系统这一问题都存在,,

,

。

将测量误差转换成补偿当量对螺距误差和反向间隙进行补偿代替人工输人测量误差提高了测量和调试的效率。

,

。

数,

控机床机械系统精度越高机床工作时的位置精度与空载时的位置精度越接近;反之机械系统精度越低

下面以直线运动位置精度调试为例介绍调

,

试方法

。

工作精度与位置精度相差越远

。

本文基于这一观点。

,

谈谈如何做好数控机床位置精度调试与验收工作1

数控机床位置精度的调试图1

数控装置,

/\、少〕厂、’

兀去。

才

数控机床位置误差组成中数控装置误差::。

占

1

、

电动机误差占和测量转换装置误差占

都属于控制系,

动电机司

X )个}

产洲阳}

曰

担

统误差其余是机械进给系统误差,

,

控制系统的误差图 1位置误差形成简图 1.

可以通过合理设置减速电路使其与机床特性相匹配

调节位置回路增量提高电动机转角精度等方法使控

制系统的输出误差缩小、‘

。

机械进给系统的误差则要实,。

1

实在在地在装配调试中从机械系统本身解决然后剩

试测一台机床装配的最后阶段包括通电调试实现各个,。

余极小部分再辅以电气补偿

动作然后检验几何精度进行检测和调试,。

合格后开始对其位置精度

,

机床位置精度的主要检测项目有

:

首先对各坐标轴运动的原始状态作。

(l直线运动位置精度 (X ) (2 (3

、

Y Z、

、

u

、

v w

、

轴 );

一个循环测试根据位置误差曲线状态和数控可以初

)直线运动重复定位精度、

;;

步判断与之有关的机械一电气的精度状况

排除不正。

)直线运动反向间隙 (失动量 )测定B、

常因素后才开始按标准规定正式测试里把单个循环测试称为试测,。

,

5

个循环

这。

(4 )回转运动定位精度 (A

c

轴);

现代数控机床在试测过2

程中常见的位置误差曲线有如图

所示的几种状态

月翻喻味端端二

~

‘户

制造技术与机珠 2 0 0 4年第 5期

c工艺与检测; e,

1 0

9,

。

d s n:e t

图 Z a为正反向曲线基本平行且两曲线坐标距离不大0.

一般中等以上精度的数控机床曲线坐标距离不大于

3 0

m m

,

(为了讨论问题直观这里的反向失动量近,,

似地等同于机械间隙

并以 b。

表示 )

。

统误差,

尸

。

(这里用

尸

。

是因其为单向循环一次测得的

_,。,、,,。,

,

按平均反向误差值输人反向间隙补偿值再测量一个

,

循环可以看到正反向误差曲线趋于重叠,

,

。

然后顺着。

测量间距目标位置上的位置误差值作各点的螺距补

单向轴线位置系

偿经补偿以后测量的误差曲线将变得平直使坐标移动意为止。

然后再。,

5

个循环得到改善后的误差评定曲线,

,

数据以区别标准中尸 )相当于丝杠实际螺距累积误差 (采购丝杠

时要索取该丝杠出厂时的实测螺距误差

如果误差还嫌大可以在此基础上再仔细补偿直到满对于全闭环系统如采用光栅尺反馈系统反向误差较小一般在 0 0 5 m,.

数据 )3一

。

例如不大于 0 0 3.

m

耐1

000 m m

则可认为机开始连续跑

,

,

械一电气系统正常可以进人正式测试5,

,

m

以内所以无需再作反向间,,

,

个循环通过控制系统的补偿得到合格的位置。

隙补偿

。

如果采用光栅系统在非恒温环境下调试必。

精度

图 Z b为正反向曲线平行但两曲线间坐标距离,、

须输人光栅出厂规定的材料温度膨胀系数否则会产生系统误差。

异常之大则很可能是滚珠丝杠螺母间隙传动装置

图 3为某数控立式车床采用的光栅尺 a,

(如齿形带啮合间隙键连接间隙)间隙过大或传动件受力变形太大所致必须先分析并排除后再进人正式测试。,

反馈系统在非恒温车间调试由于没有按光栅材料0 0 5 11 0 0 38 3. .

图 2。为正反向误差曲线显著不平行其原因主二

要是丝杠支承座轴向间隙大,

对不加预紧力的丝杠传这时可用百分一

0 02 55.

0 0 128.

动实际只有轴向间隙较小的一个支承受力丝杠在正反向行程中分别处于受拉和受压状态

0 00 00.

找段盗斌益忘尸”’

.

卜

.

,

.

:

.

一

0 0 12 8..

,

…

0 0 25 5 0 0 38 3 0 0 5 11.

一

表测丝杠端部

。

当使丝杠正反向转动时百分表的振。

一

摆量就是丝杠座的轴向间隙,

消除丝杠座的轴向间隙,。,

后正反向误差曲线会趋于平行才能开始正式测试,、

对要求丝杠有预拉力的还要仔细修磨调整垫保证预

.双向定位精度 6 3 4 7林In ); (单向定位精度: 6 2 9 1扣m );: 1 . p重复定位精度 5 4 9 ( jn );位置系统偏差: 5 1 8 s p功 ); ( 2换向误差: 1 8林Ir ); (:..

华气.

拉力符合设计要求使丝杠支承座等在承受轴向力时近乎一个刚 (整 )体向系统误差,。

(a )0 0 128.

输入偏高的光栅材料温度系数二

图 Z d为正反向曲线平行但单,。

0 009 6.

代异常之大

如果不是丝杠螺距累积误,。

0 0 06 4.

0 00 32.

差太大就是丝杠预拉力过大丝杠被拉长所致机便会发热。

如属一

0 00 00.

声熟赢对夕

后者原因只要多走两个循环步进电动机或伺服电动对闭环系统

则可能是输人到测量装置

0 0 03 2.

””

””“

’

’

一

0 00 6 4 0 00 9 6.

一

一

0 0 12 8一

丫

(如双频激光干涉仪 )的光栅材料温度膨胀系数不准 (偏小 )所致差误。

半巨匕匕行程行程行程行程(a ) (b )

差误

差误

差误

双向定位精度 2 4 6 o林m卜 (单向定位精度: 2 4 6 0林m ) (;重复定位精度: 9 8 5《 )卿;;: 1位置系统偏差 8 8 8卜m ( ); 2 1换向误差: 0 ( )卿:. ..

.

.

(b )输入正确的光栅材料温度系数0 00 48.

0 00 36,

0 00 24.

_

_.

(e )

(d )一

0 0 0 12.

0 00 00.

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、

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,

、

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图2 L Z

试测中的位置误差曲线筒图

0 00 12.

一

0 00 24.

正式测量在试测并排除异常因素后开始正式测量,,,

一一

。

0 00 36 0 00 48一 .

按标

邪耀赞答韶魏靡书孟爵.重复定位精度: 6 9 3伽n ); .位置系统偏差: 2 3 9扣m );换向误差: 7 9林m ); O (

准规定坐标移动 5个循环后经计算机 (按数理统计 )处理显示和打印出测量结果包括位置误差数据和位置误差评定曲线,。

这是机床位置误差的原始状态数,,

(c )

提高跟随精度后

据对分析机床精度和今后机床维修非常有用必须储存在机床控制系统中以备查阅。

图 3光姗反馈系统在非恒温环境下调试的误差曲线

根据测量结果首先

,

月牙孙品沪曳谧二

制造杖术与机序2004

声

年第

5

期

膨胀系数对双频激光干涉仪输人补偿值造成测得位置系统误差很大。

,

经索取光栅尺厂家材料膨胀系数并,,

修改补偿值以后测得位置系统误差显著减小如图

,

b 3所示

。

由于该批立式车床机械运动副精度较高通,。

过进一步调整控制系统的跟随精度等最后获得了很

_发现。,

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d

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工艺与检测mm。

接采用电气补偿使换向误差调到 0 0 3 6 4 7时产生的轮廓误差也在 0 0 3.

铣圆

m m

左右肉眼几乎很难,

,

º当切削抗力足以推移主轴箱相对偏移时也会。

产生两种圆形误差,

主轴沿一个方向相对移动到某位。

高的位置精度曲线定控制在 02.

如图,

3

C

所示车削内外径误差稳。

,

置后受切削抗力推移到丝杠轴承滚道和螺母副滚道

0

0 1

m m

以内用户表示满意

非工作侧使主轴轨迹向外偏离理想圆弧一个距离如图 s a所示

当 X轴换向间隙补偿不足时到,,

Y

=

工作精度与位置精度的关系工作精度测试普遍采用美国 N A S (国家航宇标

0

并,

换向时。

,

X

轴即时折回到理想圆弧外某点后开始走圆。

产生的轮廓误差就等于机械间隙 b

另一种如图 sb二

准 )9 7 9规定的圆形一菱形一方形切削试验“”

该试

所示是

,

X

轴换向间隙补偿过量到,

,

Y

0

并换向时,。

,

X

验内容包括对机床点位控制工作精度和轮廓控制工作精度的试验。

轴上即时折回到理想圆内侧某点后开始走圆产生的轮廓误差等于机械间隙 b与换向误差B,

之和

我厂调

(1点位控制的钻镬加工孔系内部的位置精度 ),

试某数控龙门铣床过程中经过补偿后虽然换向误差仅为,

,

主要取决于机床的位置精度,

。

因钻锁加工的切削力一,

B

=

0

.

02 6

3 5,

mm

,

用较大的吃刀量和进给量铣圆,,

般不足以推动主轴箱产生相对移动所以数控机床钻膛加工的孔位精度基本与机床空载时测得的位置精

后沿圆周逐点测量直径测得 Y轴附近直径较最小

直径大,

0

.

nY,

m m

远大于换向误差查阅计算机内存反.

度相当,

。

向间隙补偿量达 0 0 8 5量复查,。

m m

,

补偿后反向间隙补偿过0.

(2 )轮廓加工的形状误差则不仅与机床位置精度有关还与机械进给系统的实际间隙有关圆为例加以说明。

轴丝杠轴向窜动达B。

02 8,

mm

。

经过消除轴,

这里以铣,

承座间隙并对丝杠加预拉力后测量位置精度显著提

高换向误差小为 0 033.

=

0

.

1 0

7

9 1 m

m

,

再次铣圆圆度误差缩

¹当切削抗力不足以推动主抽箱相对偏移时产生的圆形误差有两种状态,,。

m m

图 4 a是 X轴换向间隙补YY,

偿不足时即反向滞后主轴沿箭头方向相对移动到二

验收时要通过控制系统内存查阅原始补偿状况表1,

O

时换向后插补运动在一定阶段内只有x,。,

,

坐标在

变化而不引起开始走圆差B’

坐标的变化形成一段切线然后才。

是我厂验收某数控龙门铣床时从控制系统Y

它使实际轨迹偏离理想圆产生的轮廓误实际很小所以,,,

内存中调出的在1

轴原始 (出厂前 )补偿值,

。

可以看到

,

B

‘

小于等于换向误差 B (因图示B

、

5

4

0 m m.

行程滚珠丝杠的最大螺距累积误差 (伸m l n

几乎等于

)

。

图场是 X轴换向间隙补偿过量主‘

长)竟达

0 23 8

说明要么该丝杠的制造精度太低,,

,

轴沿箭头方向相对移动到一个等于换向误差。

Y

二

0。

并换向时

X

轴上产生

要么在装配调试过程中操作不当使其产生拉伸永久

B

的台阶,

然后开始走圆产生的,

变形 (后者可能性较小 )这将影响该坐标轴的整体位置精度。

轮廓误差等于换向误差 B与进给系统的实际机械间

隙无关

我厂使用的俄罗斯大型数控龙门铣床补验.

表

1

机床位置误差原始补偿值1 3 01 31 8 5,

收时发现机械进给系统换向间隙达 0Br

16 8 m m

。

曾直

斟杏叮瓶一

轴 Y轴补偿系数反向间隙 (内部脉冲当量 )螺补类型 ( 0无 1单向补偿点数

———,

2

—

双向

,

3 4、

—

扩展 )

}

拼竺

丁

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了斗阵

汁回{恤。

B

月

一轮廓误差;

B

一换向误差过量

B一换向误差; b一实际间隙

参考点偏差号补偿间隔 (内部脉冲当量 )偏差值 (内部脉冲当量 0 )偏差值(内部脉冲当量 l )偏差值 (内部脉冲当量 2 ),,,

50 000

23 82 332 3U

( a )间隙补侩不足

( b )间隙补偿

(a )间隙补偿 ( b )不足

间隙补偿过量

( 30 )

图 4切削抗力不足以使主轴箱相对偏移

图5

切削抗力足以使主轴箱相对偏移

月甲泳制造枚术与机期来 0 4 2 0年第‘吸猛二不幼分 5

工艺与检测、

。。 o .o n

g,

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天线回转曲面计算机辅助测量系统

‘

—摘

基于 Co r d

3

三坐标测量机的回转曲面测量技术

陆

源

吴锡兴,

苏晓红00 6,

1 (中国电子科技集团第三十九所陕西西安 7

) 5

要:本文论述了利用三坐标测量机测量天线回转曲面面精度的原理并在此基础上开发了天线回转曲面

计算机辅助测量系统实现了天线曲面面精度的快速测量和数据处理分析,

、

。

关键词三坐标测量机

:

回转曲面

曲面精度a s u ri no g S ys te m fr

T h e C o m Pu te r A i e d M e d

n th e A n te n n a T u rn i g S u r a e e f一

—(NA b s tr a e t: T h e mpu te ro

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抛物面天线的反射面是由抛物线感修正抛物线

数控机床一样按照编好的程序进行自动测量机载测量软件可以自动处理点信息完成孔平面直线等几,、、

,

,

(离散点 )围绕回转轴旋转形成属回转曲面,,、,

。

在天线

结构系统中曲面特征主要存在于面板纵筋环筋及成型模具等零件中对它们面型精度的描述一般采用均方根误差。

何元素的尺寸精度和形位公差的测量、

。

但是它一般不。

具备曲面曲线的自动测量功能需要用户根据不同类型曲面 (曲线 )专门定制测量程序和数据处理程序,

,

计算机数控 ( CN C )三坐标测量机可以象

4

结语(l通过控制系统的补偿功能可有效地提高机床 )

(4 )测试轮廓加工精度时要用接近满负荷切削深度和走刀量。。

(5 )铣圆时圆度误差的测量一定要坚持在圆度仪上测量这样测量得的圆周曲线可全面反映圆周上任,

的定位精度

但要全面地提高数控机床的工作精度,

,

还要实实在在地提高机床机械传动部件的机械精度包括减小配合间隙提高关键传动件的抗变形能力,,

,

何一点的误差大小和方位使分析能直观而准确。

,

。

仅

如滚珠丝杠的选购不单要看它的精度参数必须时还要规定其材质和硬度以获得更高的抗变形能力,

靠三坐标测量机测取圆周上若干点来判断圆度误差是很不准确的。

,

。

此

外还应取消不必要的中间传动装置由采用伺服电动机直接传动滚珠丝杠等,,。

,

:第一作者陈国深湖北省十堰市东风汽车有限公,

司设备制造厂邮编: 4,、

2

2 0

2

(2 )机床验收时不但要看几何精度位置精度和工作精度记录还要通过计算机内查阅调试过程中机

(编辑(收稿日

期:

周富荣)200 3一

4 0

一

1 0 )

床控制系统出广前的原始补偿数据了解机床潜在的制造精度问题。

,

霏霆墓巍爵舔输赫漏碱鑫篡羹扁婆晶碗

(3 )反向间隙补偿宁愿不足不要过量,

。

*

“

九五国防先进制造技术预研项目 ( 1 8”

.

1 3.

.

) 2

月分声夕制造技术与机期冻沁年第戈猛品

20 0 4

5