数控机床螺距误差补偿技术研究

1、2007年第41卷683数控机床螺距误差补偿技术研究杨永向丹姚屏广东技术师范学院摘要:分析了数控机床螺距误差的产生原因和误差补偿原理,介绍了SINUMERIK802S/C系统数控机床螺距误差的等间距补偿方法和基于激光干涉仪的动态补偿方法,并给出了误差补偿实例。关键词:数控机床,螺距误差,误差补偿,等间距补偿,动态补偿InvestigationonPitchErrorCompensationTechnologyofNCMachineToolYangYongXiangDanYaoPingAbstract:ThecauseofpitcherrorofNCmachinetoolandtheprinci

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

3、种误差补偿技术,在加工过程中对误差进行自动补偿。在半闭环加工系统中,定位精度在很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响,尽管可以不断提高滚珠丝杠的制造精度,但制造误差总是存在。为了获得超过滚珠丝杠制造精度的运动精度,就必须采用螺距误差补偿功能,利用数控系统对误差进行补偿与修正。采用误差补偿功能的另一个原因是数控机床经长时间使用后,由于磨损等原因造成精度下降,通过对机床进行周期检定和误差补偿,可在保持精度的前提下延长机床的使用寿命。2螺距误差补偿原理将数控机床某轴的指令位置与高精度测量系统测得的实际位置进行比较,计算出在全行程上的误差曲线,并将误差值以表格形式输入数控系统中。加工过程中,数控系统在对该轴

4、实施控制时,会自动对该轴误差值加以补偿。误差补偿步骤如下:在机床上安装高精度位移测量装置;编制简单程序,在整个行程上顺序设置一些位置点;测量并记录运行到这些位置点时的实际精确位置;标出各位置点的误差值,形成在不同的指令位置处的误差表;通过多次测量,取平均值;将修正表输入数控系统,按此表进行误差补收稿日期:2006年9月以SINUMERIK802S/C数控系统为例,介绍数控机床螺距误差的等间距补偿。补偿通过补偿文件进行,以Z轴作为补偿轴,补偿起始点为100mm(绝对坐标),补偿间隔为100mm,补偿终止点为1200mm(绝对坐标)。首先设定螺补轴的补偿参数(见表1)。系统在下一次上电时将对系统内

5、存进行重新分配,用户信息如零件程序、固定循环、刀具参数等会被清除,所以设定参数之前应将用户信息卸载到计算机中。然后利用工具盒盘中的TRANS802.BAT将螺补文件读入计算机中,填入数据后传回数控系统。表1螺补参数的设定轴参数号38000参数名MM-ENC-COMP-MAX-POINTS单位-轴X,Y,Z实验值参数定义13每轴螺距补偿点数设置螺补功能激活参数(见表2)。需要注意,MD32700=1时,802S/C内部补偿文件自动进入写保护状态。如果需要修改补偿值,须先修改补偿文件,还须将MD32700=0,待补偿值输入802S/C后再恢复MD32700=1。系统再次上电,螺补功能设定完毕。需要

6、注意,螺距误差补偿是按轴进行的,且必须返回参考点后才会生效。表2螺补功能激活参数表轴参数号32700参数名ENC-COMP-ENABLE单位输入值参数定义0无螺补X,Y,Z1螺补生效轴螺距误差的等间距补偿简单易行,但该方法补© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 84工具技术偿点的位置一般是固定的,数据补偿后就无法改变。而机床的实际情况往往会发生变化,如机床坐标轴长度不一,机床使用一段时间后磨损情况也各不相同,坐标轴的中间区域由于使用频率高,精度丧失快;而

7、两端使用较少,磨损也较小。对于高精度的数控机床,等间距螺距误差补偿很难适应坐标轴磨损动态变化的实际情况,一般需要采用以双频激光干涉仪作为测量环节的动态误差补偿。4基于双频激光干涉仪的动态补偿(1)双频激光干涉仪工作原理通过串口RS232将计算机与SINUMERIK802S/C系统的CNC控制器相联接,用Delphi编写自动控制软件,由计算机控制双频激光干涉仪与数控机床同步工作,并对数控机床的实际位置进行测量;计算机通过数据采集卡采集双频激光干涉仪的测量数据,并与CNC译码器输出的指令值进行比较,其差值送入计算机进行处理;误差补偿软件将计算出的误差补偿值通过补偿接口输入数控系统进行动态误差补偿。

8、(3)误差补偿实例对一台SINUMERIK802S/C系统数控机床的X轴螺距误差进行补偿,图3。,机。如图1所示,利用赛曼效应,激光器1产生的光束经/4波片2和分光器3后变为振动方向相互垂直、频率分别为f1和f2的线偏振光。由分光器3反射的光束送入检偏比较器8号。透过分光器3路,2动时,f,f2信号变为f2+f;垂直于分光镜面的f1信号反射到固定反射镜6上,经再次反射后两路信号在偏振分光器4中会合,但此时的信号中已含有机床移动信息f;经反射镜7后送入检偏比较器8,两路信号比较后的脉冲差值即为机床的实际移动距离。(a)补偿前的螺距误差曲线(b)补偿后的螺距误差曲线图3补偿前后的螺距误差曲线对比1

9、.激光器2./4波片3.分光器4.偏振分光器5,6.反射镜7.棱镜8.检偏比较器5结语数控机床螺距误差的等间距补偿和动态补偿各有其优势与不足。等间距补偿简单易行,成本较低,对我国大量普通机床的技术改造以及中低档数控机床的精度提高具有一定适用价值;动态补偿操作较复杂,成本较高,但对机床精度提高效果显著,尤其适用于高精度小型、微形零件加工用数控机床。为了降低成本,在机床技术改造中也可用单片机代替计算机控制双频激光干涉仪与数控机床同步工作。参考文献图1双频激光干涉仪测量原理(2)螺距误差动态补偿的实现对数控机床螺距误差进行动态补偿的系统原理见图2。图2螺距误差动态补偿系统原理1严爱珍.数控原理与系统

10、.北京:机械工业出版社,1998:146148© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 2007年第41卷685不同的刃磨方法对钻头性能影响的分析3郭延文黄祯祥湘潭大学1引言金属切削刀具的几何形状和角度是影响刀具切削性能和被加工工件质量的主要因素之一。钻头也不例外,合理选择钻尖的几何形状和角度,可以很大程度地改善钻削特性。如苏联查波罗什变压器生产联合公司对麻花钻的切削部分几何形状进行了改进,使主切削刃呈圆弧状。这种钻头的寿命高于标准钻头寿命,在加工碳钢时刀具

11、寿命可提高0165倍;加工铸铁时刀具寿命可提高5倍以上,同时加工表面光洁度可提高12级。美国、螺旋面钻尖、)轴向抗力有很大差异。天津大学科研人员将钻头后刀面刃磨成双曲面后刀面,形成“S”型横刃,这种钻型的轴向力比锥面麻花钻平均下降24%,扭矩平均下降25%,钻孔时的定心和刀具耐用度都得到了改善。由此可见,合理选择钻尖的几何形状和角度在很大程度上可以改善钻削特性。钻尖的几何形状和角度可以通过刃磨获得。2各种刃磨方法分析钻尖刃磨主要是沿主后刀面刃磨,刃磨方法有平面磨法、锥面磨法、圆柱面磨法、螺旋面磨法等。2.1钻尖的平面刃磨法平面刃磨法分为单平面法与双平面法两种,单平面刃磨时可以每刃面单独进行(见

12、图1a),也可以两刃面同时进行(见图1b),其中两刃一次成形刃磨法的效率比较高。双平面刃磨方法是在第一后刀面3湖南省教育厅基金项目(项目编号:05C091)湘潭市科学技术局基金项目(项目编号:GY200503)收稿日期:2006年6月的基础上再用平面磨法磨出第二后刀面,通常第二后刀面为加大后角的平面,以减少钻头后刀面擦伤被加工面的危险及过早磨损钻头。平面磨法刃磨动作简单,效率高,但横刃垂直于钻轴,轴向抗力大,钻孔扩张量大,一般认为这种方法只适宜刃磨小直径(直径小于3mm)钻头。实际上,如果结合修磨横刃的方法可以显著改善钻头的切削性,获得满意的制孔质量。40mm的钻头,(a)(b)图1平面刃磨法

13、212钻尖的锥面刃磨法锥面刃磨法是目前国内外采用最普遍的钻头后刀面刃磨方法之一,由于其刃磨成形运动单一,因而在手工刃磨和机械刃磨中广泛采用锥面刃磨法,国外有许多数控钻尖刃磨机都是基于该种刃磨方式,北京航空航天大学研究所研制的CNC-7DGA数控群钻刃磨机床也是采用锥面刃磨法,其刃磨法的原理如图2所示。锥面刃磨时,钻头后刀面仍是半锥角为的圆锥的一部分。通过调整锥角及钻头相对圆锥的位置可以改变刃磨参数,刃磨运动为钻头或砂轮绕锥轴的摆动。刃磨后钻头的优点是后角分配较为合理,主切削刃形状好且散热性好,强度高;缺点是横刃长,工作条件差。这种磨法刃磨的效率低于螺旋机械工程,1998,9(12):48525张虎,周云飞等.基于激光干涉仪的数控机床运动误2JMLai,JSLiao.Modelingandanalysisofnonlinearguiderwayfordoubleballbar(DBB)measurementanddiagnosis.Int.J.Mach.ToolsManufact.,1997,37(5):6877073SchrilekensP.DesignforPrecision:currentstatesandtren