五轴数控机床回转中心的几何误差检测与补偿

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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!五轴数控机床回转中心的几何误差检测与补偿（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）!!!!!!!!!!5结语本文给出了一种长滚珠丝杠辅助支撑的装置及设计时需要注意的问题。设计时可根据具体设计条件(滚珠丝杠行程、旋转形式或结构尺寸限制等进行合理设计。本装置结构简单、易于装配、动作灵活、成本低,无需电气、液压、气动等配合,可以克服长滚珠丝杠由于自重、温度变化等引起的挠曲变形,提高滚珠丝杠丝杠的传动精度,延长其使用寿命,广泛应用推广,将极大地推动长滚珠丝杠在数控机床领域的应用。[参考文献][1]张亮亮.丝杠预拉伸的实现[J].航空精密制造技术,2021(2:58-59.[2]周志红,文怀兴,杨东生.滚珠丝杠安装方式的研究[J].制造技术与机床,2007(8:140-141.[3]黄小林.长滚珠丝杠辅助支撑装置在机床中的设计与应用[J].金属加工(冷加工,2021(8:41-42.(编辑立明作者简介:李国志(1981-,男,助理工程师,主要从事金属切削机床设计工作。收稿日期:2021-05-31S123S1H0压缩弹簧处于自由状态4PS1H1压缩弹簧处于安装状态图3螺纹长度加长后安装弹簧1.螺母2.法兰盘3.弹簧五轴数控机床回转中心的几何误差检测与补偿张亮1,谭谆1,薛乃凤2(1.沈阳机床股份设计研究院,沈阳110142;2.中捷机床,沈阳1101421引言五轴数控机床是装备制造业最重要的一种加工设备,可用于加工各种复杂曲面,随着对工件加工质量要求的不断提高,如何提高五轴数控机床加工精度问题成为热点[1]。机床自身的制造和装配误差,影响着机床的几何精度,同时,对于五轴数控机床而言,误差造成回转轴心不重合,降低了五轴联动精度,不能够得到理想的零件加工精度。几何误差补偿的方法是在不改变数控机床结构和控制系统的机床上,通过对机床运动误差源分析、建立数学模型和计算,将机床的空间定位误差实时地反馈到控制系统,实现误差的修正,从而提高五轴数控机床的加工精度[2]。转摆台式五轴数控机床,直线轴联动回转中心与两旋转轴轴心位置的不重合几何误差,制约着五轴数控机床加工精度。为解决此问题,本文提出以下方案:围绕回转中心,建立五轴数控机床联动轨迹模型,设计几何误差检测方案;分析列表实际检测误差数据;通过对机床机械系统运动误差的计算,将空间定位误差实时地反馈到控制系统,实现误差修正。通过对沈阳机床某转摆台式五轴摘要:通过对转摆台式五轴数控机床回转中心几何误差的研究,提出了转摆台式五轴数控机床回转中心不重合几何误差的检测与补偿方法。将此方法应用于沈阳机床某转摆台式五轴数控机床,结合HEIDENHAINITNC530系统进行误差补偿,取得了良好效果。关键词:五轴数控机床;几何误差;误差检测;误差补偿中图分类号:TG659文献标识码:A文章编号:1002-2333(202108-0112-02ErrorTestandCompensationof5-AxisCNCMachineToolsZHANGLiang1,TANZhun1,XUENai-feng2(1.SMTCL,Shenyang110142,China;2.China-CzechMachineToolsCop.Ltd.,110142,ChinaAbstract:Byresearchingtheaxis’geometryerroroftherotating-swingingworkingtablein5-axismachinecenter,thisarticlepresentsmeasuringandcompensationmethodsofthegeometryerror.ApplyingthesemethodstocompensateHEIDENHAINITNC530NCsystemstructuredataatthe5-AxisCNCMachineToolswithrotating-swingingworkingtable,greatimprovementisachieved.Keywords:5-AxisCNCmachinetools;ceometricerror;errortest;errorcompensation解决方案SOLUTION工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造机械工程师2021年第8期112!!!!!!!!!!参数abcde系统补偿代码TransY_SPAYTransX_SPCXTransZ_SPAZTransY_ACYTransZ_ACZ说明直线轴回转中心O2与C轴回转中心O在Y方向上误差直线轴回转中心O2与C轴回转中心O在X方向上误差直线轴回转中心O2与A轴回转中心在Z方向上误差C轴回转中心O与A轴回转中心在Y方向上误差工作台台面与A轴回转中心在Z方向上误差表2HEIDENHAINITNC530数控系统结构参数表表3误差补偿前后检测数据对比表误差检测数据千分表读数变化C轴旋转角度0°90°180°360°补偿参数计算ab0.020.01补偿后误差检测数据千分表读数变化X方向000.0030C轴旋转角度0°90°180°360°图3误差分析示意图数控机床进行实例研究,验证此方法有效。2转摆台式五轴数控机床结构建模如图1所示为转摆台式五轴数控机床结构示意图。直线轴X、Y、Z联动回转中心矢量位置由加工中心数控系统按照加工中心结构参数进行插补计算得到。当A轴回转中心、C轴回转中心、直线轴X、Y、Z联动回转中心不重合几何误差偏大时,五轴数控机床加工精度就会降低。因此,做到三中心重合或偏差最小,成为了提高五轴机床联动精度的必要手段。3几何误差检测方法设计(1检测球头检棒长度补偿值,半径补偿值;(2测量A轴回转中心与C轴回转中心在Y方向上的误差;(3测量工作台台面与A轴回转中心在Z方向上误差;(4确定将要检测的旋转轴(A轴或C轴,将千分表摆放在插补圆内,并将表针压在球头检棒高点位置;(5X、Y、C轴做大圆联动,观测并记录X、Y两个方向随着C轴角度变化时,千分表读数变化;(6计算出直线轴联动回转中心与C轴轴心在X/Y平面上的误差;(7Y、Z、A轴做大圆联动,观测并记录Y、Z两个方向随着A轴角度变化时,千分表读数变化;(8计算出直线轴联动回转中心与A轴轴心在Y/Z平面上的误差。4测量原理以只考虑直线轴联动回转中心与C轴回转中心在X、Y方向上误差为例。如图2所示,数控机床X、Y、C轴在X/Y平面内,做大圆联动,通过千分表的变化来进行误差分析。如图3所示,X、Y插补轨迹与理想轨迹之间的误差是由于直线轴联动回转中心O2与C轴回转中心O在X/Y方向上误差a/b造成。因此通过对千分表变化值的分析,计算出a/b值,进入数控系统进行误差补偿,以减小X、Y插补轨迹与理想轨迹之间的误差。5误差补偿参数算法描述以只考虑直线轴联动回转中心O2与C轴回转中心O在X、Y方向上误差为例。设C轴回转轴轴心O在X/Y平面内坐标为(0,0,直线轴联动回转中心O2坐标为(b,a,千分表读数变化值为k。数控机床X、Y、C轴在X/Y平面内,做大圆联动,旋转角度为θ。b=k·sinθ(1a=k·cosθ(26HEIDENHAINITNC530数控系统结构参数修正经过误差检测与计算,得出修正参数a、b、c、d,补偿到数控系统中。7实例应用基于以上分析,将该方法应用于沈阳机床某转摆台式五轴数控机床进行误差补偿,该机床加工精度得到了大幅度提高。以只考虑直线轴联动回转中心O2与C轴回转中心O在X、Y方向上误差为例。如表3所示,通过此方法对该机床进行误差补偿后,提高了机床联动精度。8结语转摆台式五轴数控机床中心不重合几何误差,需要建立误差综合模型,进行多次检测与补偿,才可达到理想的几何精度,以提高机床加工精度。[参考文献][1]刘春时,孙伟,李小彭,等.面向五轴数控机床的空间误差建模流程研究[J].机床与液压,2021(8:4-7.[2]张为民,杨玮玮,褚宁,等.五轴头回转中心的几何误差检测与补偿[J].制造技术与机床,2021(2:13-15.(编辑昊天作者简介:张亮(1983-,男,硕士研究生,主要从事机床工艺设计及工艺装备设计。收稿日期:2021-04-09表1转摆台式五轴数控机床结构参数表参数abcde参数说明直线轴联动回转中心与C轴回转中心在Y方向上误差直线轴联动回转中心与C轴回转中心在X方向上误差直线轴联动回转中心与A轴回转中心在Z方向上误差C轴回转中心与A轴回转中心在Y方向上误差工作台台面与A轴回转中心在Z方向上误差图2误差检测方法示意图113机械工程师2021年第8期解决方案SOLUTION工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造旋转密封组件装配方案研究谭谆,张亮,李洪涛(沈阳机床股份设计研究院,沈阳1101421引言随着国内设计制造水平的提高,以前在进口设备应用较多的格来圈、斯特封这样的组合密封在国内设计制造的产品中应用越来越多。为了在保证密封性能的前提下提高效率,我们对旋转密封组件的装配方案进行了研究。2安装前的准备工作为了尽可能地降低格来圈在安装过程被破坏和安装后密封失效的几率,做好安装前的准备工作是非常有必要的。(1仔细检查所有零件尺寸,尤其是活塞杆外圆、端部倒角的尺寸和表面光洁度情况。(2清除毛刺,锐边倒圆,若活塞杆外圆上有孔,必须将孔口倒圆并在孔口处覆盖一层保护膜(要求保护膜薄、表面光滑且不易断裂。(3清除加工残渣,如:铁屑、污垢以及其他杂质,然后清洗所有与装配有关的部件。(4润滑所需安装的所有组件。最好用所需密封的油液,若使用其他润滑剂则必须注意其与密封件之间的化学相容性。使用油脂润滑时只能选用没有固体添加剂的类型。(5检查要安装的密封件是否已经损伤,轻微的损伤都会影响密封性能。3格来圈安装活塞杆密封格来圈的安装应该不会太困难,首先我们把O形圈放到沟槽中,这里注意O形圈一定不允许扭转;然后我们把格来圈压缩成如图1所示的形状,密封件不可以有折弯;再把压缩状态的格来圈放入沟槽,并且按照箭头方向推格来圈(如图2。最后我们要用复原工具来复原密封圈。可以根据具体情况安排复原的时间。复原工具最好用聚合物材料(例如尼龙来做,这样可以避免损坏密封件,无论采用何种材料,复原工具都必须保证表面光滑和导入倒角抛光。4工装设计当使用的密封件较多时,安装活塞杆所需克服的摩擦阻力比较大。这里我们运用螺纹传动能以较小的转矩得到很大推力的特点,设计了以螺纹传动机构作为传力执行件的工装。运用该工装可以轻松地将复原工具和活塞杆推入到配油环中。图3(a、(b分别为推入复原工具和安装零件时的示意图。(1螺旋传动及螺旋副的螺纹选择根据螺纹副摩擦性质不同,螺纹传动可分为滑动螺摘要:文中介绍了利用专用工艺装备完成嵌有多个格来圈零件装配的工艺方案,在沈阳机床集团某功能部件装配过程中验证了此方案的可行性。关键词:装配方案;工艺装备设计;旋转密封中图分类号:TH136文献标识码:A文章编号:1002-2333(202108-0114-02StudyonAssemblingRotarySealComponentsTANZhun,ZHANGLiang,LIHong-tao(ShenyangMachineToolCo.,Ltd.DesignandReearchInstitute,Shenyang110142,ChinaAbstract:Thepaperintroducesaplanforassemblingtheworkpiece,whichacrewofGlyd-ringshasbeenimplantedon,byusingspecialdesignedequipments.IntheassemblyprocessofafunctionpartfromSYMG,theplanisprovedpracticable.Keywords:assemblyplan;equipmentsdesign;rotaryseal图1图2手柄螺母螺杆复原工具配油环格来圈手柄螺母螺杆配油环格来圈筒心轴(a推入复原工具示意图(b安装零件示意图图3解决方案SOLUTION工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造机械工程师2021年第8期114学术论文RESEARCH数控机床螺距误差分析与补偿NCMachinePitchErrorAnalysisandCompensation西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室袁林李海滨中国电子科技集团公司第三十九研究所设备保障科技术室杨静[摘要]本课题对数控机床丝杠的结构及工作原理，以及数控机床的螺距误差对生产的影响进行阐述，并对各种螺距误差情况进行了分析与补偿，较全面地总结了螺距误差的各种情况。对有效改善机床定位精度和加工精度,以及数控机床的维护和合理使用具有重要的参考意义。关键词：丝杠螺距误差误差补偿定位精度[ABSTRACT]ThestructureofNCmachine,theworkingprinciple,andNCmachinepitcherroronproduc-tionaredescribed,avarietyofpitcherrorcompensationcasesareanalyzedandcompensated.Howtocompensatetheappropriatepitchissuggested,comprehensivesum-maryofthevarioussituationsofpitcherrorismade.Thepositioningaccuracyandprecisionmachinetoolsareim-proved,itisanimportantpracticalsignificanceforNCma-chinetoolmaintenanceandrationaluseofreference.Andanexampleofapplicationiscarriedout.Keywords:ScrewPitcherrorErrorcompen-sationPositionaccuracy现今制造业中，数控机床以其自身具有的优势得到空前地发展，发挥着巨大的作用，极大地影响了国民经济。数控机床集现代精密机械、计算机、通讯、液压气动、光电等多学科技术为一体，具有高效率、高精度、高自动化和高柔性等特点，是当代机械制造业的主流装备[1]。按照数控机床故障频率的高低，机床的使用期可分为3个阶段，即初始运行期（早期故障期）、相对稳定运行期（偶发故障期）和衰老期（耗损故障期），故障发生规律如图1所示。初始运行期：数控机床整机安装调试后运行一年左右的时间被称为早期故障期，这段时间机床的故障率相对较高。相对稳定运行期：机床经过了早期故障期后进入偶发故障期，也被称为相对稳定期（一般为7~10年），此阶段机床仍然有故障发生，但故障频率相对减少。衰老期：机床经过了偶发故障期进入衰老期，这段时间由于机床的磨损、电器元器件品质下降，数控机床故障率规定故障率早期故障期偶发故障期时间耗损故障期图1故障发生规律曲线Fig.1Curveoffaultoccuring的故障率又开始升高。滚珠丝杠作为数控机床承载运动的部件，其故障发生的规律也大致符合该故障发生规律。数控机床的定位精度是机床各个坐标轴在数控系统控制下达到的位置精度。根据实测的定位精度数值，可以判断机床在加工中所能达到的最好加工精度。同时数控机床各轴运动的准确程度，决定数控机床的定位精度,对数控加工质量至关重要。国际标准化组织于1998年批准了“数控机床位置精度的评定”的有关标准(ISO230-2:1998)；我国制定的“数字控制机应酬位置精度的评定方法”(GB10931-89)都对其有明确的要求[2]。现今的数控机床在检测精度时基本上都采用激光干涉仪对数控定位精度进行测量，以此来满足现今国内机床的精度要求。在测量机床的螺距误差和进行反向间隙误差补偿时，必须要专业的人员进行操作。1滚珠丝杠的特点与工作原理1.1滚珠丝杠的特点滚珠丝杠对性能的要求很严格，如需要传动可靠性高，摩擦损失小，传动效率高等。在机床各轴运行中，必须保证丝杠做工细腻，才能使其光滑、反应灵敏，从而实现机床的高精度（精度为η=0.92~0.96）。同时在对丝杠施加预紧力后，只有确保消除轴向的间隙，才能保证小的反向误差和高定位精度的实现。90航空制造技术·2021年第8期RESEARCH学术论文1.2滚珠丝杠的结构及工作原理（1）按滚珠丝杠的传动形式可分为：丝杠转动传动和螺母转动传动。丝杠转动传动：就是丝杠转动，丝杠带动螺母并将其固定在工作台上，使工作台移动。此种传动方式大多在机床丝杠行程较短的情况下使用。这种类型安装方式是比较常见的，如普通的数控车床，铣床。螺母转动传动：电机和螺母被做成一体，电机带动螺母在丝杠上进行运动，由此带动机床运动部件运动。这种传动方式一般用于丝杠较长的机床上，如龙门铣床，目的是为了防止丝杠因刚性不足而产生震动和变形。（2）按滚珠丝杠螺母结构可分为：内循环和外循环。外循环方式的滚珠丝杠螺母由丝杠、滚珠、回珠管和螺母组成。外循环方式中螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路；内循环方式的关键是滚珠丝杠螺母在侧孔中装有圆柱凸轮式反向器，反向器上铣有S形回珠槽，可将相邻两螺纹滚道连接起来。滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环[3]。隙很大。这是由于该轴导轨副或丝杠副一头紧一头松造成的。在该轴的误差测量中，由于定位精度不是很理想，随着在该轴的运动距离增大，其精度随之变大，从而形成了喇叭型正反向定位曲线。这时，必须进行机械调整，如果不恰当地使用反向间隙补偿，则必然形成C型交叉型曲线。并且只有在机械调整后重新测定误差，才能进行相应的螺距和反向间隙补偿。2.3交叉型螺距误差与补偿由于导轨副或者丝杠副一头紧或者一头松，而且丝杠和丝杠副的配合不是很好，所以在机床的重复运动过程中，机床的重复定位和定位精度得不到实现，经过检测得到的测量曲线如图2（c）所示为交叉型。此种情况可以对丝杠的机械安装结构进行预紧和校正，然后重新测量，按照得到的参数对机床进行误差补偿。2.4鼓型螺距误差如图2（d）所示，在测量中，正向和反向的曲线不重合，但是两个端点重合的很好，这种情况往往是由于丝杠太长，而且刚性不足造成的。在两端反向间隙小，而在中间反向间隙大，这种情况可以通过适当的预紧丝误差Δ由于数控机床在起初安装的时候丝杠和螺母未能预紧到理想的状态，或者由于丝杠与螺母的相互运动，致使丝杠与螺母之间产生了间隙，使得机床运动部件在工作的时候不能达到预定的位置而产生误差，通常称此误差为螺距误差。如果机床存在螺距误差，在机床发出运动命令时，运动部件不能立刻开始运动，而是要先克服间隙的距离后才能开始运行，由此会产生机床的行程误差，而不能达到预定的位置。螺距误差的大小大致由丝杠和螺母的磨损程度和间隙决定。总结螺距误差与补偿主要有如下几种类型。2.1平行型螺距误差与补偿如图2（a）所示，该轴的正向运行和反向运行的定位曲线基本平行，说明反向间隙在全行程中基本一致，如果经过多次测量较稳定，就可以对该轴的反向间隙进行消除（此补偿方法只限于反向间隙误差小的情况之下）；如果反响误差比较大，应该对丝杠的机械安装结构进行预紧和校正，使正反向误差曲线趋于重合，从而消除机床反向间隙。通过螺距误差补偿的方法可以拉平误差曲线，使误差的增量大大减小。2.2喇叭型螺距误差与补偿如图2（b）所示，机床的被测轴在全行程的各段误差不均匀，在机床反向运行的时候误差很大，即反向间反向行程误差Δ2螺距误差与补偿分析研究正向正向反向（b）喇叭型行程（a）平行型误差Δ误差Δ反向正向正向行程反向行程（c）交叉型（d）鼓型误差Δ误差Δ正向反向行程正向反向行程（e）不规则型（f）基本重合型图2机床螺距误差图Fig.2NCmachinepitcherror2021年第8期·航空制造技术91学术论文RESEARCH杠来得到改善；或者在加工零件的时候尽量将其放在工作台中间，以此减小误差。2.5不规则型螺距误差与补偿如图2（e）所示，正向和反向的曲线很不规则，主要是因为驱动系统刚性太差，丝杠制造精度低所致。这种情况仅靠反向间隙补偿功能是难以奏效的，而必须对传动系统进行改进，提高其刚性和精度。如果一定要用反向间隙补偿，也只能通过计算平均反向值来进行补偿。2.6基本重合型螺距误差与补偿如图2（f）所示，正向和反向误差曲线基本重合，表明机床传动系统刚性和精度都很好，正向运行和反向运行的运行曲线基本吻合，不需要进行反向间隙补偿。但是由于机床的定位精度不是很好，所以需要进行螺距补偿。这时可以按照误差进行尝试性的补偿。上述几种曲线图形是对单轴进行测量后得到情况的综合。在对轴进行螺距补偿和反向间隙补偿前，应当先尽可能消除丝杠的轴向窜动，具体做法为：在丝杠顶端的凹槽中粘住一颗铁珠，用百分表打在丝杠端部的铁珠上面，然后正反向移动坐标轴，检查是否有轴向窜动。若有窜动，首先松开一端丝杠螺母，紧固另一端丝杠螺母，然后再按丝杠预紧量进行预紧。然而多数情况下是由于丝杠顶端的轴承损坏导致了机床的轴向窜动[4]。2.7双轴螺距误差补偿对于一些高端数控机床系统,如西门子、FANUC等公司还提供了机床丝杠的双轴螺距误差补偿功能,此功能是在机床的双轴分别设定补偿量,从而在正、反方向移动时分别进行补偿,使机床的各项精度得到提高。进行机床双轴螺距误差补偿的时候，应该注意的是：要同时进行双轴的螺距补偿。如果不进行妥善的误差预测，而盲目地运行机床，很有可能造成机床的双轴扭曲，从而造成生产事故。用MJS5200激光头，检测对象为某数控机床的X轴，机床采用的是西门子系统。激光干涉仪技术指标：仪器准确度：μm（真空），R为分辨率（0.16μm（1）±（R+0.10L）或0.02μm）。（2）±1.0×10-6mm~±3.5×10-6mm（使用MJS5460波长补偿器）。分辨率：0.08μm（MJS5B型）最大测量速度：300mm/s,150mm/s（MJS5B型0.08μm）最大测量距离：20m机床X轴距离：500mm空气温度：23.96℃材料温度：24.24℃空气压力：976.27MPa空气相对湿度：0.57测量步距：25mm测量终止点：500mm测量方向：双向测量循环方式：线性循环采样方式：自动采样评定标准：VDI-DGQ3441由表1得到的数据，可以绘出误差曲线图，如图2-f所示，正向运行的曲线和反向运行的曲线基本相重合，此种曲线表明机床传动系统刚性和精度都很好。按照评定标准：VDI-DGQ3441得到的评测结果如下：轴线定位精度（P）：51.43（μm）位置系统偏差（Pa）：41.27（μm）最大换向误差（U）：17.24（μm）平均换向误差（U′）:8.03（μm）从评测结果得知：以上四种结果的数据不能满足数控机床的精度要求，所以我们必须对机床的反向间隙和螺距误差进行补偿。反向间隙补偿流程：menuselect—启动—设定口令—输入西门子制造商3某机床误差补偿实例本课题采用一个工作中的实例来说明机床的螺距丝杠补偿。本例采用激光干涉仪为测量工具，干涉仪采表1补偿前误差数据表92航空制造技术·2021年第8期RESEARCH表2补偿后误差数据表学术论文口令—机床数据—轴数据—修改32450参数来调整反向间隙—设MD有效—立即生效。螺距补偿流程：menuselect—启动—设定口令—输入西门子制造商口令—机床数据—轴数据—用“轴+”或者“轴-”切换到相应的轴—修改32700参数为0—执行螺补程序（或者把改好的补偿文件传到机床误差补偿数据内）—修改32700参数为1—机床NCK复位—重新回参考点螺补生效反向间隙。参数32700和32450都有两个数值选项，其中下标为1的是光栅尺反馈的修正参数，下标为0的是电机编码器反馈的修正参数，修改的时候根据机床的实际反馈系统进行，如果是全闭环机床，则修改下标为1的参数，半闭环机床则修改下标为0的参数。螺补数据（或者把改好的补偿文件传到机床误差补偿数据内）：METRICCHANDATA(1)$AA_ENC_COMP[1,0,AX1]=0$AA_ENC_COMP[1,1,AX1]=-0.0008$AA_ENC_COMP[1,2,AX1]=-0.0021$AA_ENC_COMP[1,3,AX1]=-0.0062$AA_ENC_COMP[1,4,AX1]=-0.0097$AA_ENC_COMP[1,5,AX1]=-0.0131$AA_ENC_COMP[1,6,AX1]=-0.0157$AA_ENC_COMP[1,7,AX1]=-0.0182$AA_ENC_COMP[1,8,AX1]=-0.3$AA_ENC_COMP[1,9,AX1]=-0.0231$AA_ENC_COMP[1,10,AX1]=-0.0258$AA_ENC_COMP[1,11,AX1]=-0.0288$AA_ENC_COMP[1,12,AX1]=-0.0313$AA_ENC_COMP[1,13,AX1]=-0.0328$AA_ENC_COMP[1,14,AX1]=-0.0345$AA_ENC_COMP[1,15,AX1]=-0.0353$AA_ENC_COMP[1,16,AX1]=-0.0369$AA_ENC_COMP[1,17,AX1]=-0.0383$AA_ENC_COMP[1,18,AX1]=-0.0397$AA_ENC_COMP[1,19,AX1]=-0.0406$AA_ENC_COMP[1,20,AX1]=-0.0402$AA_ENC_COMP_STEP[1,AX1]=25$AA_ENC_COMP_MIN[1,AX1]=0$AA_ENC_COMP_MAX[1,AX1]=500$AA_ENC_COMP_IS_MODULO[1,AX1]=0M17按照评定标准：VDI-DGQ3441得到的评测结果如下：轴线定位精度（P）：9.71μm重复定位精度最大（Ps）：1.27μm平均（Ps）：0.80μm位置系统偏差（Pa）：7.29μm最大换向误差（U）：3.44μm平均换向误差（U′）:1.13(μm)补偿后的评定结果表明，机床的各项精度得到提高，各项精度指标均符合要求，证明此补偿方法很成功。4总结本课题在论述丝杠工作原理的基础上，测量了数控机床的轴向误差并对所得的误差数据图进行分析研究，指出造成误差的各种因素，并且提出了相应的解决方案，同时应用实例进行阐述。本课题所分析的各种误差图形很全面地概括了日常检测和维修时所遇见的各种螺距补偿问题，对生产和维修有很大的指导意义。由于在进行螺距补偿时，很少能做到补偿一次就能达到理想的精度，因此可以按照某些规律进行多次尝试。进行操作的时候，必须由专业人士操作，虽然不同系统的机床它们的补偿方法也不一样，但其原理基本相同。参考文献[1]夏庆观.数控机床故障诊断与维修.高等教育出版社,2002.[2]张军,吴则鹏.CNC数控机床误差补偿系统及位置精度评定.组合机床与自动化加工技术,2006(6):46-48.[3]廖效果,朱启逑.数字控制机床.武汉：华中科技出版社,1991.[4]李翠芝,姜增辉.SINMERIK840D的定位精度补偿.机械工程师,2005(9):51-53.（责编岭雾）2021年第8期·航空制造技术93・工艺与装备・文章编号:1001-2265(2021)02-0098-04组合机床与自动化加工技术数控机床螺距误差补偿与分析李继中(深圳职业技术学院,深圳518055)摘要:文章通过实例介绍数控机床滚珠丝杆传动机构的螺距误差的测量、补偿依据、补偿方法与操作要点,以及补偿效果的验证与分析。通过利用英国RENISHAW公司的ML10激光干涉仪对FANUC0i系统数控铣床X轴的螺距误差进行测量、补偿及验证,结果说明,对滚珠丝杆传动机构的反向偏差与螺距误差进行补偿是提高机床精度的一种重要手段。关键词:滚珠丝杆;螺距误差;反向偏差;补偿;定位精度;激光干涉仪中图分类号:TH16;TG65文献标识码:ATheCompensationandAnalysisofPitchErrorforNCMachiningToolsLIJi2zhong(ShenzhenPolytechnic,)Abstract:22、’2Keywords:0引言目前,机床的传动机构一般均为滚珠丝杆副。当机床几何精度得到保证后,机床轴线的反向偏差与滚珠丝杆的螺距误差是影响机床定位精度与重复定位精度的主要因素,对机床轴线的反向偏差、滚珠丝杆的螺距误差进行补偿能极大地提高机床精度,机床控制系统也对这个两个补偿参量设置了专门的参数,供轴线误差补偿之用,并将其补偿功能作为控制系统的基本控制功能。1螺距误差的补偿方式由于加工设备的精度及加工条件的变化影响,滚珠丝杆都存在螺距误差。螺距误差补偿对开环控制系统和半闭环控制系统具有显著的效果,可明显提高系统的定位精度和重复定位精度;对于全闭环控制系统,由于其控制精度高,螺距误差补偿效果不突出,但也可以进行螺距误差补偿,以便提高控制系统的动态特性,缩短机床的调试时间。螺距误差的补偿分为实时动态补偿与静态均化补偿两种方式。实时动态补偿也称为在线补偿,是一种借助机床配置的实时位置检测系统所测得的数值控制机床运动轴定位的控制方法。这种补偿方式可显著提高机床的定位精度,但对机床系统的要求较高,机床成本相应增加。静态均化补偿是这样的一种控制方法:事先将螺距误差的均化值(补偿值)存储在数控系统参数表中,待补偿值生效后,数控系统自动将目标位置的补偿值叠加到插补指令上,均化误差部分,实现螺距误差的补偿,下面主要介绍静态均化补偿法。2螺距误差补偿的依据与原理[122]补偿和双向补偿。图1中Pi为测量目标点,Pi↑、Pi↓分别为双向趋收稿日期:2021-09-29;修回日期:2021-10-26作者简介:李继中(1963—),男,湖南人,深圳职业技术学院高级工程师,副处长,从事数控技术研究,(E-mail)ljizhong@。・98・2021年第2期・工艺与装备・图1位置偏差近目标点时的实际位置:Xi↑=Pi↑-Pi;Xi↓=Pi↓-PiXi↑=(1)nn∑Xj=1ij↑;Xi↓=nn∑Xj=1ij↓,式中n=5(2)(3)(4)Pi=Pi↑+Xij↑Pi=Pi↓+Xij↓图2RENISHAWML10激光干涉仪光学组件安装与光路示意图[11212](测量X轴)(4)即为机床轴线双向补偿的数学依上述式(3)、[1]据。从上述补偿机理可知,静态均化补偿法实际上是一种借助数控系统控制功能的软件补偿法。根据数控系统的控制功能,螺距误差的软件补偿涉及到以下几[324]个关键变量。(1)机床轴线的参考点补偿点号;(2)轴线负端最远补偿点号;(3)轴线正端最远补偿点号;(4);(5)。补偿原理一般是(参考点),以原点为中心设定补偿点,补偿间隔相等,并在补偿间隔的中点执行补偿。由此可以看出,静态均化补偿是一种统计补偿法,是以区间为单位进行补偿的,并不是实时位置点的补偿,与实时在线补偿有本质上的区别。上述各变量值存储在数控系统的参数中。下面以FANUC0i系统为例,介绍螺距误差补偿的具体执行方法。(4)按指定间距生成新的补偿数据文件,并传入NC中;(5)比较补偿前后的测量数据与机床性能。若未配置自动补偿软件,则必须记录补偿前的补偿数据,NC参数中。600mm,丝杆螺距,1所示。10i系统立式铣床X轴螺距误差补偿参数设置表参数号PRM#3620PRM#3621PRM#3621PRM#3623PRM#3624设定值202101说明对应设置X轴参考点的螺距误差补偿点号设置X轴负方向最远一端的螺距误差补偿点号设置X轴正方向最远一端的螺距误差补偿点号设置X轴螺距误差补偿倍率[13]30000X轴螺距误差补偿点间距,单位:微米测量时,NC的运行程序O0023;如下:N0G54G91G01X0.F1000;#1=0;#2=5;#3=0;#4=19;N0070G04X4.;N0080G01X-30.;G04X4.;#3=#3+1;IF[#3NE#4]GOTO80;从第1点负向走到第20点N0120G04X4.;G01X30.;#3=#3-1;IF[#3NE0]GOTO120;从第20点正向走到第1点G04X4.;#1=#1+1;IF[#1NE#2]GOTO70;5次全行程负、正向循环M30;%3螺距误差的测量与补偿螺距误差的测量与补偿有两种方式,手动测量与补偿、自动测量与补偿。手动测量与补偿借助步距规与千分表进行测量,然后再将检测的计算值输入数控系统参数中。自动方式一般采用激光干涉仪与补偿软件对机床轴线进行检测与自动补偿。如果严格按照GB/T1742112所规定的方法进行检测,手动方式很难实施,容易出错,且效率低,因此,目前主要以自动方式[5210]为主。以RENISHAW公司的ML10激光干涉仪测量FANUC0i系统立式铣床为例介绍螺距误差自动测量与补偿。按图2所示安装ML10激光干涉仪的相关器件,并保证反射光的光强满足测试要求。[11212]操作步骤如下:(1)备份NC中原螺距误差补偿数据文件(“OMP”格式),以供补偿前后对比分析;(2)清除原补偿数据(包括反向差值与各设定点螺距误差补偿值);生成NC运行程序,并传入NC中;(3)测量设定点的定位误差;第一次的测量数据如图3所示。[4]将图3中的反向差值“24”输入参数PRM#1851(反向偏差值补偿参数)对应的X轴栏目中,并让X轴・99・・工艺与装备・4分析组合机床与自动化加工技术图3X轴第一次测量数据重新回零(手动返回参考点),再次进行测量,测量结果如图4所示。图4对X轴反向差值补偿后的测量值在图4的基础上,将对应的螺距误差补偿值输入NC中,对应X轴的补偿参数表如图5所示,再次进行测量,得到测量数据如图6所示。由图6与图4所测数据对比可以看出,经过螺距误差的补偿后,X轴的螺距误差已经得到均化补偿,除了第2、3、4、6、7、14、18点处还存在需补偿的微量值(绝对值为1微米)之外,其它点均不再需要补偿。实际上,按图4进行补偿后,对机床的定位精度和重复定位精度进行测量,补偿前的数据分别是715、619微米,补偿后,其对应的数据分别为314、311微米,X轴的精度得到了明显的提高。对于FANUC系统,当螺距误差的补偿值(后一个点的补偿均值减去前一个点的补偿均值)在0～±7间时,补偿倍率设为,若补偿,,当机床,其补偿值为该点补偿值(参数表中的值)乘以补偿倍率。FANUC0系统的最小补偿间距为最大快速移动速度(快速进给速度)/1875(mm)[3]170;FANUC0i系统的最小补偿间距为最大快速移动速度/7500(mm),若补偿点的补偿量绝对值超过100时,螺距误差补偿点间隔最小值=(最大快速移动速度/7500)×倍数,其中倍数=最大补偿量(绝对值)/128(小数点后的数进[4]180上)。数控机床的精度主要取决于机械结构与控制系统的精度。影响机械结构精度的因素主要有机床的几何精度和传动机构的间隙、传动副的传动精度等,机床机械结构精度主要通过调整机械结构、补偿传动副的间隙或精度来保证。影响控制系统精度的因素主要有控制算法误差、位置检测装置误差、系统的响应特性、系统性能的匹配性(主要通过系统参数调整与优化实现)等,这部分精度主要通过优化伺服控制系统的参数得到保证,关键是保证控制系统工作在最佳的匹配状态。目前各品牌数控系统均有相应的控制优化软件,优化调整与配置伺服控制系统的参数,如FANUC系统的SERVOGUIDE、SIEMENS系统的SimComu等优化软件是优化配置伺服控制系统参数的一种有效工具,并能提供机床伺服控制系统工作性能的评价,当然完全靠优化软件是不够的,还必须有机床控制系统的调试经验,凭借经验,在优化软件优化的基础上,再对图5X轴螺距误差补偿点及其补偿值表图6X轴螺距误差补偿后的测量数据・100・2021年第2期・工艺与装备・[6]刘焕牢.数控机床螺距误差自动补偿技术[J].工具技术,2004(7):42-43.[7]曹永洁,傅建中.数控机床误差检测及其补偿技术研究[J].制造技术与机床,2007(4):38-41.[8]王春海,张增良.数控机床的螺距误差检测与补偿[J].微计算机信息,2006(1):235-236.[9]孟凯,乔炜,骆朝晖.先进检测仪器在数控机床精度验收中的应用[J].组合机床与自动化加工技术,2003(11):78-79.[10]严勇.数控机床螺距误差的测量与补偿[J].机电工程技术,2005(8):57-58,144.[11]RENISHAWLtd.,RENISHAWML10MANUAL[M],ENG2LAND,RENISHAWLtd.,2005.[12]RENISHAWLtd.,RENISHAWML10软件说明[CD],ENG2LAND,RENISHAWLtd.,2007.[13]北京发那科机电.FANUCSeries0i2MCOPERA2TOR’SMANUAL[M].北京:BEIJING2FANUC,2004.(编辑赵蓉)相关参数进行调整,即可保证机床系统工作在理想的状态下。采用滚珠丝杆传动时,机床位置精度的补偿主要有反向偏差补偿和螺距误差补偿。[参考文献]线的定位精度和重复定位精度的确定[S].北京:中国标准出版社,2000.[2]刘景扬.数控机床螺距误差补偿[J].昆明大学学报,CN53-1144/G4.2006,17(4):22-24.[3]FANUCLtd.FANUCSeries02MDPARAMETERMANUAL[M],JAPAN,FANUCLTD,1997.[4]北京发那科机电.FANUCSeries0i2MODELC/0iMATE2MODELCPARAMETERMANUAL[M].北京:BEI2JING2FANUC,2004.[5]陆兵,刘焕牢.数控机床精度评价和螺距误差补偿技术研究[J].机械,2005(4):73-74,76.(上接第97页)性能。在仿真模型经过1000,仿真结果。如图6所示,加工设备响生产的顺利进行,可增加工序,M8的利用率偏高,超过95%,M8比较忙碌,人员和机器的工作时间过长,属于瓶颈工序。应减少工序加工时间以减轻工作强度。当然,限于实际条件,有些加工工序时间很难减少,需要有关人员根据实际情况进行调整,但是仿真结果让有关人员知道生产线上各机器的利用效率,工厂可以根据自己的需求,依据仿真结果和分析,采取适当的措施达到预期的要求。,,,并在仿真eM2Plant中映射实现。采用eM2Plant软件建立汽车后桥生产线的数字化模型,并对其进行仿真分析,指出生产系统的瓶颈设备和空闲设备,对于生产系统的设计和改进,提高生产效率,降低规划与工程的成本,具有指导作用。[参考文献][1]许之伟,刘永贤,盛忠起.基于UML装备制造产品生产线仿真模型与实现[J].组合机床与自动化加工技术,2006(12):96-97.[2]邹湘军,孙健,何汉武.灌装生产线虚拟环境的多Agent建模研究[J].系统仿真学报,2004,16(4)757-759.[3]贾晨辉,张浩,陆剑峰.虚拟生产系统规划与仿真[J].组合机床与自动化加工技术,2006:94-97.[4]丁峰,柳西玲.UML技术及应用[M].北京:高等教育出版社,29.[5]王抒雁,王宇心,陈宏.空间碎片搜索数字化仿真系统的设计与实现[J].系统仿真学报,2007,19(24):5680-5683.[6]蒋胜龙,郑忠,高小强,等.基于UML的炼钢物流仿真系统分析与设计[J].系统仿真学报,2007,19(16):3676-3679.[7]PiloneD,PitmanN.UML210inanutshell[M].Cambridge,UK:O’ReillyDate,2005.[8]马玉敏,樊留群,等.基于仿真的车间作业计划优化设计[J].系统仿真学报,2007,19(19):4548-4552.(编辑赵蓉)图6设备利用率仿真4结束语采用基于UML的面向对象建模方法对桥壳生产・101・数控机床定位精度的补偿方法简述北京亚崴技术服务有限责任公司路宝新

由于机械电子技术的飞速发展，数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的定位精度是影响其高精度性能的一个重要方面，因而也是数控机床验收时的一个重要项目。利用数控系统的螺距误差补偿功能进行调整，可以大大提高数控机床的定位精度，而电气控制系统不同，其定位精度的补偿方法也不尽相同，本文将以FANUC-0系统和SIEMENS-880系统为例，简单介绍数控系统螺距误差补偿的方法。

螺距误差补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后进行的，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。另外，进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器(如激光干涉仪)，这样可以先测量再补偿，补偿后再测量，并按照相应的分析标准(如VDI3441、JIS6330、GB10931-89等)对测量数据进行分析，直到达到机床对定位精度的要求范围。

机床的螺距误差补偿功能包括线性轴和旋转轴两种方式，分别可以对直线轴和旋转工作台的定位精度进行补偿。但有一点需要注意，就是在补偿旋转轴时应注意：在0°～360°之间各补偿点的补偿值总和应为0，以使0°和360°的绝对位置保持一致，否则旋转轴旋转角度每超过360°一次，就产生一次累积误差，从而影响机床的加工精度。另外，螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。所谓增量型是指以被补偿轴上相领两上补偿点间的误差差值为依据来进行补偿，而绝对型是指以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。

FANUC-0数控系统的螺距误差补偿功能是一种增量型补偿方法，FANUC-0数控系统与螺距误差补偿功能有关的参数如下：

765432100011

PML2PML1

765432107011

PML2SPML1SPML2和PML1的组合决定误差补偿倍率，它对X、Y、Z和第四轴有效。PML2S和PML1S的含义与PML2和PML1相同，它对第5、第6轴有效。设定的补偿值乘以此倍率即为应补偿的误差值。PML2(S)PML1(S)补偿倍率10×101×210×411×8

0535BKLX0536BKLY0537BKLZ0538BKL47535BKL57536BKL67537BKL77538BKL8

BKLX、BKLY、BKLZ，BKL4～BKL8依次为X、Y、Z和第4～第8轴的反向间隙补偿量，其设定范围为0～2550(检测单位)0712PRSX0713PRSY0714PRSZ0715PRS47713PRS57714PRS6

PRSX、PRSY、PRSZ和PRS4～PRS6依次为X、Y、Z和第4～第6轴的各螺距误差补偿点间的距离。其设定范围为：8000～99999999

（单位：0.001mm）

4000～99999999（单位：0.0001inch）1000PECORGX2000PECORGY3000PECORGZ4000PECORG45000PECORG56000PECORG6

FANUC-0M系统要求机床各轴的机械坐标参数考点必须是一个补偿点，PECORGX、PECORGY、PECORGZ和PECORG4～PECORG6依次为X、Y、Z和第4～第6轴的螺距误差补偿零点的编号。1001X轴第1号补偿点的补偿值::1128X轴第128号补偿点的补偿值::2001Y轴第1号补偿点的补偿值::2128Y轴第128号补偿点的补偿值::3001Z轴第1号补偿点的补偿值::3128Z轴第128号补偿点的补偿值::4001第4轴第1号补偿点的补偿值::4128第4轴第128号补偿点的补偿值::5001第5轴第1号补偿点的补偿值::5128第5轴第128号补偿点的补偿值::6001第6轴第1号补偿点的补偿值::6128第6轴第128号补偿点的补偿值

FANUC-0M系统规定各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。各补偿点补偿值的设定范围为-7～+7。

例：某机床X轴(线性轴)行程为-1000mm到0mm，机床参考点设在0mm处。设定螺距误差补偿基准点编号为20(即参数1000=20，也就是说设定机床参考点在参数1021处)，螺距误差补偿间隔为100mm(即参数712=100000)，补偿倍率为1(即参数11位0=0,11位1=0)。

在机床行程负方向补偿点号为：

螺距误差补偿点基准编号-(机床在负方向行程/螺距误差补偿间隔)+1=20-(1000/100)+1=11

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=20+(0/100)+1=21

机床坐标与补偿点号对应关系如下：

机床坐标mm-1000-900-800～-300-200-1000

补偿点号101110121013～1018101911021

如果各点误差值如下：

-1000-900-800-700-600-500-400-300-200-1000

-3-5-2023142-10

则各点补偿值如下：

10111012101310141015101610171018101911021

-23221-23-2-310

SIEMENS-880数控系统的螺距误差补偿功能也是一种增量型补偿方法，其补偿方法与FANUC-0数控系统略有不同。FANUC-0系统只能进行单方向补偿，而SIEMENS-880系统可以按运行方向进行双向补偿，两个方向的补偿参数分别设定。FANUC-0系统的补偿倍率为1、2、4、8，各点补偿值范围为-7～+7，故各点可补偿的误差范围为-56～+56μm，各点可不同；而SIEMENS-880系统的补偿倍率(即补偿当量)为0～100，但各点要么不补，要么补一个正的当量，要么补一个负的当量，故各点可补偿的误差范围为-100～+100μm，但补偿当量在同一轴内必须相同。

SIEMENS-880数控系统的螺距误差补偿功能相关参数只有在电源重开及参考点返回之后才能生效，具体参数含义如下：(*代表各轴轴号，0：X轴，1：Y轴，2：Z轴，等等)

NCMD220*背隙补偿值。设定范围：-255～+255μm。

NCMD316*正方向补偿指针，设定范围：0～249(第一伺服CPU)指针是机械坐标参考点对应的补偿点位置。

NCMD320*负方向补偿指针，设定范围：0～249(第一伺服CPU)

NCMD324*两个螺距误差补偿点间距，设定范围：0～32000μm。

NCMD328*补偿当量，即倍率，设定范围：0～100。

NCMD6000～6999螺距误差补偿点，具体分布如下：

6000～6249第一个伺服CPU的各轴。

6250～6499第二个伺服CPU的各轴。

6500～6749第三个伺服CPU的各轴。

6750～6999第四个伺服CPU的各轴。MDNo.位765432106000补偿点4

Yes/No+/-补偿点3

Yes/No+/-补偿点2

Yes/No+/-补偿点1

Yes/No+/-6001补偿点8

Yes/No+/-补偿点7

Yes/No+/-补偿点6

Yes/No+/-补偿点5

Yes/No+/-6002补偿点12

Yes/No+/-补偿点11

Yes/No+/-补偿点10

Yes/No+/-补偿点9

Yes/No+/-:6248补偿点996

Yes/No+/-补偿点995

Yes/No+/-补偿点994

Yes/No+/-补偿点993

Yes/No+/-6249补偿点1000

Yes/No+/-补偿点999

Yes/No+/-补偿点998

Yes/No+/-补偿点997

Yes/No+/-

表中：

-=0

+=1

No=0

Yes=1

每一个机床参数有8位，每两位是一个补偿点，所以每个参数可以设定四个补偿点，控制器内部规定只有最右边的点(位0和位1)能够被设定为参考点。例如：如果机床某一轴的参考点被设定在793号补偿点，则参考点对应的机床参数号=6000+(793-1)/4=6198，即机床参考点下在机床数据6198，所以机床数据3160下为6198-6000=198。另外，机床参考点的补偿值必须为0，其它点的补偿以参考点为依据。例：某机床X轴(线性轴)行程为-35到205mm，机床参考点设在0mm处，补偿点间的距离为10mm，补偿当量为1μm。则在机床行程负方向补偿点个数为3，在机床行程正方向补偿点个数为20，加上参考点共24个。机床补偿参数设定如下：

NCMD3160=1

NCMD3200=1(正反方向补偿曲线重合)

NCMD3240=10000

NCMD3280=1

机床坐标与补偿点号对应关系如下：MDNo.机床坐标6000-10-20-30-4060013020100(Ref)60027060504060031101009080600415014013012060051901801701606006230220210200

另外，SIEMENS-840D数控系统螺距误差补偿采用绝对型补偿方法，可以通过执行程序来设定补偿数据，方法直观但操作步骤比较繁琐。MITSUBISHI数控系统螺距误差补偿可以通过参数设置来选择使用增量型还是绝对型补偿方法，具体补偿方法可参照MITSUBISHI系统说明书。

２００９年９月第３７卷第９期机床与液压ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＳｅｐ．２００９Ｖ０１．３７Ｎｏ．９ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒＬ１００１—３８８１．２００９．０９．０１２数控机床螺距误差测量与补偿陈芳（深圳职业技术学院，广东深圳５１８０５５）摘要：分析了激光干涉仪测量线性误差的原理。提出了一种使用激光干涉仪对数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差进行测量和补偿的方法，并给出了应用实例。实践结果表明该方法有效地提高了数控机床的加工精度。关键词：数控机床；螺距误差；反向间隙；激光干涉仪中图分类号：ＴＣ，６５９文献标识码：Ａ文章编号：１００１—３８８１（２００９）９—０３７—２ＴｈｒｅａｄＰｉｔｃｈＥｒｒｏｒＭｅａｓｕｒｅａｎｄＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎＣＮＣＭａｃｈｉｎｅＣＨＥＮＦａｎｇ（ＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｕａｎｇｄｏｎｇｅｌＴＯＩ＇Ｓ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ）ａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａ－ｗａｔｌＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｒｉｎｇｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｃｌｅａｒａｎｃｅａｎｄｔｈｒｅａｄｐｉｔｃｈＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｅｒｒｏｌｏｗｉｔｈｌａｓｅｒｉｎｔｏｆｆｅｍｍｅｔｅｒＷ８．８ｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｗｉｔｈｌ／璩ｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｔｏｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄａｎｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｄａｔａ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｖｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎ８ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＣｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ；Ｔｈｒｅａｄｐｉｔｃｈｅｒｒｏｒ；Ｏｐｐｏｓｉｔｅｃｌｅａｒａｎｃｅ；Ｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ在半闭环数控加工系统中，加工定位精度很大程度上受到滚珠丝杠精度的影响。一方面，滚珠丝杠本身存在制造误差，另一方面，滚珠丝杠经长时间使用磨损后精度下降。所以必须对数控机床进行周期检测，并对数控系统进行正确螺距误差补偿，提高数控机床加工精度。激光干涉仪在数控机床螺距误差测量和补偿中应用非常广泛。作者给出使用激光干涉仪测量和补偿数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差的方法。１约１／４个波长，则光束会以１８００的相位差向观察者异步射回，并发生相消性干涉，而产生较暗淡的光。因此，观察者可以计算透镜移动时的闪光次数来测量可移透镜所移动的距离。利用激光干涉仪测量和补偿滚珠丝杠误差的步骤：首先安装激光干涉仪并对光；然后生成检测程序；开始检测反向间隙和滚珠丝杠螺距误差；最后对数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差进行补偿。２激光干涉仪安装与对光现以机床ｌ，轴为例说明激光干涉仪的安装和对光【２］。其安装示意如图２所示。将激光干涉仪如图安激光干涉仪测量线性误差的原理【１１固定反射镜基准臂活矧射镜ＩＩ．≥．Ｍｉｌ．１装好之后，让经过线性干涉镜的反射光和经过线性反射镜之后的反射光一起进入激光器，若在机床沿测量轴ｌ，轴移动的过程中，ＲｅｎｉｓｈａｗＬａｓｅｒｌＯ豳７∥分光镜：复二光主Ｌ图１干涉镜原理如图１所示，光源在半银色透镜表面分开，一半的光呈９０。反射至一个固定距离透镜，剩余的一半则透过一个可移动的透镜。两个透镜互相准直，以使从透镜反射的还原光束互相平行，并一同向观察者反射回去。若每一个透镜与半透镜的距离完全相同，则光束会同步到达观察者处，并发生相长性干涉，使光更为明亮。若可移透镜放得再远一点，使其位置偏移大Ｃａｐｔｕｒｅ界面左边绿色超过第二条壑线，则说明光已调好ｏ图２激光干涉仪安装图３滚珠丝杠误差捌３．１相关数据清零在检测数据之前，需将数控系统相关数据清零。对于西门子系统¨１：设定参数ＭＤ３２４５０＝０（反收稿日期：２００８—０９—２６基金项目：深圳市科技计划项目（２１０７Ｋ１７１ＦＡ）作者简介：陈芳（１９ｒ７７一），女，汉族，湖南桃源人，讲师，研究方向为数控技术应用、数控设备维修，主要从事工作教学与科研工作，已发表论文９篇。：１３２６５５５８９５５，０７５５－２６７３１８２１。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｆａｎｇｓｚ＠Ｏａ．ｓｚｐｔ．ｎｅｔ。万方数据・３８・机床与液压第３７卷向间隙）；将８０２Ｄ螺距误差补偿文件导出并将螺距误差清零之后再导入到８０２Ｄ数控系统。注意：只有在机床参数ＭＤ３２７００＝０时，补偿文件才能写入８０２Ｄ系统；当ＭＤ３２７００＝１时，８０２Ｄ内部的补偿数组进入写保护状态。对于ＦＡＮＵＣ系统Ｈｏ：设参数Ｎｏ．１８５１＝０（各轴的反向间隙补偿量），Ｎｏ．３６２４＝０（螺距误差补偿点的间隔）之后，则系统不进行误差补偿。３．２生成检测程序在ＲｅｎｉｓｈａｗＬａｓｅｒｌＯ软件中等距定义目标：第一定位点为Ｏｍｍ；最终定位点为一５７０ｍｍ；间距为３０ｒａｍ；运行次数为５次。选择最接近的数控系统可自动生成程序。注意：自动生成的程序有的要进行局部修改，如Ｇ０４Ｘ４要改Ｇ０４１７４，还有程序头要修改。３．３采集和分析数据将生成的程序传到ＮＣ中，运行该程序。当机床移动到ｙ０时，计算机按“设定基准清零”，可自动开始采集数据。裹１反向间隙补偿表参考点位置／ｎＬｒｎ０．０００补偿起点／ｍｍＯ．０００补偿终点／ｍｍ一５７０．０００补偿间隔／ｎｕｎ３０．０００反向间Ｉ彩¨ｍ２６表２螺距误差补偿表编号轴线位置／ｍｍ补偿数值均值补偿／斗ｍ１０．０００００２—３０．００００一ｌ３—６０．ｏｏＯＯ一２４—９０．００００—３５—１２０．０００Ｏ一２６—１５０．００００—２７—１８０．０００Ｏ一２８—２１０．０００Ｏ—ｌ９—２４０．０００ＯＯ１０—２７０．００００—１１１—３００．ＯｏｏＯＯ１２—３３０．０００Ｏｌ１３—３６０．００００一ｌ１４—３９０．０００Ｏ一２１５—４２０．００００—２１６—４５０．００００一２１７—４８０．００００—２１８—５ｌＯ．００００一２１９—５４０．０００００２０—５７０．００００２通过数据分析可得到误差补偿图表。图表类型选择：均值补偿；补偿类型：西门子系统选择绝对值，ＦＡＮＵＣ系统选择增量值。以西门子系统为例，得到万方数据反向间隙和丝杠螺距误差补偿数据，见表１、２。４数控机床误差补偿４．１误差补偿现在对数控系统进行误差补偿。误差补偿包括反向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿。对于西门子８０２Ｄ系统，设反向间隙补偿参数Ｎｏ．３２４５０＝０．０２６ｍｍ。修改螺距误差补偿文件＂１：￥ＡＡ＿ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［Ｏ，０，ＡＸ２］＝２￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［０，１，ＡＸ２］＝０￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，２，ＡＸ２］＝一２￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，３，ＡＸ２］＝一２￥ＡＡ－ＥＮＣ＿ＣＯＵＰ＿ＳＴＥＰＥＯ，ＡＸ２］＝３０￥ＡＡＥＮＣ—ＣＯＭＰ—ＭＩＮＥ０，ＡＸ２］＝－５７０￥ＡＡ－ＥＮＣ—ＣＯＭＰ＿ＭＡＸ［０，ＡＸ２］＝０￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ—Ｉｓ—ＭＯＤＵＬＯ［０，ＡＸ２］＝Ｏ回参考点使反向间隙生效，设置参数ＭＤ３２７００＝１，使螺距误差补偿生效。对于ＦＡＮＵＣ系统，设定下列参数：Ｎｏ．３６２１＝０（各轴负方向最远一端的螺距误差补偿点的号码）；Ｎ