數控機床進給軸（zhóu）位置精度（dù）的測量與優化-齒輪加工機床網-數控機床市場網

您現在的位置：齒輪加工機床（chuáng）網（wǎng）> 加工與維（wéi）修>數控機床進給軸位置精度的測量與優（yōu）化

數控機床（chuáng）進給軸位置精度的測量與優（yōu）化

2021-3-8 來源：武警海警學院機電管理係作者：楊少兵陳忠維

摘要數控機床進給軸位置精度對加工精度具有重要影（yǐng）響。通過使用雷尼紹XL-80型激光幹涉儀測量某型數控車床X、Z軸的（de）定位誤差數據，利用軟件分析得到反向間隙補償值和螺距誤差補償值，並（bìng）在西（xī）門子840D sl數控係統中進行（háng）反向間隙補償和螺（luó）距誤差補償；兩（liǎng）進（jìn）給軸誤差補償前後（hòu）位置精度的（de）實際測量結果表明，其定位精度和重複定位精度得到（dào）了顯著的提高（gāo）。

關鍵詞數控機床；進給軸位置精度；激光幹涉儀；反向間隙補償（cháng）；螺距（jù）誤差（chà）補償

數控機床加工精度主要由加工刀具與（yǔ）工件間穩固的（de）相對位置決定，而進給軸位（wèi）置精度是刀具與工件（jiàn）相對（duì）位置的（de）基本決定因素。因此，提高機（jī）床進給軸的位置精度，對提高工件的加工品（pǐn）質具有重要意義。機（jī）床進給軸的位置精度（dù）主要表現在滾珠絲杠反向間隙、直線運動軸定位精度及重（chóng）複定位精度 3 個方麵。在機床裝（zhuāng）配（pèi）調（diào）試與運行管（guǎn）理維護過程中，通常使用數控係統軟件補償方式，以消除因零部件（jiàn）製造誤差、裝配誤差、運行磨損等引起的進給軸直線運動位置誤差，如反向間隙、螺距誤差等，進而提高進給軸的位置（zhì）精度。

本文以某型配備西門（mén）子 SIMUMERIK840D sl 係統的機床為研究對象，其（qí）數控係統配備PCU 50.5-C控製單元、NCU 710.2數控單元；進給軸 X 有效行程為 1100 mm，測（cè）量裝置為海德漢LS187C-1340型（xíng）光柵（shān）尺；Z軸有效行程為370 mm，測量（liàng）裝置為海德漢 LS187C-440 型光柵尺（chǐ）。在其精（jīng）度調試過程中，使用雷尼紹 XL-80 型激光幹涉儀實（shí）現對直線運動軸 X 與運動位置精度的測

量；基（jī）於對應（yīng）的運（yùn）行（háng）誤差數據，求得相應（yīng）進給軸滾珠絲杠的反向間隙補償值和螺（luó）距誤差補償值，並在數控係統中對反向間隙和螺距誤差進行軟（ruǎn）件補償，以實現提高X、Z軸位置精（jīng）度的目的。

1 、進給軸位置誤差（chà）測量

使用激（jī）光幹涉儀XL-80測量係統的線性測長組件測量進給軸的位置誤差（chà），主要包括激光頭、補償器、帶雲台的三腳架及線（xiàn）性測量鏡（jìng）組。線性（xìng）測量鏡（jìng）組主要由分光鏡、線（xiàn）性反射鏡及（jí）光靶組成。數據采集與分（fèn）析分別使用（yòng）專用的線性測長軟件與數據分析軟件。下麵以X軸為例，介紹進給軸位置誤差測量。

1.1 激光（guāng）幹涉儀測量準備

測量 X 軸線性位移時，主要（yào）測量組件在機床上的基本布置如（rú）圖1所（suǒ）示。應先做好測量前的準備工（gōng）作。

1）在X軸運行（háng）方向前方穩（wěn）固地架設（shè）好三腳架與雲台，在雲台上固定好激光頭，調整位姿微調旋（xuán）鈕，使各個方（fāng）向的調整行程處於中間位置。

2）連接好激光頭電源及溫度、濕度傳感器，打開電源開關，轉動激光頭光閘，使射出的激光束最細；調節（jiē）三腳架位置與（yǔ）腳的高度，配合使用係統自帶的微型水平儀，使激光頭水平，且射出的激光束與X軸運行方向基本平行。

3）將 X 軸滑台（tái）移動到離激光頭最近的位置，在滑台上固定好反射鏡；調整磁力表座位置和（hé）高度，配合使用（yòng）微型水平儀（yí）與光靶（bǎ），使反射鏡水平，且激光正中光靶靶心。

4）利用手（shǒu）輪緩慢移動滑台遠離激光頭，調整（zhěng）雲台的左右角度，使光點向相反方（fāng）向偏離光靶中心大致相（xiàng）同的距離；移動滑台（tái）靠近激光頭，調整雲（yún）台的左右位置，使激光束正中反射鏡（jìng）靶心。

5）重（chóng）複過程 4），直（zhí）至 X 軸移動過（guò）程中（zhōng）激光束始終擊（jī）中反射鏡靶（bǎ）心而（ér）不偏離，此時激光束與 X軸運行方向已完全平行；去掉光靶，旋轉激光頭閘至工作位置，反射（shè）光（guāng）束應全部射入激光接收孔（kǒng），激光頭5個信號強度指示燈應至（zhì）少點亮4個。

6）在激光頭與反射鏡之間的合適位置（zhì）固定好分光鏡，將分光鏡分光到反射鏡的一側（cè）用光（guāng）靶蓋（gài）住，調整磁力表座位（wèi）置（zhì）與高度，使分光鏡的反射光（guāng）束完全射入激（jī）光頭接收孔，且信號強度指示燈至少點（diǎn）亮4個（gè）。

7）取下（xià）分光鏡分（fèn）光（guāng）到反射鏡一側（cè）的光靶，此（cǐ）時激光束應（yīng）通過分光鏡（jìng）至（zhì）反射鏡，反射後光束再次回到（dào）分光鏡（jìng），並與分光鏡上的反（fǎn）射光束產生幹涉，幹涉光束被激光頭接收，接收信（xìn）號強（qiáng）度（dù）指示燈應（yīng）至少（shǎo）點亮4隻。測量準備工作完成。

圖（tú）1 測量X軸線性位（wèi）移主要組件在（zài）機床上的基本布置圖（tú）

1.2 數據測量

激光幹涉儀（yí）安裝就緒後，編寫專門用於數據測量的機床運行程序，並設置（zhì）好數據采集軟件，運行數控（kòng）程序，便可實現數據的自動采集。數據測量前，應在（zài）數控係（xì）統中（zhōng）將（jiāng）反向間隙值設置為

0，即MD32450 BACKLASH[1]=0；禁（jìn）止（zhǐ）螺距誤差（chà）補償，即32700 ENC_COMP_ENABLE[1]=0 。

1.2.1 機床進給（gěi）軸（zhóu）測量運行程序

機床 X 軸（zhóu）有效（xiào）行程為 1100 mm，絕對坐標位置為-450.000～+650.000，數據（jù）測量間隔為100 mm，每一行程共測量 11 個點的數據。故設置數（shù）控程序起始點為-400、終止點為600，每運（yùn）行100 mm停止 4 s，等待激光幹涉儀采集數據；滑台運行到兩端後越程 4 mm 返回，共（gòng）運行 5 次。數控（kòng）程（chéng）序如下：

啟（qǐ）動數控程序（xù），當滑台從-404 mm 運行到（dào）-400 mm位置、即在第一個GOF4處時，暫停程序，待設置好數據采集軟件後再（zài）開始運行。

1.2.2 線性位移數據采（cǎi）集與分析

啟（qǐ）動電腦（nǎo）上的（de）線性測長軟件，按照（zhào）提示的步驟，進行數據采集參數設置。設置（zhì）第一定位點0 mm、最終定位點1000 mm，間距值100 mm，精度（dù）為小數點後3位；設置測（cè）量定位（wèi）方式為線性定位，測量次數為 5 次，方向為雙向；填寫測量時間、地點等信息；數據采集方式、停止周期、越程大小等為缺省值。完成上述設置後，軟件自動開始測量，自動采集的第一個數據為 0.000 mm

。此時啟動數控程序，軟件便自動在每個暫停時間段（duàn）采集相應的線性位移（yí）數（shù）值，直至全部 55 個點的數據采集完畢。

打開數據分析軟件，X軸線性測長誤（wù）差曲線如圖2所（suǒ）示，其中橫坐（zuò）標（biāo）表示測量目標值、縱坐標表（biǎo）示實測值與目標值的差值。

圖2 X軸線性測長誤差曲線（xiàn）

在“分析數據”菜單中選擇（zé）“ISO 230-2 1997統計數表”項，用軟件計算出實（shí）際的各項誤差值。可以得（dé）到（dào），X軸反向間隙為6.1 μm、重複定位精度為6.8 μm、定位精度為31.4 μm。

2 、反向間（jiān）隙補償與螺距誤差補償

根（gēn）據測得的實際誤差值，利用數據分析軟件，得到補償數據。在“分析數據”菜單中選擇“誤差補償圖（tú）表”，設（shè）置（zhì）圖表類型為（wéi）“均值補（bǔ）償”，補償類型為“絕對值”，補（bǔ）償分（fèn）辨率為0.001 mm，正負符號轉（zhuǎn）換為“誤差值”，補償起點為0、終點為（wéi）1000 mm，間隔為（wéi） 100mm。然後單擊“繪製（zhì）誤差補償圖表”，得（dé）到軸反向間隙補償數據為-0.0004 mm。螺（luó）距誤差補償數（shù）據如表1所示（shì）。

表1 X軸（zhóu）螺距誤差補償數據

2.1 反向間隙補償

根據上述（shù）誤差數據，將反向間隙補償值輸入到數控（kòng）係統中，即（jí）MD32450 BACKLASH[1]=-0.004，然後按 Reset，機床回參考點後（hòu）反向間隙補（bǔ）償（cháng）生效。

2.2 螺（luó）距誤差補償

根據（jù）西門子 840D sl 數控係（xì）統螺距誤差補償使用說明，按如下（xià）步驟（zhòu）進行螺距誤差補償：

1）根（gēn）據“誤（wù）差補償圖表”編製補償文件，文件名為X-BUCHANG.MPF，如表2所示（shì）。

表2 X軸誤差補償文（wén）件（jiàn）

注：方括號（hào）內第 1 個“1”代表測量係（xì）統為光柵（shān）尺、第 2 個數字代表補償點，“AX1”表示軸1，即X軸

2）計算補（bǔ）償點數N：

式中：Cmax表示補償位置（zhì）坐標上限，Cmin表（biǎo）示補償位置坐標下限，C 表示補償（cháng）間（jiān）距。

根據 X 軸實際情況，其補償點數 N 為 11。在數控係統中設置參數 MD38000[1]=11，方括號中的“”表示機床（chuáng）采用光（guāng）柵尺作為測量係統（tǒng）。修改參數MD38000時應（yīng）注意數據備份。

3）設置參（cān）數（shù） MD32700=0，將上述螺距誤差補償文件 X-BUCHANG.MPF 拷貝到數控係統中，並執行一次；再將 MD32700 設（shè）置為 1，按複位鍵，機（jī）床回參考點，螺（luó）距誤差（chà）補償功能（néng）立即生。

3、誤差補償前後進給軸位置精度對比

X 軸反向間（jiān）隙補償和（hé）螺距誤（wù）差補償生效後，使用 XL-80 激光幹涉儀再次測（cè）量該軸的位置精度，其線性測長誤差曲線如圖3所（suǒ）示。

圖3 X軸誤差補（bǔ）償後線性測（cè）長誤差曲線

X 軸進行誤差補償前後，其位（wèi）置精度數值如表 3 所示，定位精（jīng）度提高了 598%，重複（fù）定位精度提高了（le）106%。該機床 Z 軸有效（xiào）行程範圍（wéi）為−330～40 mm，設置補償初始位置為−300、終止位置為0，間距為50 mm，共（gòng）補償 7 個點。按照（zhào） X 軸補償方法，對 Z軸進行反向間隙補償（cháng）與螺距（jù）誤差補償。如（rú）表4所示，補償後定位精度提高了 165%，重複定位精度提高了（le）111%

。

表3 X軸誤差補償前後位置精度對比

表4 Z軸誤差補償前後位置精度對比

4 、結束語

在新機床的裝（zhuāng）配調（diào）試與舊機（jī）床的維護保養中，利用激光幹涉儀測量進給軸的位置誤差，並在數控係統中進行反向間隙補償和（hé）螺距誤差補償，能（néng）有效地提高進給軸的位置精度。這項工作（zuò）對提高加工質量、節約經費等具有重要意義。本文講述的機床進給軸位置誤差補償方法和過程具有普遍性，不同的測量方法、不同的數控係統（tǒng），均能實（shí）現（xiàn）軟件誤差補償功能（néng），應在機床的調試和維護中大力普（pǔ）及和推廣。

投稿（gǎo）箱（xiāng）：
如（rú）果您有機床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企（qǐ）推薦

業界視點

| 更多（duō）

行業數據

| 更多

博文選（xuǎn）萃

| 更多