如何提高数控机床的精度

2006年12月12日

目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准B10931-89等。同一台机床,由于采用的标准不同,所得到的位置精度也不相同,因此在选择数控机床的精度指标时,也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。

一、反向偏差

在数控机床上,由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在,造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差,通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床,反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度,从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时,反向偏差会影响插补运动的精度,若偏差过大就会造成“圆不够圆,方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中,反向偏差影响机床的定位精度,使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时,随着设备投入运行时间的增长,反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加,因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。

反向偏差的测定

反向偏差的测定方法:在所测量坐标轴的行程内,预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准,再在同一方向给予一定移动指令值,使之移动一段距离,然后再往相反方向移动相同的距离,测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次),求出各个位置上的平均值,以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离,否则不能得到正确的反向偏差值。

测量直线运动轴的反向偏差时,测量工具通常采有千分表或百分表,若条件允许,可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时,需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长,因为测量时由于悬臂较长,表座易受力移动,造成计数不准,补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量,则能使测量过程变得更便捷更精确。

例如,在三坐标立式机床上测量X轴的反向偏差,可先将表压住主轴的圆柱表面,然后运行如下程序进行测量:

N10G91G01X50F1000；工作台右移

N20X-50；工作台左移,消除传动间隙

N30G04X5；暂停以便观察

N40Z50；Z轴抬高让开

N50X-50:工作台左移

N60X50:工作台右移复位

N70Z-50:Z轴复位

N80G04X5:暂停以便观察

N90M99；

需要注意的是,在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下,低速的测出值要比高速的大,特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低,不易发生过冲超程(相对“反向间隙”),因此测出值较大；在高速时,由于工作台速度较高,容易发生过冲超程,测得值偏小。

回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同,只是用于检测的仪器不同而已。