數(shù)控機床螺距誤差補償技術研究

1、2007年第41卷683數(shù)控機床螺距誤差補償技術研究楊永向丹姚屏廣東技術師范學院摘要:分析了數(shù)控機床螺距誤差的產(chǎn)生原因和誤差補償原理,介紹了SINUMERIK802S/C系統(tǒng)數(shù)控機床螺距誤差的等間距補償方法和基于激光干涉儀的動態(tài)補償方法,并給出了誤差補償實例。關鍵詞:數(shù)控機床,螺距誤差,誤差補償,等間距補償,動態(tài)補償InvestigationonPitchErrorCompensationTechnologyofNCMachineToolYangYongXiangDanYaoPingAbstract:ThecauseofpitcherrorofNCmachinetoolandtheprinci

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

3、種誤差補償技術,在加工過程中對誤差進行自動補償。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動精度,就必須采用螺距誤差補償功能,利用數(shù)控系統(tǒng)對誤差進行補償與修正。采用誤差補償功能的另一個原因是數(shù)控機床經(jīng)長時間使用后,由于磨損等原因造成精度下降,通過對機床進行周期檢定和誤差補償,可在保持精度的前提下延長機床的使用壽命。2螺距誤差補償原理將數(shù)控機床某軸的指令位置與高精度測量系統(tǒng)測得的實際位置進行比較,計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、實施控制時,會自動對該軸誤差值加以補償。誤差補償步驟如下:在機床上安裝高精度位移測量裝置;編制簡單程序,在整個行程上順序設置一些位置點;測量并記錄運行到這些位置點時的實際精確位置;標出各位置點的誤差值,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),按此表進行誤差補收稿日期:2006年9月以SINUMERIK802S/C數(shù)控系統(tǒng)為例,介紹數(shù)控機床螺距誤差的等間距補償。補償通過補償文件進行,以Z軸作為補償軸,補償起始點為100mm(絕對坐標),補償間隔為100mm,補償終止點為1200mm(絕對坐標)。首先設定螺補軸的補償參數(shù)(見表1)。系統(tǒng)在下一次上電時將對系統(tǒng)內(nèi)

5、存進行重新分配,用戶信息如零件程序、固定循環(huán)、刀具參數(shù)等會被清除,所以設定參數(shù)之前應將用戶信息卸載到計算機中。然后利用工具盒盤中的TRANS802.BAT將螺補文件讀入計算機中,填入數(shù)據(jù)后傳回數(shù)控系統(tǒng)。表1螺補參數(shù)的設定軸參數(shù)號38000參數(shù)名MM-ENC-COMP-MAX-POINTS單位-軸X,Y,Z實驗值參數(shù)定義13每軸螺距補償點數(shù)設置螺補功能激活參數(shù)(見表2)。需要注意,MD32700=1時,802S/C內(nèi)部補償文件自動進入寫保護狀態(tài)。如果需要修改補償值,須先修改補償文件,還須將MD32700=0,待補償值輸入802S/C后再恢復MD32700=1。系統(tǒng)再次上電,螺補功能設定完畢。需要

6、注意,螺距誤差補償是按軸進行的,且必須返回參考點后才會生效。表2螺補功能激活參數(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X,Y,Z1螺補生效軸螺距誤差的等間距補償簡單易行,但該方法補84工具技術償點的位置一般是固定的,數(shù)據(jù)補償后就無法改變。而機床的實際情況往往會發(fā)生變化,如機床坐標軸長度不一,機床使用一段時間后磨損情況也各不相同,坐標軸的中間區(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)控機床,等間距螺距誤差補償很難適應坐標軸磨損動態(tài)變化的實際情況,一般需要采用以雙頻激光干涉儀作為測量環(huán)節(jié)的動態(tài)誤差補償。4基于雙頻激光干涉儀

7、的動態(tài)補償(1)雙頻激光干涉儀工作原理通過串口RS232將計算機與SINUMERIK802S/C系統(tǒng)的CNC控制器相聯(lián)接,用Delphi編寫自動控制軟件,由計算機控制雙頻激光干涉儀與數(shù)控機床同步工作,并對數(shù)控機床的實際位置進行測量;計算機通過數(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行比較,其差值送入計算機進行處理;誤差補償軟件將計算出的誤差補償值通過補償接口輸入數(shù)控系統(tǒng)進行動態(tài)誤差補償。(3)誤差補償實例對一臺SINUMERIK802S/C系統(tǒng)數(shù)控機床的X軸螺距誤差進行補償,圖3。,機。如圖1所示,利用賽曼效應,激光器1產(chǎn)生的光束經(jīng)/4波片2和分光器3后變?yōu)檎駝臃?/p>

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動時,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,但此時的信號中已含有機床移動信息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床的實際移動距離。(a)補償前的螺距誤差曲線(b)補償后的螺距誤差曲線圖3補償前后的螺距誤差曲線對比5結語數(shù)控機床螺距誤差的等間距補償和動態(tài)補償各有其優(yōu)勢與不足。等間距補償簡單易行,成本較低,對我國大量普通機床的技術改造以及中低檔數(shù)控機床的精度提高具有一定適用價值;動態(tài)補償操作較復

9、雜,成本較高,但對機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)控機床。為了降低成本,在機床技術改造中也可用單片機代替計算機控制雙頻激光干涉儀與數(shù)控機床同步工作。參考文獻圖1雙頻激光干涉儀測量原理(2)螺距誤差動態(tài)補償?shù)膶崿F(xiàn)對數(shù)控機床螺距誤差進行動態(tài)補償?shù)南到y(tǒng)原理見圖2。圖2螺距誤差動態(tài)補償系統(tǒng)原理1嚴愛珍.數(shù)控原理與系統(tǒng).北京:機械工業(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行了改進,使主切削刃呈圓弧狀。這種鉆頭的壽命高于標準鉆頭壽命,在加工碳鋼時刀具壽命可提高0165倍;加工鑄鐵時刀具壽命可提高5倍以上,同時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,單平面刃磨時可以每刃面單獨進行(見圖1a),也可以兩刃面同時進行(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目(項目編號:05C091)湘潭市科學技術局基金項目(項目編號:GY200503)收稿日期:2006年6月的基礎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及過早磨損鉆頭。平面磨法刃磨動作簡單,效率高,但橫刃垂直于鉆軸,軸向抗力大,鉆孔擴張量大,一般認為這種方法

12、只適宜刃磨小直徑(直徑小于3mm)鉆頭。實際上,如果結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,由于其刃磨成形運動單一,因而在手工刃磨和機械刃磨中廣泛采用錐面刃磨法,國外有許多數(shù)控鉆尖刃磨機都是基于該種刃磨方式,北京航空航天大學研究所研制的CNC-7DGA數(shù)控群鉆刃磨機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,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),刃磨運動為鉆頭或砂輪繞錐軸的擺動。刃磨后鉆頭的優(yōu)點是后角分配較為合理,主切削刃形狀好且散熱性好,強度高;缺點是橫刃長,工作條件差。這種磨法刃磨的效率低于螺旋機械工程,1998,9(12):48522JMLai,JSLiao.Modelingandanalysisofnonlinearguiderwayfordoubleballbar(DBB)measurementanddiagnosis.