目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢驗(yàn)通常采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-2或國家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺機(jī)床,由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同,所得到的位置精度也不相同,因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時,也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對于這二者的測定和補(bǔ)償是提高加工精度的必要途徑。
1、反向偏差
在數(shù)控機(jī)床上,由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、伺服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動傳動副的反向間隙等誤差的存在,造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動時形成反向偏差,通常也稱反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,反向偏差的存在就會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01切削運(yùn)動時,反向偏差會影響插補(bǔ)運(yùn)動的精度,若偏差過大就會造成“圓不夠圓,方不夠方”的情形;而在G00快速定位運(yùn)動中,反向偏差影響機(jī)床的定位精度,使得鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時,隨著設(shè)備投入運(yùn)行時間的增長,反向偏差還會隨因磨損造成運(yùn)動副間隙的逐漸增大而增加,因此需要定期對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測定和補(bǔ)償。
反向偏差的測定
反向偏差的測定方法:在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi),預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準(zhǔn),再在同一方向給予一定移動指令值,使之移動一段距離,然后再往相反方向移動相同的距離,測量停止位置與基準(zhǔn)位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次),求出各個位置上的平均值,以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時一定要先移動一段距離,否則不能得到正確的反向偏差值。
測量直線運(yùn)動軸的反向偏差時,測量工具通常采有千分表或百分表,若條件允許,可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測量時,需要注意的是表座和表?xiàng)U不要伸出過高過長,因?yàn)闇y量時由于懸臂較長,表座易受力移動,造成計數(shù)不準(zhǔn),補(bǔ)償值也就不真實(shí)了。若采用編程法實(shí)現(xiàn)測量,則能使測量過程變得更便捷更精確。
需要注意的是,在工作臺不同的運(yùn)行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。一般情況下,低速的測出值要比高速的大,特別是在機(jī)床軸負(fù)荷和運(yùn)動阻力較大時。低速運(yùn)動時工作臺運(yùn)動速度較低,不易發(fā)生過沖超程(相對“反向間隙”),因此測出值較大;在高速時,由于工作臺速度較高,容易發(fā)生過沖超程,測得值偏小。回轉(zhuǎn)運(yùn)動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同,只是用于檢測的儀器不同而已。
反向偏差的補(bǔ)償
國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床,定位精度有不少>0.02mm,但沒有補(bǔ)償功能。對這類機(jī)床,在某些場合下,可用編程法實(shí)現(xiàn)單向定位,清除反向間隙,在機(jī)械部分不變的情況下,只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn),然后再開始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給中遇反向時,給反向間隙值再正式插補(bǔ),即可提高插補(bǔ)加工的精度,基本上可以保證零件的公差要求。
對于其他類別的數(shù)控機(jī)床,通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個地址,專供存儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個軸被指令改變運(yùn)動方向時,數(shù)控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值,對坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正,使機(jī)床準(zhǔn)確地定位在指令位置上,消除或減小反向偏差對機(jī)床精度的不利影響。一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用,為了兼顧高、低速的運(yùn)動精度,除了要在機(jī)械上做得更好以外,只能將在快速運(yùn)動時測得的反向偏差值作為補(bǔ)償值輸入,因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時的插補(bǔ)精度。
2、定位精度
數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度,是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項(xiàng)重要精度,它與機(jī)床的幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響,尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工精度,所以對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。
定位精度的測定
目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析,利用激光干涉測量原理,以激光實(shí)時波長為測量基準(zhǔn),所以提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測方法如下:
(1)安裝雙頻激光干涉儀;
(2)在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置;
(3)調(diào)整激光頭,使測量軸線與機(jī)床移動軸線共線或平行,即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直;
(4)待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù);
(5)按規(guī)定的測量程序運(yùn)動機(jī)床進(jìn)行測量;
(6)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。
定位精度的補(bǔ)償
若測得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍,則必須對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償。常用方法是計算出螺距誤差補(bǔ)償表,手動輸入機(jī)床CNC系統(tǒng),從而消除定位誤差,由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn),所以手動補(bǔ)償需要花費(fèi)較多時間,并且容易出錯。
定位精度是數(shù)控機(jī)床的一個重要指標(biāo)。盡管在用戶購選時可以盡量挑選精度高誤差小的機(jī)床,但是隨著設(shè)備投入使用時間越長,設(shè)備磨損越厲害,造成機(jī)床的定位誤差越來越大,這對加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響。采用以上方法對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進(jìn)行準(zhǔn)確測量和補(bǔ)償,可以很好地減小或消除反向偏差對機(jī)床精度的不利影響,提高機(jī)床的定位精度,使機(jī)床處于最佳精度狀態(tài),從而保證零件的加工質(zhì)量。
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展,數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī),在機(jī)械制造中已得到廣泛的應(yīng)用,精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,對數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。盡管用戶在選購數(shù)控機(jī)床時,都十分看重機(jī)床的位置精度,特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。因此,對機(jī)床工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測試是非常必要的,以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題,提高零件加工精度。