基于數控機床傳動比調節的位置精度補償策略分析

2018-06-28 02:23:28鄭通達

機電信息 2018年18期

鄭通達

（國家塑料機械產品質量監督檢測中心，浙江寧波315800）

0 引言

在科技高速發展的今天，數控機床取代老式儀表機床已經基本完成，現在人們把目光投向了如何提高數控機床精度上，于是數控機床位置精度的概念就此產生。

數控機床位置精度是數控機床最重要、也最能代表機床特征的一項指標，位置精度的高低往往決定了機床加工件的精度。

1 數控機床的脈沖當量

脈沖當量是指當控制器輸出一個定位控制脈沖時，所產生的定位控制移動的位移。對直線運動來說，是指移動的距離；對圓周運動來說，是指轉動的角度。

1.1 直線軸的脈沖當量

直線軸的脈沖當量是指當機床控制系統發出一個脈沖指令，通過伺服驅動器，使電機轉動一個步距角α，機床對應的運動部件實際產生的位移δ。其公式為：

式中，δ為直線軸的脈沖當量；α為電機的步距角；P為滾珠絲桿的導程；μ1為控制系統電子齒輪傳動比；μ2為伺服驅動器的傳動比；μ3為各級齒輪的總傳動比。

1.2 回轉軸的脈沖當量

回轉軸的脈沖當量是指當機床控制系統發出一個脈沖指令，通過伺服驅動器，使電機轉動一個步距角α，機床對應的運動部件實際轉動的角度ε。其公式為：

式中，ε為回轉軸的脈沖當量；α為電機的步距角；μ1為控制系統電子齒輪傳動比；μ2為伺服驅動器的傳動比；μ3為渦輪蝸桿的總傳動比。

2 數控機床脈沖當量的調節

2.1 理論脈沖當量

在數控機床的設計生產中，根據機床的精度要求，其脈沖當量一般取值在0.01～0.001 mm之間。

2.2 實際脈沖當量

在數控機床設計完成后，機床電機的步距角α和絲桿導程P的數值便會確定，然而在實際生產過程中，僅確定步距角和導程，數控機床的脈沖當量可能無法達到理想的狀態，因而在數控機床制造完成后，生產方會根據機床的精度要求，調節機床電子齒輪傳動比和伺服驅動器的傳動比。

2.3 脈沖當量匹配

利用傳動比提高位置精度，其實質就是通過對理論脈沖當量的微調，使得理論脈沖當量與實際脈沖當量相匹配。

3 精度提高實例

本文以XX公司生產的簡式臥式數控車床為例進行分析。該數控車床采用凱恩帝K100T數控系統，由于該系統缺少螺距補償功能，無法對機床的位置精度進行方便的差補。并且在實際車床生產情況中，因為生產成本等局限性，往往生產方制造的機器在位置精度方面有所欠缺，甚至于無法達到國標水平。為此，我們提出了利用光柵尺來調節電子齒輪傳動比的方法，從而達到提高位置精度的目的。

以該車床Z軸為例，Z軸的行程為140 mm，取200 mm的光柵尺，首先根據機床測量精度要求選取適宜的光柵尺，其次在安裝光柵尺時要特別注意，必須盡可能讓光柵尺與Z軸平行，一般平行度控制在5 μm之內。

完成上述步驟后，將Z軸移動到機械坐標的零位，同時將光柵尺的數值也相應清零。隨即在車床上輸入指令（G0 Z140 F500），將Z坐標的位置移到Z140處，觀察光柵尺讀數顯示140.016 mm。

由此可以看出，如果光柵尺的精度可以保證，上述Z軸的實際長度和理論長度的比值為：

140.016 /140.000=140 016/140 000=8 751/8 750得出的比值即為傳動比的修正參數，可填入電子齒輪參數或驅動器參數，或者兩者配合填入。

為驗證此方式的有效性，我們特地選用Renishaw XL80激光干涉儀做了驗證，測試結果如圖1所示。