（机械工程专业论文）数控机床精度调整测试的分析与研究.pdf

a b s t r a c t a tt h ep r e s e n tt i m e ，m o r ea n dm o r eh i g hp r e c is i o nm a c h i n et 0 0 1 s ( c n c ： c o m p u t e rn u m e r i cc o n t r 0 1 l e d ) a r ea p p l i e di nn a t i o n a lc o r p o r a t i o n s oi t i sa m o r ea n dm o r ei m p o r t a n ts u b j e c tt h a th o wt ok e e pt h eh i g hp r e c i s i o n a n dd e r f o r m a n c eo ft h em a c h i n et 0 0 1 sa n dh o wt ou s et h e i rf u n c t i o n r e n i s h a wl a s e ri n t e r f e r o m e t e ra n db a l l b a rc a nb eu s e dt o g e t h e rt o a p p r a i s et h ed y n a m i ca c c u r a c ye n t i r e l yo ft h em a c h i n et 0 0 1 a n da n a l y s e t h er e a s o no fe r r o rq u i c k l yt h r o u g ht h em e a s u r e m e n t i tw a su s e da b r o a d a tc h e c ka n da c c e p tl i l a c h i n et o o la n dd i a g n o s i sa n ds e r v i c e a c c u r a c yo fp o s i t i o n i n g ( a d j u s tt h eg e o m e t r yp r e c i s i o nt h e np e r f o r m t h em e a s u r ea n dt u r no ft h em a c h i n et o o l s ) ： t h ew a v e l e n g t ho ft h e1 a s e rs e n tf r o mm l l 01 a s e ri s o 6 3 3u 【i i ，a n d p r o v i d e dw i t hl o n gp e r i o ds t a b i l i t yo fw a v e l e n g t h a t t a c ho n eo ft h e 1 i n e a rr e f l e c t o r st ot h eb ea i s p l i t t e r ，a n di tf o r m st h er e f e r e n c ep a t h w i t ht h ef i x e dl e n g t h a n o t h e rl i n e a rr e f l e c t o rm o v ec o 盯啦a r et ot h e b e 跏一s p l i t t e r a n dm a k eu po ft h em e a s u r x 第1 章绪论 簟1 童绪论 1 1 学术背景及其理论与实际意义 近年来，随着改革开放的不断发展，越来越多国外生产的高精尖设备在国内 企业得到应用，但如何最大限度地利用数控机床的功能，如何使数控机床长期保 持在优异的性能及精度，已经成为一个越来越明最的课题。请机床生产厂家来做 这项工作当然可以，但是设备超过保修期后，生产厂家必然要收取高额的费用， 再考虑到解决问题的时效性问题，就促使数控机床专业技术人员不断学习并实 践，逐步承担起这项艰巨的任务，这样数控机床的维护与使用将实现经济与高效 的结合。 1 2 课题的来源及主要研究内容 数控机床是近几十年来逐渐发展起来的门新兴学科，它综合了机械、电气、 液压、气动等多学科领域的研究成果，数控机床的实际应用，极大地提高了生产 效率与效益，相应的，对使用与维护人员的要求也相应提高，近二十几年来数控 机床才逐渐在国内企业中得到越来越多的应用，由于各企业使用数控机床的时间 长短不同，其使用与维护人员的水平也就相应的参差不齐。针对这一问题，本课 题通过学生亲自动手动脑，在教师必要的指导下，独立完成数控机床安装或改造 后定位精度及循圆精度的测量、调整及数控机床宏程序的熟练运用。在理解原理 的基础上，逐步锻炼实践能力，培养工程技术人员分析问题和解决问题的能力。 并能指导一线工人进行适当的零部件加工，提高数控机床加工能力和使用效率， 最终加工出高质量的合格产品，以充分发挥数控机床的作用。 本课题以数控机床( 可选配f a n u c 1 8 m 系统或s i 跏e n s 一8 4 0 d 系统) 为研究对 象，利用激光干涉仪和球杆仪测量出数控机床的定位精度误差和循圆精度误差 参考相应的机床及系统相关资料，对机床的机械、电气、液压、气动系统进行必 要的调整，使其定位精度误差和循圆精度误差达到允差范围，提高精度等级。另 外，f a n u c 数控系统在标准功能配置卜_ ，使用宏程序来加工复杂零件，简化编程， 增强数控系统功能。以此提高数控机床使用及维护人员的基本能力，达到独立处 理相关技术问题的目标。 在本课题中，数控机床的机、电、液、气相互协调，搭配组合，既强调了机 电一体化的重要性，又突出了控制系统在数控机床总体组成当中的主导地位，多 次实验既反复巩固了相关技术的知识点，又触类旁通，引申到其它数控机床相关 问题的处理，着重培养动手能力，开阔分析问题的思路，在此过程中促进技术 人员养成严谨、务实的工作态度，并锻炼在实践中灵活使用所学知识，合理解决 技术问题的能力，同时尽量发挥数控系统的潜力，提高生产效率。 1 3 相关领域的研究进展及成果 在数控机床的维护与使用方面，国外企业由于发展较早，积累了相当的经验， 在具体工作上分工也比较细致，形成了比较完整的体系。相对而言，国内由于发 展稍晚，许多方面还没有完全成熟，处于不断学习与积累经验的过程。 展稍晚，许多方面还没有完全成熟，处于不断学习与积累经验的过程。 第2 章数控机床定位精度的测量与调整 差。f a n u c 各系统只不过参螺距误差补偿数地址设置稍有不同，其相关参数如 表2 1 所示 表2 1f a n u c 系统螺距误差补偿相关参数 t a b l e2 一lp i t c he r r o rc o p e n s a t i o np a r a l n e t e ro ff a n u cs y s t 鲫 f a n u c 一1 8 m 1 0 1 f a n u c 一1 8 j m b f a n u c 一0 i m l 1 2 】 f a n u c 一0 m l l 3 】f a n u c 一6 m 1 1 4j x ：1 0 0 0x ：3 9 参考点补 3 6 2 0y ：2 0 0 0y ：4 0 偿点号z ：3 0 0 0z ：4 l 最负端补 3 6 2 1 偿点号 最正端补 3 6 2 2 偿点号 补偿倍率 3 6 2 3 1 1 b i t1 2 4b i t7 儿b i to2 4b i t6 x ：7 1 2x ：1 6 3 补偿点间 3 6 2 4 y ：7 1 3y ：1 6 4 距离z ：7 1 4z ：1 6 5 x ：1 0 0 1 11 2 8x ：1 0 0 0 “2 7 各轴补偿o ”1 0 2 3y ：2 0 0 l 一2 1 2 8y ：2 0 0 0 2 1 2 7 量( 螺补专用)z ：3 0 0 l 一3 1 2 8z ：3 0 0 0 3 1 2 7 补 x ：5 3 5 偿g o l1 8 0 0 4 = o1 8 5 17 6 4 = oy ：5 3 6x ：1 1 5 背z ：5 3 7 隙x ：6 8 6 y ：1 1 6 g 0 01 8 0 0 4 = l1 8 5 27 6 4 = 1 y ：6 8 7 z ：1 1 7 z ：6 8 8 下面以f a n u c o 系统为例说明f a n u c 系列的数控系统的螺距误差补偿1 1 5 】 f a n u c o 数控系统的螺距误差 偿功能是一种增量型补偿方法，数控系统 与螺距误差补偿功能有关的参数如下： 765432lo 0 0 1 l p m l 2p m l l 765432lo 7 0 11p m l 2 sp m l l s p m l 2 和p m l l 的组合决定误差补偿倍率，它对x 、y 、z 和第四轴有效，各轴 通用。p m l 2 s 和p m l l s 的含义与p m l 2 和p m l l 相同，它对第5 、第6 轴有效，各 轴通用。而在f a n u c 1 8 m 、f a n u c 一1 8 i 她、f a n u c o i m 等系统中，补偿倍率可各轴 分别设定。设定的补偿值乘以此倍率即为应补偿的误差值。 补偿倍率参数如表2 2 所示 5 第2 章数控机床定位精度的测量与调整 4 0 0 0p e c o r g 4 5 0 0 0p e c o r g 5 6 0 0 0p e c o r g 6 f a n u c o m 系统要求机床各轴的机械坐标参考点必须是一个补偿点，p e c o r g x 、 p e c o r g y 、p e c o r g z 和p e c o r g 4 p e c o r g 6 依次为x 、y 、z 和第4 第6 轴的第一 参考点的补偿点的参数号。 1 0 0 l x 轴第l 号补偿点的补偿值 ： 1 1 2 8 x 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 y 轴第l 号补偿点的补偿值 ： y 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 z 轴第l 号补偿点的补偿值 ： z 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 第4 轴第l 号补偿点的补偿值 ： 第4 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 第5 轴第1 号补偿点的补偿值 ： 第5 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 第6 轴第l 号补偿点的补偿值 ：； 6 1 2 8第6 轴第1 2 8 号补偿点的补偿值 f a n u c o m 系统规定各轴第一号补偿点应在各轴负方向最远端，即补偿点的 编号从最负端开始，逐一向正方向编号。备补偿点补偿值的设定范围为一7 + 7 。 例：某机床x 轴( 线性轴) 行程为一1 0 0 0 姗到o 嗍，机床参考点设在0 1 i n 处。 设定螺距误差补偿基准点编号为2 0 ( 即参数1 0 0 0 = 2 0 ，也就是说设定机床参考 点在参数1 0 2 1 处) ，螺距误差补偿间隔为l o o l l 】i n ( 即参数7 1 2 = 1 0 0 0 0 0 ) ，补偿倍 率为1 ( 即参数1 l 位o = o ，1 1 位l = o ) 。 在机床行程负方向补偿点号为： 螺距误差补偿点基准编号一( 机床在负方向行程螺距误差补偿间隔) + 1 = 2 0 一( 1 0 0 0 l o o ) + 1 = 1 1 在机床行程正方向补偿点号为： 螺距误差补偿点基准编号+ ( 机床在正方向行程螺距误差补偿间隔) + 1 = 2 0 + ( 0 1 0 0 ) + 1 = 2 1 l 8 l 8 l 8 o 8 x 第2 章数控机床定位精度的测量与调整 图2 6 补偿前曲线 f i g u r e2 6t h ec u r v eb e f o r ec o m p e n s a ti o n 原因分析：螺距误差补偿参数设置与机床实际误差不完全符合，定位精度为2 6 7 um a 影响：定位精度较差，加工出来的工件绝对尺寸精度误差较大。 对策：螺距误差补偿参数调整( 调整方法参考前面相应章节) 或调整光栅尺。 硼i3 * l l e l c c 0 呲y 那 8 6 、，一， l 4 q 2 0 。2、 _ 。4 - 5 - 。 v 口i ，。1 瞿mo 一哇性瑚 嘲瑚一锄衄ol _ _ i | e i 犀为霉_ ：* 茹“i 摹箸也l ，蛐釜最嚣歪 嚏拳宦：i 盟“、”“瞥，e 忍： ：技 匿誊暑喜 图2 7 补偿后曲线 由图可以看出，经过补偿，机床精度明显改善，定位精度达到1 0 um 。 2 5 2 反向间隙调整 在某些情况下，机床的误差完全是反向间隙参数调整不当所致，补偿前、后 曲线分别如图2 8 、2 9 所示 第2 章数控机床定位精度的测量与调整 姥所音蠡量翻蛙 i 巧c 眦y 图2 1 0 调整前曲线 f i g u r e2 一1 0t h ec u r v eb e f o r ea d j u s t m e n t 原因分析：机床传动链中，电机与丝杠传动皮带的预紧力不完全合适。 影响：机床正反方向运行多次后，误差越来越大，呈发散趋势。 对策：调整电机与丝杠传动皮带的预紧力，调整时需监测噪音及负载状况。皮 带可适当调紧一些，但也不能太紧，否则噪音增加，负载也会相应加大。 蝴备l 睦i i e c 呲y 图2 1 1 调整后曲线 f i g u r e2 一1 1t h ec u r v ea f t e ra d j u s t m e n t 比较而言，调整后经多次反复运行，精度有所提高。 2 5 3 2 丝杠预紧力调整 丝杠预紧力调整前后效果如图2 1 2 、图2 一1 3 所示 北京工业火学工程硕士学位论文 ! 衙青彝鼍蠢g 幽2 1 2 调整前曲线 f i g u r e2 一1 2t h ec u r v eb e f o r ea d j u s t m e n t 原因分析： 机床传动链中，丝杠传动的预紧力不完全合适。 影响： 机床正反方向运行多次后，误差越来越大，呈平行变化趋势。 对策：调整丝杠两端锁母的预紧力，调整时需监测噪音、振动及负载状况。可适 当调紧一些，但又不能太紧，否则噪音增加，负载也会相应加大。 ； 肌蒯篇她鼎 i ； 0 一、 ： 括脐亩童- 甜一畦睦锄珊姗枷绷舢 瑚* 恤枷 瞪i 黑辫t 。，匿叁，船，嚣。 l时臂i：【le 幽2 1 3 调整后曲线 f i g u r e2 1 3t h ec u r v ea f t e ra d j u s t m e n t 调整完毕后，需要让机床往复运动几次，使丝杠传动机构受力均匀，以消除 内部应力，同时到达正常的工作状态。经调整后，误差明显减少，精度提高。 2 5 4 测量误差 在测量过程中，由于仪器或测量方法不当，也会产生误差如图2 9 所示 第2 章数控机床定位精度的测量与调整 l ；= 图2 9 测量误差 f i g u r e2 9m e a s u r e m e n te r r o r 原因分析：测量过程中温度突然急剧变化或温度数据末采集到，造成测量曲线产 生跳跃。 影响：测量到的精度误差与机床实际误差不符合。 对策：排除影响测量因素后重新测量，此例是由于温度传感器接线不良，信号时 有时无。造成测量系统温度补偿系数突然变化，影响到测量精度，处理后正常。 2 6 本章小结 利用激光干涉仪测量机床的定位精度，根据误差值调整数控系统螺距误差补 偿、反向间隙相关参数，或者调整机床相应部位，提高数控机床的定位精度，从 而使机床加工出的工件尺寸精度达到理想效果。在测量、调整的过程中，逐步熟 悉调整步骤，掌握各数控系统的相关操作，提高理论知识水平的同时，锻炼实际 动手操作以及分析问题、处理问题的能力。 坫 ” 5 0 蠊 第3 章数控机床搪圆精度的测量与调整 精度。具体实施方案如下： 取消原系统要求的专用夹具( 刀柄及合适的弹簧卡芯) ，代之以磁力表座及 若干连接杆，在连接杆两端加工相同螺距(参考系统工具球碗的内螺纹)的内、 外螺纹以利相互连接，再将40唧长的螺丝切掉螺丝帽，只留丝杆部分，测量时 将磁力表座吸附在机床主轴上，工具球碗与连接杆用丝杆连接，这样在测量侧面循圆精度时，非常方便、快捷。并且耐戮削噶崾磷 球曼! 一鄹；诈题廖陵爝片弼国涸晦做嚯：一熨糕婪臣烈鍪醚诵i 辊赘戗携爨鬈地 嘏l ：涵当瑟里垒岔翟疑甜。篓鲥翳释瞄? 满砑| 刳淄囊籀耩帮潮管蓟瓢篓裂鬟； 秣摊骆野黝警醣辨篓爵辩；碜猾矗磬崩赫誉烈型滔淄馐一翌毪鼎琉海；群菌 蓬俣嗡淄譬灌僭罐睁岛耐；摧臻哩罐殛瑁噬瞳瞬。誓器。蓉蟹拶婴岛善将j 斟懿引；障壤漾 骤归纳如下： ( 1 )将干涉镜、反射镜相对位置放好：( 镜片平面应与机床轴线平行，可用肉眼 观测或用千分表校正) ； ( 2 )反射镜放在接近干涉镜的位置，稍稍移动机床对正镜片使两个光点返回光线 采集孔且重合，电脑显示光强较好； ( 3 )机床沿测量轴线向远端移动反射镜，光点会散开； 左右角度调整两点在垂直方向对正； 左右平移，移到水平位置中间点( 有可能不在返回孔) 上下角度调整两点在水平方向重合； 上下平移，移动到垂直位置中间点，此时光点有可能左右偏移，必须用左 右角度调整至中间返回孔。 ( 4 )荐移动反射镜，重复步骤( 3 ) ，直到最远端，光强较好： ( 5 )反射镜回到近端，光强可能会减弱，移动机床调整干涉镜与反射镜相对位置， 使光点重合，调整激光头m l l 0 把光点平移到返回孔位置，光强较好； ( 6 ) x 北京工业大学工程硕士学位论文 图3 2 反向间隙 f i g u r e 3 2b a c k l a s h 原因分析； 由于滚珠丝杠中过大扭曲丽引起反向间隙的影响，它相对该轴滚珠丝杆驱动 端的不同位置而引起不等值反向间隙类型的图形。可以在具有反向间隙补偿的机 器上将该差异调整均化，导致在该轴出现相对台阶。该扭曲可能由于丝杆磨 损、螺母损坏及导轨磨损，这种类型的反向间隙若出现在立轴运动测试中，多半 可能为平衡的影响。 影响： 在轴的不同部位，机器加工零件的误差幅度有所不同。 对策： 去除施加给机器的所有反向间隙补偿值，这将让机器的问题彻底暴露出来： 检查该机器的滚珠丝杆或导轨的磨损迹象，可能需要维修或更新这些部件； 如果在机器立轴上下运动的测试中出现不等值反向间隙图，那麽平衡部件就 可能是问题所在，从而需调整机器平衡系统，如平衡油缸压力或配重块重量。 3 3 2 周期误差 本图具有沿图形其频率、幅度均发生改变的周期性正弦误差，沿y 轴测得 的波长陟值在整个圆周上近似为常数。如图3 3 所示 图3 3 周期误差 f i g u r e 3 3c y c l i ce r r o r 2 4 北京工业大学工程硕士学位论文 在数据采集间球杆仪电缆可能挂住某处导致球杆仪从刀具碗座中脱离。 中心支座可能变得松动，这将导致球杆仪移出起工作范围。 机器主轴可能未锁紧，导致其在采集数据中旋转。 球杆仪的球可能变得松动。 零件程序可能与软件设定不匹配，检查采集和过冲弧设定 在某些场合，看似螺旋图形而实际上可能是反向间隙。 影响： 图形出现出现错误轨迹，不象它应该的那样。自动计算出的象半径和园度偏 差等结果将不正确，由诊断软件诊断出的机器误差将很可能不准确或不正确。 对策： 如果怀疑温度漂移为该原因，那么检查可能改变球杆仪温度从而影响测试结 果的所有热源及突然的气流。当去除所有可能引起温度波动的根源并让球杆仪及 机器定温后，再进行数据采集。 如果怀疑电缆干涉为其原因，那么确保在数据采集中球杆仪电缆与球杆仪或 刀具碗座没有干涉，方法为将其固定在机器上或紧绕在中心球座上。 如果怀疑球杆仪的任何部件有松动，则检查并紧固所有球杆仪连接部位。检 查中心座位置正确，机器主轴已被锁紧。 如果零件程序与软件设定不匹配，则需重新写零件程序。 当各种可能引起测试误差的起因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分析。 3 3 4 横向间隙( 松动) 一等值 图形具有对称的桃石头形。横向间隙不受机器进给率的影响，然而它受方 向的影响。如果同时将顺时针和逆时针测试结果显示出来，那么一个图形将出现 在另一图形内。根据横向间隙具有正值还是负值决定了哪一曲线出现在另一曲线 之中。下图所示在y 轴具有等值的正值横向间隙从而导致顺时针曲线出现在逆时 针曲线之中。如图3 5 所示 图3 5 横向间隙( 松动) - 等值 f i g u r e 3 5l a l e r a lp l a y ( s l o p ) - e q u a l 原因分析： 横向间隙的主要起因在于机器导轨中存在间隙或松动，它将在机器轴作换向 运动时出现垂直于导轨方向的运动。它可与反向间隙作比较，反向问隙也是由于 北京工业大学工程硕士学位论文 息，警告可能出现偏置变化误差。如图3 7 所示 图3 7 偏移量变化 f i g u r e 3 7o f f s e tc h a n g e 原因分析： 顺时针和逆时针数据采集相隔时间太长，被测机床温度将在该段时间内肯定 发生改变，导致机器尺寸发生改变。 机器主轴可能未锁紧，导致其在采集数据中旋转。 机器的中心支座在顺时针和逆时针数据采集间被碰过，造成机器在进行两次 测试时其中心在工作台的部位不一样。这也可能是由于中心支座未锁紧而引起 的。 影响： 诊断软件中出现偏置变化的任何机器误差很可能不准确或不正确。 对策： 如果原因是顺时针和逆时针测试间相距时间过长，那么重新采集两个方向的 数据，并保证两次采集间隔停顿时间不过长。你应顺序采集顺时针和逆时针数据， 除非绝对需要，则在两次测试问决不要长时间暂停。 如果怀疑球杆仪的任何部件有松动，则检查并紧固所有球杆仪连接部位。检 查中心座位置正确，机器主轴已被锁紧。 如果怀疑中心座被碰过，在数据采集中其位置发生改变，则必须重新定心。 当各种可能引起测试误差的起因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分 析。 3 3 7 图形不连续 图形具有随机的尖峰、内凹和额外的噪声。然而在各种测试图形中均可能存 在少量的噪声。该类图形表征测试误差。如图3 8 所示 原因分析： 球杆仪电缆或插头连接松动，引起球杆仪软件在传递采集的数据时出现问 题。 球杆仪连接部位有松动，造成球杆仪长度在数据采集中出现随机波动。 在某些场合，图形中看似“图形不连续”类型的图，实际是由于爬行或机械 振动引起， 第3 章数控机床循圆精度的测量与调整 图3 8 图形不连续 f i “r e 3 8p 1 0 td i s c o n t i l l u i t y 影响： 诊断软件中出现偏置变化的任何机器误差很可能不准确或不正确。 对策： 如果怀疑球杆仪任何部件有松动，那么检查球杆仪备连接部位是否紧固。同 时也检查球杆仪电缆和插头，使其连接良好并无损坏。 如果在低速计算机上运行球杆仪软件，可能会带来此类问题。检查系统配置 并满足其最低要求。 当各种可能引起测试误差的起因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分 析。 3 3 8 图形旋转 图形中各轴反向跃冲的特征被绕图形中心旋转了一个角度。该类图形表征测 试误差。如图3 9 所示 图3 - 9 图形旋转 f i g u r e 3 9p l o tr o t a ti o n 原因分析： 图形旋转类型的图形是球杆仪软件与在进行数据采集的机床运动不同步所 造成的，它可能由于如下几种原因： 机器零件程序不正确可能导致在球杆仪软件未准备好采集数据之前而先开始 j ! 塞三些查兰三堡塑圭耋簦笙銮 启动采集数据。这也可能由于用户在球杆仪软件未准备好之前而启动了零件程 序。 中心座定心很差，导致球杆仪意外地超出其工作范围，这将导致球杆仪软件误 认为已到达采集结束时切出运动的位置而停止采集数据。进一步细节请参见数据 采集弧。 在某些场合，图形中看似“图形旋转”类型的图，实际是由于主从伺服换向差、 机器振动引起。 影响： 产生的图形质量差，方向未知，因此难以进行诊断。由诊断软件诊断出的机 器误差可能不准确或不正确。 对策： 检查测试所用零件程序，检查输入了正确的指令，确认机器上应替代的值均 正确。现在重新采集数据，确保按下述正确步骤而不要过快启动零件程序：运行 程序到进给切入运动之前，停止：启动计算机采集数据，然后继续连续运行零件 程序。保证机器进给率与计算机软件设定进给率相同。 如果怀疑中心座定心不好，则必须重新定心。当各种可能引起测试误差的起 因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分析。 3 3 9 半径变化 图形在顺时针和逆时针测试中曲线出现半径很大差异，该类型的图形是测试 误差的特征，如果诊断软件发现该类图形，它将给出一条出错信息，警告可能出 现半径变化误差。如图3 1 0 所示 图3 一1 0 半径变化 f i g u r e 3 一1 0r a d i u sc h a n g e 原因分析： 在顺时针和逆时针数据采集间球杆仪或被测机器的温度发生改变，这一温度 变化已导致球杆仪长度发生改变，因而两次曲线的半径有所不同。 顺时针和逆时针数据采集相隔时间太长，球杆仪或被测机床温度将在该段时 间内肯定发生改变，导致前面已描述过的同样问题。 在顺时针和逆时针数据采集间球杆仪可能松动，导致其前后长度发生改变。 在某些场合，看起来是“半径变化”图但实际上是在两轴测试中由横向间隙 ( 松动) 引起。 釜：主垫茎垫鉴塑璺登鏖兰翌兰皇塑茎 影响： 诊断软件中半径变化图形可能被诊断为大的横向间隙( 松动) 误差，这是一 项错误的诊断。由诊断软件中根据半径变化图形进行的机器误差诊断很可能不准 或不正确。 对策： 如果怀疑在顺时针和逆时针数据采集间球杆仪或被测机器的温度发生改变， 那么，检查所有可能通过改变球杆仪温度或机器温度来影响测试的任何热源或 气流源。当去除所有可能引起温度波动的根源并让球杆仪及机器定温后，再进行 数据采集。 如果原因是顺时针和逆时针测试间相距时间过长，那么重新采集两个方向的 数据，并保证两次采集间隔停顿时间不过长。你应顺序采集顺时针和逆时针数据， 除非绝对需要，则在两次测试间决不要长时间暂停。 如果怀疑球杆仪的任何部件有松动，则检查并紧固所有球杆仪连接部位。 当各种可能引起测试误差的起因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分 析。 3 3 1 0 反向峰值 图中在某轴上有一小尖峰，尖峰大小随机器进给率不同而变化。如图3 1 l 所示 图3 一u 反向峰值 f i g u r e 3 hr e v e r s a ls p i k e s 原因分析： 当某一机器轴向某方向驱动，然后必须向相反方向反向移动，在换向处机 器不是平稳反向运动而可能短时的粘性停顿。图中所示为在y 轴有暂停。导致该 问题的可能原因如下： 该轴驱动电机施加的扭矩不够，造成在换向处由于摩擦力的方向发生改变而出 现粘性停顿。 机器在进行反向间隙补偿时伺服响应时间不准确，这意味着机器不能准时地对 反向间隙施加补偿，导致轴出现停顿，而由反向间隙带来的停滞被取而代之。 伺服响应在伺服换向点很差，导致在轴停止一个方向运动开始另一方向运动之 间出现短的时延。 影响： 反向跃冲的影响将使园弧插补刀具轨迹出现一个小平台后再向原轨迹复位 北京工业人学工程硕士学位论文 的台阶。 对策： 如果机器的控制系统具有去除尖峰的能力，则在使用机器时利用该功能来限 制反向跃冲的影响。 采用各种不同机器进给率进行一系列测试，试图找出在该机器上反向跃冲对 加工影响最小的进给率。在进行园弧插补进行精加工时就采用该找出的进给率。 3 3 1 1 比例误差( 失谐) 图形具有椭圆或花生形，沿0 度或9 0 度轴方向拉伸变形。拉伸变形不受数 据采集方向的影响，即分别在进行顺时针或逆时针测试时拉伸变形轴向不会发生 改变，由拉伸变形造成的拉伸变形量大小通常不受机器进给率影响。如图3 一1 2 所示 图3 1 2 比例误差( 失谐) f i g u r e 3 1 2s c a l j n ge 订w ( m i s m a t c h ) 比例误差是指在测试中被测量轴间的行程差，例如，机器在x y 平面内运行 一圆周，x 轴和y 轴运行的距离应完全相同。如果有不同，两轴间运动位置差就 是比例不匹配误差。 在数据采集中是否使用经校准的球杆仪决定了能否为比例误差给出诊断值， 如果已经使用了经校准的球杆仪，那么，可给出x 轴及y 轴上比例误差的大小， 它反映的是这些轴实际运行的距离。如果使用了未经校准的球杆仪，则比例误差 仅能以比例不匹配的形式，给出x 轴与y 轴间移动距离的差异。在这些情形下无 法给出比例误差，而仅给出比例不匹配。 原因分析： 机器上某一轴相对其它轴或运行过长或运行过短。有几种可能的原因如下： 如果机器上使用了线性误差补偿参数，可能参数设定有误。 轴上带状光栅或拉的过紧，或过松。 轴的滚珠丝杠可能出故障或过热，导致丝杠螺距误差。 机器可能存在角度误差，导致x 轴和y 轴在移动时倾斜出测试平面，这是因为 该轴导轨不直或刚性不足。 影响： 比例误差的影响是机器上切削的零件出现尺寸误差。 箱3 章数控机床循圆精度的测量与调整 对策： 检查所用的所有线性误差补偿值是否正确。 检查轴上带状光栅是否正确拉紧。 检查滚珠丝杠处于良好工作状态未过热，如果有必要的话则进行维护或更新 它。 检查机器导轨笔直并处于良好工作状态，如果有必要的话则调整直线度或更 新它。 在不同区域多个平行平面内重复进行测试可辨别出角度误差，这辨别出图形 变化是否随测试位置离机器工作台面的距离增加而增大，这就是常说的阿贝误 差。 如果前面的测试使用的是未经校准的球杆仪，那么就使用一球杆仪校准规 来校准您的球杆仪，它得到不仅仅是不匹配值，而且将让您能确定在x 轴和y 轴 上比例误差大小。 3 3 1 2 伺服不匹配 图形具有椭圆或花生形，沿4 5 度或1 3 5 度对角方向拉伸变形。如果在分别 进行顺时针或逆时针测试时拉伸变形轴向发生改变，如下图将两个方向的图显示 在一起，通常随着进给率的增加，拉伸变形量也会增加。如图3 3 l 所示 图3 1 3 伺服不匹配 f i g u r e 3 1 3s e r v om i 鲫a t c h 原因分析： 当轴间伺服环增益不匹配是将发生伺服不匹配误差，它导致一根轴超前于另 一轴而出现椭圆形的图形。超前轴的增益较高。 影响： 伺服不匹配将带来插补园不园。一般来看，进给率越高造成插补园的椭圆程 度越大。 对策： 通过调整机器控制器各轴伺服增益，使其平衡，或使滞后轴的增益加大，或 降低超前轴的增益。由于在较低进给率伺服不匹配影响较小，要得到较高精度的 园弧插补时可采取较低的迸给率。 北京工业大学工程硕士学位论文 3 3 1 3 垂直度误差 图形具有椭圆或花生形状，沿4 5 度或1 3 5 度对角拉伸变形。在顺时针和逆 时针方向测试时轴的拉伸方向相同。拉伸量不受进给率的影响。垂直度误差为正 值表明两轴正向夹角超过9 0 度，垂直度误差为负值表明两轴正向夹角小于9 0 度。 如图3 一1 4 所示 图3 1 4 垂直度误差 f i g u r e 3 一1 4s q u 眦n e s s 原因分析： 垂直度误差是指在机器测试部位机器的x 轴和y 轴相互间不为9 0 度，两轴 可能有局部弯曲或机器轴可能整体未调直。 机器轴可能刚性不够导致某些部位不直。 机器导轨可能过分磨损导致机器在运动时在轴中有一定间隙。 影响：垂直度误差的影响在于机器加工零件表面间不垂直。 对策： 在机器的各部位重复测试，判断垂直度误差是否仅在局部发生还是影响整台 机器。如果误差仅为局部，则在加工零件表面时试着使用那些不受垂直度误差影 响的部位来加工。 如果整台机器均受垂直度误差的影响，那么可能的话应重新调整机器轴。如 果导轨出现严重磨损，也许需更换磨损部件。 3 3 1 4 爬行 图形中在轴的周围噪声增加，在下图中可清楚地看到。在数据采集时采用较 低进给率可拉伸噪声弧，然而，在高进给率下，噪声可能彻底消失。这一点正好 是爬行与机器振动的不同之处。如图3 1 5 所示 原因分析： 当某一机器轴的进给率低到一定速度时出现粘性而引起爬行，如示例图中所 示为y 轴出现爬行。它可能由数种原因引起： 在低速下没有足够的动力，这意味着它不能克服导轨摩擦力导致轴出现粘性 停顿。在此情形下，进给率越低爬行越严重。 机器的滚动元件或导轨已被损坏无法平滑运动，导致在沿轴线的某些位置出 现粘性。 第3 章数控机床循圆精度的测量与调整 机器轴承导轨可能老化在低速下很难维持润滑膜，缺乏润滑导致出现粘性。 图3 1 5 爬行 f i g u r e 3 一1 5s t i c ks l i p 影响： 爬行造成加工的机器零件表面光洁度差，特别在低速下尤为严重。刀具轨迹 出现平台及小台阶而不是平滑的园弧，导致轴出现粘性停顿，然后当驱动力超过 粘性力时出现突跳滑移。 对策：检查机器导轨轴承有无磨损迹象，如果发现严重磨损则必须更换有关部 件。如需要的话应对机器导轨轴承进行润滑。 如果怀疑在低速下爬行是由于没有足够的动力而引起的，那么必要的话需调 整予紧力和设定机器的动力参数。 可能发生爬行的部位避免在非常低的进给率下进行精切削，几乎可以肯定较 高进给率可提供较高光洁度。 3 3 1 5 机床振动 图形中具有不均匀的噪声分布。在测试中，当振动方向与球杆仪相同时出现 最大噪声幅度。沿圆周噪声幅度发生变化，但其频率不变。改变进给率将改变机 器振动图的周期频率，但以“周期秒”为单位的实际频率不变。如图3 1 6 所示 图3 1 6 机床振动 f i g u r e 3 1 6m a c h i l l e b r a t i o n 3 5 北京工业大学工程硕士学位论文 原因分析： 机器上有振动介入，如图所示，振动方向平行与y 轴。振动有可能由机器自 身产生( 由驱动队列、伺服环作用或损坏的滚柱引入) ，或由周边环境引入( 通 过地面振动) 振动。 影响： 机器振动的主要影响是加工的零件表面光洁度差，机器振动幅度决定了光洁 度的好坏程度。 对策： 隔离振源，通过在球杆仪静止下采集动态数据来鉴别振动源。可利用下述步 骤进行： 将球杆仪定向在所希望的角度 执行“切入”程序 停止机器 用可用的最高采集速率采集动态数据 分析所采集的数据 可重复进行测试，如关闭冷却泵进行测试，以鉴别准确的振动源。 当已鉴别出振源后，可采取必要的行动来解决振动，这也包括可能需更换机器部 件。 3 3 1 6 三个圆形突起 该图在其圆形上有3 个明显的凸起，这些凸起可能在相邻顺时针和逆时针测 试间不断变化大小和方向。 三瓣误差可以通过各凸起间急剧过渡的形状来与直 线度误差明显区分开。直线度图形中过渡更加平缓。本图中三瓣误差的影响显示 在y 轴，通常它们在其它轴也很常见。该类型的图形是测试误差的特征。如图 3 1 7 所示 图3 一1 7 三个圆形突起 f ig 【l r e 3 1 7t r i - l o b e 原因分析： 三瓣误差的最大可能起因为刀具碗座有脏东西或刀具碗座的磨损，它将导致 在测试中球杆仪在刀具碗座定位不好。 在数据采集中机器中心支座可能变得松动引起其移动。 第3 章数挖机床循圆精度的测量与调整 在数据采集中球杆仪可能变得松动引起长度变化。 影响： 动态和静念图形的重复性都将很差，因此同一时间在同一机器上的多次测试 诊断结果均不同。渗断软件对该机器的误差诊断结果不准或不正确。 对策： 如果怀疑原因在于球杆仪刀具碗座有脏东西，那么采用橡皮泥或相类同的工 具对其清理。 如果怀疑原因在于球杆仪刀具碗座的磨损，那么在继续任何测试之前，请向 雷尼绍公司购得刀具碗座的替换件。 如果怀疑球杆仪的任何部件有松动，则检查并紧固所有球杆仪连接部位。检 查中心座位置正确，机器主轴已被锁紧。 要区分直线度误差和刀具碗座的磨损间的区别需进行一项简单的测试。先采 集一次数据，然后将刀具碗座在主轴中大约旋转6 0 度，再采集一次数据。如果 圆形凸起部位的方位改变同样的角度( 在复测中为6 0 度) ，您可以确认刀具碗座 或有赃物或已损坏，机器中不存在直线度误差。 当各种可能引起测试误差的起因均被消除后，重新采集数据并再进行诊断分 析。 3 4 本章小结 利用球杆仪测量机床的循圆精度，对测量结果进行定性、定量的分析，确定 误差原因，并有针对性地采取相应措施，排除测量误差，尽可能提高数控机床的 循圆精度，从而使机床加工出的工件表面曲线圆弧达到理想效果。 使用球杆仪可以快速、经济、方便地获取和分析大量的机床精度信息，与传 统测量方法比较，有明显的先进性和优越性，在数控机床验收、维修等方面将得 到广泛应用，发挥重要的作用。在测量方法上，做出了两点改进，半圆测量改为 整圆测量，能更全面地检验机床的两轴联动精度，单方向循圆改为双方向循圆， 等 x 第4 章宏程序在f a n u c 数控系统中的应用 4 2 1 2 ( 1 ) ( 2 ) 使用范例 直径1 6 i i l i n 端铣刀，d 0 1 = 8 o ，孔半径2 5 姗，顺时针加工，进给1 2 0 唧m i n g 6 5p 9 1 0 01 2 5 od o lf 1 2 0 直径2 5 嘞端铣刀，d 0 5 = 1 2 5 ，孔半径4 0 唧，逆时针加工，进给1 2 0 m m m i n g 6 5p 9 1 0 01 4 0 od 0 5f 1 2 0w 1 4 2 2 圆弧切削( i i 型) 0 9 1 1 0 4 2 2 1 指令格式 g 6 5p 9 1 1 0 i r _ d _ f _ ( w 1 ) ： 其中： i ：加工孔半径； d ：刀补号； r ：入刀趋近圆弧半径； f ：切削进给速度； 注：顺时针加工指定w 1 ；逆时针方向加工省略w 1 。 i 、r 、d 不能省略，且：r ( i 圆弧切削( i l 型) 0 9 1 1 0如图4 2 所示 图4 2 圆弧切削( i i 型) f ig l l r e4 2 c i r c l ec u t t i n g ( t y p ei i ) 4 2 2 2 使用范例 假设入刀趋近圆弧半径为刀半径 ( 1 ) 直径3 0 m 端铣刀，d 3 0 = 1 5 0 ，孔半径1 0 0 姗，逆时针加工，进给l o o 咖m i n g 6 5p 9 1 1 01 1 0 0 0r 3 0 0d 3 0f 1 0 0 ( 2 ) 直径2 5 眦端铣刀，d 2 5 = 1 2 5 ，孔半径8 0 m m ，逆时针加工，进给2 0 0 i i l 】m i n g 6 5p 9 】1 0 1 8 0 0 r 2 5 od 2 5f 2 0 0w 】 4 2 3 圆槽深切削0 9 1 2 0 4 2 3 1 指令格式 g 6 5p 9 1 2 0 i d _ l z - w _ f _ s 一 3 9 第4 章宏程序在f a n 【i c 数拉系统中的应用 g 6 5p 9 1 2 0i d q z w f s 一； 直径2 0 姗端铣刀，刀补d 1 3 = l o 2 ，孔半径4 5 。o 唧，每个圆周切削宽度1 0 o m ， 总切削深度4 0 o m m ，z 方向每次切削深度9 o 舢，进给1 4 0 咖m i n ，z 方向切削 进给速度8 0i i l i n m i n g 6 5p 9 1 2 01 4 5 od 1 3q 1 0 oz 4 0 ow 9 0f 1 4 0s 8 0 ； 4 2 4 方形内边精加工0 9 1 3 0 4 2 4 1 指令格式 g 6 5p 9 1 3 0 u v _ c r _ d f _ ( 吵： 其中： u ：横向长度； v ：纵向长度： c ：拐角圆弧半径； r ：入刀趋近圆弧半径； d ：刀具补偿号码； f ：切削进给速度； 注：顺时针加工指定w l ；逆时针方向加工省略w l u 、v 、r 、d 不能省略； 无拐角圆弧时，不要指定c ； 刀具半径补偿时，补偿值r ，c 。 方形内边精加工0 9 1 3 0如图4 4 所示 图4 - 4 方形内边精加工 f i g u r e4 _ 4f i n i s h i n gc u t t i n gi n s i d eo fs q u a r e 4 2 4 2 使用范例 ( 1 ) 直径1 6 咖端铣刀，d 2 1 = 8 0 ，长8 0 衄，宽6 0 咖，入刀趋近圆弧半径1 2 姗， 拐角圆弧半径1 0 哪，进给1 3 0 嗍m i n ，逆时针加工， g 6 5p 9 1 3 0u 8 0 o v 6 0 oc 1 0 0 r 1 2 0d 2 1f 1 3 0 ： ( 2 ) 直径2 0 端铣刀，d 0 2 = 1 0 o ，长1 0 0 姗，宽8 0 m ，入刀趋近圆弧半径 2 0 m ，进给1 4 0 咖m i n ，顺时针加工。 g 6 5p 9 1 3 0u 1 0 0 ov 8 0 o r 2 0 0d 0 2f 1 4 0w l ： 注： x 北京工业大学工程硕士学位论文 拐角圆弧半径8 咖，进给9 0 m m i n ，顺时针加工。 g 6 5p 9 1 3 0u 6 0 0v 8 0 or l o 0c 8 0d 1 5f 9 0w 1 ； 注：w 1 指定时，执行顺时针加工。 4 2 5 方形槽深加工0 9 1 4 0 4 2 5 1 指令格式 g 6 5p 9 1 4 0u v q p w f s z 一； 其中： u ：横向长度； v ：纵向长度；q ：每一个方形切削进给宽度： d ：刀具补偿号码；w ：z 方向每次切削深度； f ：槽加工进给速度； s ：z 方向进给速度； z ：加工深度。 注：u 、v 、q 、d 不能省略； 当s 省略时，z 方向切削进给速度为f 值的一半； z 值为刀具鼻端到槽底的深度； q 大于刀具半径时，无法完整加工。 方形槽深加工0 9 1 4 0如图4 5