數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償技術(shù)研究

1、2007年第41卷683數(shù)控機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償技術(shù)研究楊永向丹姚屏廣東技術(shù)師范學(xué)院摘要:分析了數(shù)控機(jī)床螺距誤差的產(chǎn)生原因和誤差補(bǔ)償原理,介紹了SINUMERIK802S/C系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床螺距誤差的等間距補(bǔ)償方法和基于激光干涉儀的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法,并給出了誤差補(bǔ)償實(shí)例。關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床,螺距誤差,誤差補(bǔ)償,等間距補(bǔ)償,動(dòng)態(tài)補(bǔ)償InvestigationonPitchErrorCompensationTechnologyofNCMachineToolYangYongXiangDanYaoPingAbstract:ThecauseofpitcherrorofNCmachinetoolandtheprinci

2、pleoferrorcompensationwereanalyzed.Theequaldis2tancecompensationandthelaser2interferometer2baseddynamiccompensationforpitcherrorofmachinetoolwithSINUMERIK802S/CNCsystemwereintroduced,andanexampleoferrorcompensationwasKeywords:NCmachinetool,pitcherror,errorcompensation,distancecom,pensation1引言,還需要采用各

3、種誤差補(bǔ)償技術(shù),在加工過程中對誤差進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。在半閉環(huán)加工系統(tǒng)中,定位精度在很大程度上受到滾珠絲杠精度的影響,盡管可以不斷提高滾珠絲杠的制造精度,但制造誤差總是存在。為了獲得超過滾珠絲杠制造精度的運(yùn)動(dòng)精度,就必須采用螺距誤差補(bǔ)償功能,利用數(shù)控系統(tǒng)對誤差進(jìn)行補(bǔ)償與修正。采用誤差補(bǔ)償功能的另一個(gè)原因是數(shù)控機(jī)床經(jīng)長時(shí)間使用后,由于磨損等原因造成精度下降,通過對機(jī)床進(jìn)行周期檢定和誤差補(bǔ)償,可在保持精度的前提下延長機(jī)床的使用壽命。2螺距誤差補(bǔ)償原理將數(shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度測量系統(tǒng)測得的實(shí)際位置進(jìn)行比較,計(jì)算出在全行程上的誤差曲線,并將誤差值以表格形式輸入數(shù)控系統(tǒng)中。加工過程中,數(shù)控系統(tǒng)在對該軸

4、實(shí)施控制時(shí),會自動(dòng)對該軸誤差值加以補(bǔ)償。誤差補(bǔ)償步驟如下:在機(jī)床上安裝高精度位移測量裝置;編制簡單程序,在整個(gè)行程上順序設(shè)置一些位置點(diǎn);測量并記錄運(yùn)行到這些位置點(diǎn)時(shí)的實(shí)際精確位置;標(biāo)出各位置點(diǎn)的誤差值,形成在不同的指令位置處的誤差表;通過多次測量,取平均值;將修正表輸入數(shù)控系統(tǒng),按此表進(jìn)行誤差補(bǔ)收稿日期:2006年9月以SINUMERIK802S/C數(shù)控系統(tǒng)為例,介紹數(shù)控機(jī)床螺距誤差的等間距補(bǔ)償。補(bǔ)償通過補(bǔ)償文件進(jìn)行,以Z軸作為補(bǔ)償軸,補(bǔ)償起始點(diǎn)為100mm(絕對坐標(biāo)),補(bǔ)償間隔為100mm,補(bǔ)償終止點(diǎn)為1200mm(絕對坐標(biāo))。首先設(shè)定螺補(bǔ)軸的補(bǔ)償參數(shù)(見表1)。系統(tǒng)在下一次上電時(shí)將對系統(tǒng)內(nèi)

5、存進(jìn)行重新分配,用戶信息如零件程序、固定循環(huán)、刀具參數(shù)等會被清除,所以設(shè)定參數(shù)之前應(yīng)將用戶信息卸載到計(jì)算機(jī)中。然后利用工具盒盤中的TRANS802.BAT將螺補(bǔ)文件讀入計(jì)算機(jī)中,填入數(shù)據(jù)后傳回?cái)?shù)控系統(tǒng)。表1螺補(bǔ)參數(shù)的設(shè)定軸參數(shù)號38000參數(shù)名MM-ENC-COMP-MAX-POINTS單位-軸X,Y,Z實(shí)驗(yàn)值參數(shù)定義13每軸螺距補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)設(shè)置螺補(bǔ)功能激活參數(shù)(見表2)。需要注意,MD32700=1時(shí),802S/C內(nèi)部補(bǔ)償文件自動(dòng)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)。如果需要修改補(bǔ)償值,須先修改補(bǔ)償文件,還須將MD32700=0,待補(bǔ)償值輸入802S/C后再恢復(fù)MD32700=1。系統(tǒng)再次上電,螺補(bǔ)功能設(shè)定完畢。需要

6、注意,螺距誤差補(bǔ)償是按軸進(jìn)行的,且必須返回參考點(diǎn)后才會生效。表2螺補(bǔ)功能激活參數(shù)表軸參數(shù)號32700參數(shù)名ENC-COMP-ENABLE單位輸入值參數(shù)定義0無螺補(bǔ)X,Y,Z1螺補(bǔ)生效軸螺距誤差的等間距補(bǔ)償簡單易行,但該方法補(bǔ)84工具技術(shù)償點(diǎn)的位置一般是固定的,數(shù)據(jù)補(bǔ)償后就無法改變。而機(jī)床的實(shí)際情況往往會發(fā)生變化,如機(jī)床坐標(biāo)軸長度不一,機(jī)床使用一段時(shí)間后磨損情況也各不相同,坐標(biāo)軸的中間區(qū)域由于使用頻率高,精度喪失快;而兩端使用較少,磨損也較小。對于高精度的數(shù)控機(jī)床,等間距螺距誤差補(bǔ)償很難適應(yīng)坐標(biāo)軸磨損動(dòng)態(tài)變化的實(shí)際情況,一般需要采用以雙頻激光干涉儀作為測量環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。4基于雙頻激光干涉儀

7、的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償(1)雙頻激光干涉儀工作原理通過串口RS232將計(jì)算機(jī)與SINUMERIK802S/C系統(tǒng)的CNC控制器相聯(lián)接,用Delphi編寫自動(dòng)控制軟件,由計(jì)算機(jī)控制雙頻激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作,并對數(shù)控機(jī)床的實(shí)際位置進(jìn)行測量;計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡采集雙頻激光干涉儀的測量數(shù)據(jù),并與CNC譯碼器輸出的指令值進(jìn)行比較,其差值送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;誤差補(bǔ)償軟件將計(jì)算出的誤差補(bǔ)償值通過補(bǔ)償接口輸入數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償。(3)誤差補(bǔ)償實(shí)例對一臺SINUMERIK802S/C系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床的X軸螺距誤差進(jìn)行補(bǔ)償,圖3。,機(jī)。如圖1所示,利用賽曼效應(yīng),激光器1產(chǎn)生的光束經(jīng)/4波片2和分光器3后變?yōu)檎駝?dòng)方

8、向相互垂直、頻率分別為f1和f2的線偏振光。由分光器3反射的光束送入檢偏比較器8號。透過分光器3路,2動(dòng)時(shí),f,f2信號變?yōu)閒2+f;垂直于分光鏡面的f1信號反射到固定反射鏡6上,經(jīng)再次反射后兩路信號在偏振分光器4中會合,但此時(shí)的信號中已含有機(jī)床移動(dòng)信息f;經(jīng)反射鏡7后送入檢偏比較器8,兩路信號比較后的脈沖差值即為機(jī)床的實(shí)際移動(dòng)距離。(a)補(bǔ)償前的螺距誤差曲線(b)補(bǔ)償后的螺距誤差曲線圖3補(bǔ)償前后的螺距誤差曲線對比5結(jié)語數(shù)控機(jī)床螺距誤差的等間距補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償各有其優(yōu)勢與不足。等間距補(bǔ)償簡單易行,成本較低,對我國大量普通機(jī)床的技術(shù)改造以及中低檔數(shù)控機(jī)床的精度提高具有一定適用價(jià)值;動(dòng)態(tài)補(bǔ)償操作較復(fù)

9、雜,成本較高,但對機(jī)床精度提高效果顯著,尤其適用于高精度小型、微形零件加工用數(shù)控機(jī)床。為了降低成本,在機(jī)床技術(shù)改造中也可用單片機(jī)代替計(jì)算機(jī)控制雙頻激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作。參考文獻(xiàn)圖1雙頻激光干涉儀測量原理(2)螺距誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床螺距誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)原理見圖2。圖2螺距誤差動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)原理1嚴(yán)愛珍.數(shù)控原理與系統(tǒng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998:1461482007年第41卷685不同的刃磨方法對鉆頭性能影響的分析3郭延文黃禎祥湘潭大學(xué)1引言金屬切削刀具的幾何形狀和角度是影響刀具切削性能和被加工工件質(zhì)量的主要因素之一。鉆頭也不例外,合理選擇鉆尖的幾何形狀和角度,可以很大

10、程度地改善鉆削特性。如蘇聯(lián)查波羅什變壓器生產(chǎn)聯(lián)合公司對麻花鉆的切削部分幾何形狀進(jìn)行了改進(jìn),使主切削刃呈圓弧狀。這種鉆頭的壽命高于標(biāo)準(zhǔn)鉆頭壽命,在加工碳鋼時(shí)刀具壽命可提高0165倍;加工鑄鐵時(shí)刀具壽命可提高5倍以上,同時(shí)加工表面光潔度可提高12級。美國、螺旋面鉆尖、)軸向抗力有很大差異。天津大學(xué)科研人員將鉆頭后刀面刃磨成雙曲面后刀面,形成“S”型橫刃,這種鉆型的軸向力比錐面麻花鉆平均下降24%,扭矩平均下降25%,鉆孔時(shí)的定心和刀具耐用度都得到了改善。由此可見,合理選擇鉆尖的幾何形狀和角度在很大程度上可以改善鉆削特性。鉆尖的幾何形狀和角度可以通過刃磨獲得。2各種刃磨方法分析鉆尖刃磨主要是沿主后刀

11、面刃磨,刃磨方法有平面磨法、錐面磨法、圓柱面磨法、螺旋面磨法等。2.1鉆尖的平面刃磨法平面刃磨法分為單平面法與雙平面法兩種,單平面刃磨時(shí)可以每刃面單獨(dú)進(jìn)行(見圖1a),也可以兩刃面同時(shí)進(jìn)行(見圖1b),其中兩刃一次成形刃磨法的效率比較高。雙平面刃磨方法是在第一后刀面3湖南省教育廳基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號:05C091)湘潭市科學(xué)技術(shù)局基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號:GY200503)收稿日期:2006年6月的基礎(chǔ)上再用平面磨法磨出第二后刀面,通常第二后刀面為加大后角的平面,以減少鉆頭后刀面擦傷被加工面的危險(xiǎn)及過早磨損鉆頭。平面磨法刃磨動(dòng)作簡單,效率高,但橫刃垂直于鉆軸,軸向抗力大,鉆孔擴(kuò)張量大,一般認(rèn)為這種方法

12、只適宜刃磨小直徑(直徑小于3mm)鉆頭。實(shí)際上,如果結(jié)合修磨橫刃的方法可以顯著改善鉆頭的切削性,獲得滿意的制孔質(zhì)量。40mm的鉆頭,(a)(b)圖1平面刃磨法212鉆尖的錐面刃磨法錐面刃磨法是目前國內(nèi)外采用最普遍的鉆頭后刀面刃磨方法之一,由于其刃磨成形運(yùn)動(dòng)單一,因而在手工刃磨和機(jī)械刃磨中廣泛采用錐面刃磨法,國外有許多數(shù)控鉆尖刃磨機(jī)都是基于該種刃磨方式,北京航空航天大學(xué)研究所研制的CNC-7DGA數(shù)控群鉆刃磨機(jī)床也是采用錐面刃磨法,其刃磨法的原理如圖2所示。錐面刃磨時(shí),鉆頭后刀面仍是半錐角為的圓錐的一部分。通過調(diào)整錐角及鉆頭相對圓錐的位置可以改變?nèi)心?shù),刃磨運(yùn)動(dòng)為鉆頭或砂輪繞錐軸的擺動(dòng)。刃磨后鉆頭的優(yōu)點(diǎn)是后角分配較為合理,主切削刃形狀好且散熱性好,強(qiáng)度高;缺點(diǎn)是橫刃長,工作條件差。這種磨法刃磨的效率低于螺旋機(jī)械工程,1998,9(12):48522JMLai,JSLiao.Modelingandanalysisofnonlinearguiderwayfordoubleballbar(DBB)measurementanddiagnosis.