提高機(jī)加工中心機(jī)床的精度
隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)加工中心機(jī)床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中得到廣泛的應(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，對機(jī)加工中心機(jī)床的精度也提出了更高的要求。用戶在選購機(jī)加工中心機(jī)床時，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。但是這些使用中的機(jī)加工中心機(jī)床精度到底如何呢?大量統(tǒng)計資料表明：65.7%以上的新機(jī)床，安裝時都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的機(jī)加工中心機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。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??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。
目前機(jī)加工中心機(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，因此在選擇機(jī)加工中心機(jī)床的精度指標(biāo)時，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)加工中心機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各機(jī)加工中心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。
反向偏差
在機(jī)加工中心機(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)的機(jī)加工中心機(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。
(1)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，如圖1所示。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，如圖1中AB段，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，測量工具通常采用千分表或百分表，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桿不要伸出過高過長，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。
例如，在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測量X軸的反向偏差，可先將表壓住主軸的圓柱表面，然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測量：
N10 G91 G01 X50 F1000；工作臺右移
N20 X￡?50；工作臺左移，消除傳動間隙(圖1的AB段)
N30 G04 X5；暫停以便觀察
N40 Z50；Z軸抬高讓開
N50 X￡?50；工作臺左移(圖1的BC段)
N60X50；工作臺右移復(fù)位(圖1的CDE段)
N70 Z￡?50；Z軸復(fù)位
N80 G04 X5；暫停以便觀察
N90 M99；
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。
(2)反向偏差的補(bǔ)償
國產(chǎn)機(jī)加工中心機(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。
對于其他類別的機(jī)加工中心機(jī)床，通常機(jī)加工中心裝置內(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，機(jī)加工中心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。
一般機(jī)加工中心系統(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。
對于FANUC0i、FANUC18i等機(jī)加工中心系統(tǒng)，有用于快速運(yùn)動(G00)和低速切削進(jìn)給運(yùn)動(G01)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同，機(jī)加工中心系統(tǒng)自動選擇使用不同的補(bǔ)償值，完成較高精度的加工。
表1列出工作臺運(yùn)動速度、運(yùn)動方向發(fā)生變化時反向間隙的變化(切削進(jìn)給運(yùn)動時的反向間隙值為A，快速運(yùn)動時為B )。
將G01切削進(jìn)給運(yùn)動測得的反向間隙值A(chǔ)輸入?yún)?shù)NO11851(G01的測試速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來決定)，將G00測得的反向間隙值B輸入?yún)?shù)NO11852。需要注意的是，若要機(jī)加工中心系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償，應(yīng)將參數(shù)號碼1800的第四位(RBK)設(shè)定為1；若RBK設(shè)定為0，則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補(bǔ)償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補(bǔ)償值。
定位精度
機(jī)加工中心機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在機(jī)加工中心系統(tǒng)控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度，是機(jī)加工中心機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度，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。一臺機(jī)加工中心機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度判斷它的加工精度，所以對機(jī)加工中心機(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。
(1)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??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(如圖2)；
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。
(2)定位精度的補(bǔ)償
若測得機(jī)加工中心機(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，由于機(jī)加工中心機(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)償需要化費(fèi)較多的時間，并且容易出錯。
現(xiàn)在通過RS232接口將計算機(jī)與機(jī)床CNC控制器聯(lián)接起來，用VB編寫的自動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與機(jī)加工中心機(jī)床同步工作，實(shí)現(xiàn)對機(jī)加工中心機(jī)床定位精度的自動檢測及自動螺距誤差補(bǔ)償(如圖3)，其補(bǔ)償方法如下：
①備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補(bǔ)償參數(shù)；
②由計算機(jī)產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機(jī)床CNC程序，并傳送給CNC系統(tǒng);
③自動測量各點(diǎn)的定位誤差；
�、芨鶕�(jù)指定的補(bǔ)償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補(bǔ)償參數(shù)，并傳送給CNC系統(tǒng)，螺距自動補(bǔ)償完成；
⑤重復(fù)③進(jìn)行精度驗(yàn)證。
根據(jù)機(jī)加工中心機(jī)床各軸的精度狀況，利用螺距誤差自動補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能，合理地選擇分配各軸補(bǔ)償點(diǎn)，使機(jī)加工中心機(jī)床達(dá)到最佳精度狀態(tài)，并大大提高了檢測機(jī)床定位精度的效率。
定位精度是機(jī)加工中心機(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�！ �
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