數控銑床誤差補償及定位精度測量研究

劉 瑋

（蘭州現代職業學院，甘肅 蘭州 730000）

1 機床誤差補償技術

因為多種誤差源的出現，都會降低數控機床的精度，為保證加工精度符合要求，往往會通過新誤差來抵消之前的誤差，對于機床結構的升級改善來說，此方法較為實用且經濟。誤差補償技術包括硬件補償和軟件補償兩種。硬件補償通常是在機床上外接誤差補償器或者是提升零件制造精度來實現補償效果，具有成本費用過高、推廣難度大等問題，而且如果數控系統不同，需要配備的誤差補償器的電路也不同，安裝以及調試過程繁雜，適用性不高。相對硬件補償，軟件補償是通過數控加工指令的調整來進行的，對之前的加工運動軌跡進行適當調整，實現誤差補償的效果，此方式不會改變數控機床的機械設備，僅僅調整計算機程序就可以實現，相對方便和簡單，具有較為明顯的優勢。

2 數控銑床定位誤差檢測與定量分析

所謂數控銑床定位誤差，指的是在制造以及裝備銑床傳動設備過程中出現的誤差導致的銑床運動不準確，誤差會影響加工零件原本的精度。分析并歸類定位誤差，可以較為直觀的總結影響各種誤差的最關鍵的因素。本文主要從重復定位誤差、位移誤差以及反向間隙等層面來對定位誤差情況進行討論。

2.1 數控銑床進給系統

本文主要以某機床廠的MvcBSOB 型三軸立式數控銑床為分析對象。MvcBSOB 型銑床使用的操作系統為FANUC Series Oi Mate-MODEL D，相關的參數包括：工作臺面的長與寬是l050mmx500mm，主軸箱在Z 軸行程是550mm，工作臺在X 軸的行程是800mm，主軸中心距離立柱導軌面550mm，滑臺在Y 軸的行程是500mm，工作臺面距離主軸端面是105mm～655mm，切削給進速度最大是10000mm/分，快速給進速度最大值是X 軸-16m/分、Y 軸-米/分、Z 軸12m/分。如下圖是給進系統的主體結構圖。

圖1 MVC850B 型號機床給進系統主體結構圖

2.2 數控銑床的定位誤差測量

對MVC850B 出現的定位誤差進行測量，一般測量起點是零點，對X 軸和Y 軸兩個方向的行程中的線性定位誤差展開測量。第一，在電腦測量軟件中對相關測量參數進行設置，確定目標位置，Y 軸（0mm～500mm）或者是X 軸（0mm～800mm），間距選擇為50mm，進行等距測量。第二，按照機床運行程序，來在計算機上選擇相關的測量參數，通常為雙向測量+線性定位方法，其中過沖量和暫停周期的參數，都是機床程序中參數值的0.5 倍。

2.3 數控銑床定位誤差分析

為對驗證誤差展開分析，應該對銑床使用后的定位誤差變化進行對比和討論。本文所用的MVC850B 型數控銑床，在一開始的定位誤差測量時，因為機床比較新，無太大的磨。在該機床持續使用一年以后，再次對其定位誤差展開測量，對比結果如下圖所示。圖中的N-r 以及N-f 代表使用1 年后機床的反向和正向進給運動誤差，而B-r 以及B-f 代表未使用前的反向和正向誤差。

按照測量結果，如果定位誤差大于零，說明實際值高于理論值，如果定位誤差小于零，說明實際值低于理論值。分析上圖2/3 的測量結果發現，在一年以后，不管是X 軸還是Y 軸，都不體現周期規律，而是以線性規律為主。由此可見，在使用銑床過程中，導軌受到了磨損，導致導軌存在的周期性誤差不再有，是的直線度誤差增加，作用到機床自身的定位誤差上，導致機床定位誤差增加。

圖3 MVC850B 型數控銑床一年前后Y 軸方向誤差對比

3 數控銑床定位誤差補償試驗

測量結果是否貼合實際，決定著是否能科學補償定位誤差，另外，數據樣本的可靠度也影響著誤差補償的精度和效率。本文在前面對定位誤差因素、誤差測量以及測量結果進行了分析，為后續定位精度的提升、加工誤差的降低奠定了一定的基礎。本次將在前面定位誤差分析、測量以及結果討論的前提下，探討一種以坐標系偏移為基礎的誤差補償綜合方法，重點對與定位誤差和反向誤差展開補償，最終來盡可能保證機床的定位精度。

反向間隙補償思路。反向間隙一般在不同運動軸上，軸與軸互相間無太大影響，如果軸自身的運動方向出現變化，就會有反向間隙。因為零件裝備方法不同和不同位置的絲桿磨損差異，不同位置的反向間隙也有所不同，因此應該講機床各個軸的行程分段。

X 軸和Y 軸平面中刀具編程的運動軌跡，理論上是從P0 點運動到P5 點，因為不同軸的反向間隙互不影響，因此假設只有X 軸的運動方向出現變化，Y 軸運動方向不變。如果x 軸上i 點的位置為xi，那么xi的反向間隙值為δ(xi)。刀具編程在理論上的運動軌 跡 方 向 是：M0 →M1 →M2 →M3 →M4 →M5。因為反向間隙作用， 實際的運動過程是：M0 →M1 →M2 →M'2 →M'3 →M'4 →M'4n →M5。進行反向間隙補償以后， 路徑又變成了：M0 →M1 →M2c →M3c →M4c →M4 →M5，如此一來，就能夠還原到理論運動軌跡上，實現了間隙補償。

圖4 反向間隙補償運動軌跡演示

按照上圖所演示的，加工過程中，銑床軸的運動包括下面四種不同情況：

第 一 種：xi+1＞=xi，并 且xi＜=xi-1，運 動 軌 跡 為M3 →M4 →M5

第 二 種：xi+1＞=xi，并 且xi＞=xi-1，運 動 軌 跡 為M0 →M1 →M2

第 三 種：xi+1＜=xi，并 且xi＜=xi-1，運 動 軌 跡 為M2 →M3 →M4

第 四 種：xi+1＜=xi，并 且xi＞=xi-1，運 動 軌 跡 為M1 →M2 →M3

如果在X 軸方向上的某一點i 上，銑床運動方向出現變化，反向間隙是δ(xi)，就會發生第一種和第四種方向，然后展開反向誤差的補償。

4 結束語

討論分析數控銑床定位誤差補償以及測量過程的準確性，能夠保證定位誤差的有效補償，然而因為測量儀器等相關條件有限，本文只研究了靜態情況下的補償和檢測。未來數控銑床勢必會更高水平、高效能發展，需更深入分析并探討誤差補償技術，研究出可以以誤差測量數值為前提，進行數控指令直接調整的誤差補償程序，從而促使數控銑床的作業效率、精準度更高，更符合要求。