提高数控机床的精度

提高数控机床的精度

提高数控机床的精度 2009： 对机床各坐标轴的反向偏差、定位精度进行准确测量和补偿，可以减小或消除反向偏差对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，使机床处于最佳精度状态，从而保证零件的加工质量。 随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中得到广泛的应用，精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对数控机床的精度也提出了更高的要求。用户在选购数控机床时，十分看重机床的位置精度，特别是各轴的定位精度和重复定位精度。但是这些使用中的数控机床精度到底如何呢? 大量统计资料表明：65.7%以上的新机床，安装时都不符合其技术指标；90%使用中的数控机床处于失准工作状态。因此，对机床工作状态进行监控和对机床精度进行测试是非常必要的，以便及时发现和解决问题，提高零件加工精度。

目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准ISO230-2或国家标准GB10931-89等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的必要途径。

反向偏差

在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度。如在G01切削运动时，反向偏差会影响插补运动的精度，若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在G00快速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长， 反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加， 因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。

（1）反向偏差的测定

反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值， 以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离， 如图1中AB段， 否则不能得到正确的反向偏差值。

测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采用千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。

例如，在三坐标立式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量：

N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移 N20 X￡?50；工作台左移，消除传动间隙N30 G04 X5；暂停以便观察 N40 Z50；Z轴抬高让开N50 X￡?50；工作台左移N60X50；工作台右移复位N70 Z￡?50；Z轴复位 N80 G04 X5；暂停以便观察 N90 M99；

需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对“反向间隙”)，因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。

回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。

（2）反向偏差的补偿

国产数控机床，定位精度有不少>0.02mm，但没有补偿功能。对这类机床，在某些场合下，可用编程法实现单向定位，清除反向间隙，在机械部分不变的情况下，只要低速单向定位到达插补起始点，然后再开始插补加工。插补进给中遇反向时，给反向间隙值再正式插补， 即可提高插补加工的精度，基本上可以保证零件的公差要求。

对于其他类别的数控机床，通常数控装置内存中设有若干个地址，专供存储各轴的反向间隙值。当机床的某个轴被指令改变运动方向时，数控装置会自动读取该轴的反向间隙值，对坐标位移指令值进行补偿、修正，使机床准确地定位在指令位置上，消除或减小反向偏差对机床精度的不利影响。

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