欣興鴻三米橋式五軸龍門加工中心：精度測定與偏差補償?shù)年P(guān)鍵要素

在我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展的當(dāng)下，數(shù)控機床作為工業(yè)制品的母機，在機械制造生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著精加工技術(shù)的快速進步和零件加工精度的不斷提升，對數(shù)控機床的精度要求也日益提高。盡管用戶在選購數(shù)控機床時，尤其關(guān)注機床的位置精度，特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度，但這些正在使用的數(shù)控機床精度實際情況究竟如何呢？jin天，欣興鴻小編就來和大家探討一下機床精度的相關(guān)話題！

首先，大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示：超過 65.7%的新機床在安裝時不符合其技術(shù)指標(biāo)，90%正在使用的數(shù)控機床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因此，對機床工作狀態(tài)進行監(jiān)測以及經(jīng)常測試機床精度十分必要，這樣能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，提高零件加工精度。欣興鴻作為三米橋式五軸龍門加工中心的生產(chǎn)廠家，可以為您提供廠區(qū)機床建設(shè)施工圖紙，按照我們工程師給出的方案建設(shè)機床放置環(huán)境，能夠有效降低安裝的機床出現(xiàn)失準(zhǔn)的狀況。

當(dāng)前，數(shù)控機床位置精度的檢驗通常遵循guo際標(biāo)準(zhǔn) ISO230-2 或國家標(biāo)準(zhǔn) GB等。同一臺機床，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所得到的位置精度也會有所差異。所以，在選擇數(shù)控機床的精度指標(biāo)時，要留意其采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機床的位置精度通常涉及各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對于這兩者的測定和補償，是提升加工精度的重要途徑。

一、反向偏差要素

在數(shù)控機床上，由于各坐標(biāo)軸進給傳動鏈上驅(qū)動部件（如伺服電動機、伺服液壓馬達(dá)和步進電動機等）存在反向死區(qū)，以及各機械運動傳動副存在反向間隙等誤差，導(dǎo)致各坐標(biāo)軸在由正向運動轉(zhuǎn)為反向運動時產(chǎn)生反向偏差，通常也稱為反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機床，反向偏差的存在會影響機床的定位精度和重復(fù)定位精度，進而影響產(chǎn)品的加工精度。例如，在 G01 切削運動時，反向偏差會影響插補運動的精度，若偏差過大，就會出現(xiàn)“圓不夠圓，方不夠方”的情況；而在 G00 快速定位運動中，反向偏差會影響機床的定位精度，導(dǎo)致鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時，隨著設(shè)備運行時間的增加，反向偏差還會因磨損造成運動副間隙逐漸增大，所以需要定期對機床各坐標(biāo)軸的反向偏差進行測定和補償。

【反向偏差的測定】

反向偏差的測定方法：在所要測量的坐標(biāo)軸行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動一段距離，并以該停止位置為基準(zhǔn)。然后，在同一方向給出一定的移動指令值，使其移動一段距離，接著再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準(zhǔn)位置的差值。在靠近行程的中點及兩端這三個位置分別進行多次測定（一般為七次），求出各個位置的平均值，以所得平均值中的zui大值作為反向偏差的測量值。在測量時，一定要先移動一段距離，否則無法獲取準(zhǔn)確的反向偏差值。

測量直線運動軸的反向偏差時，測量工具通常選用千分表或百分表，如果條件允許，也可以使用雙頻激光干涉儀進行測量。當(dāng)使用千分表或百分表測量時，要注意表座和表桿不要伸出過高過長，因為測量時懸臂過長，表座容易受力移動，導(dǎo)致計數(shù)不準(zhǔn)，補償值也不真實。若通過編程法來實現(xiàn)測量，則能讓測量過程更加便捷。

例如，在欣興鴻三米橋式五軸龍門加工中心上測量 X 軸的反向偏差，可以先將表壓住主軸的圓柱表面，然后運行如下程序進行測量：

N10 G91 G01 X50 F1000；工作臺右移

N20 X－50；工作臺左移，消除傳動間隙

N30 G04 X5；暫停以便觀察

N40 Z50；Z 軸抬高讓開

N50 X-50：工作臺左移

N60 X50：工作臺右移復(fù)位

N70 Z-50：Z 軸復(fù)位

N80 G04 X5；暫停以便觀察

N90 M99；

需要注意的是，在工作臺不同的運行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。通常，低速時的測量值要比高速時大，特別是在機床軸負(fù)荷和運動阻力較大時。低速運動時工作臺速度較低，不易出現(xiàn)過沖超程（相對“反向間隙”），所以測量值較大；在高速時，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測量值偏小。

回轉(zhuǎn)運動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是所使用的檢測儀器有所不同。

【反向偏差的補償】

國產(chǎn)數(shù)控機床中，有不少定位精度大于 0.02mm，但沒有補償功能。對于這類機床，在某些情況下，可以通過編程法實現(xiàn)單向定位，消除反向間隙。在機械部分不變的前提下，只要低速單向定位到達(dá)插補起始點，然后再開始插補加工。在插補進給中遇到反向時，給出反向間隙值再進行正式插補，能夠提高插補加工的精度，基本能夠保證零件的公差要求。

對于其他類型的數(shù)控機床，通常數(shù)控裝置的內(nèi)存中設(shè)有若干個地址，用于存儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機床的某個軸被指令改變運動方向時，數(shù)控裝置會自動讀取該軸的反向間隙值，對坐標(biāo)位移指令值進行補償和修正，使機床jingque地定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機床精度的不利影響。

一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補償值可供使用，為了兼顧高、低速的運動精度，除了要在機械方面進行優(yōu)化外，只能將在快速運動時測得的反向偏差值作為補償值輸入，因此難以做到在快速定位精度和切削時的插補精度之間達(dá)到平衡。

對于 FANUC0i、FANUC18i 等數(shù)控系統(tǒng)，提供了用于快速運動（G00）和低速切削進給運動（G01）的兩種反向間隙補償選項。根據(jù)進給方式的不同，數(shù)控系統(tǒng)會自動選擇使用相應(yīng)的補償值，以實現(xiàn)較高精度的加工。

將 G01 切削進給運動測得的反向間隙值 A 輸入?yún)?shù) 851（G01 的測試速度可根據(jù)常用的切削進給速度及機床特性來決定），將 G00 測得的反向間隙值 B 輸入?yún)?shù) 852。需要注意的是，如果要讓數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補償，應(yīng)將參數(shù)號碼 1800 的第四位（RBK）設(shè)定為 1；若 RBK 設(shè)定為 0，則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補償。G02、G03、JOG 與 G01 使用相同的補償值。

二、定位精度要素

數(shù)控機床的定位精度是指所測量的機床運動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運動所能達(dá)到的位置精度，這是數(shù)控機床區(qū)別于普通機床的一項重要精度指標(biāo)，它與機床的幾何精度共同對機床切削精度產(chǎn)生重要影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差起著決定性作用。通過一臺數(shù)控機床所能達(dá)到的定位精度，可以判斷出它的加工精度。因此，對數(shù)控機床的定位精度進行檢測和補償，是保證加工質(zhì)量的必要措施。

【定位精度的測定】

目前，多采用雙頻激光干涉儀對機床進行檢測和處理分析。利用激光干涉測量原理，以激光實時波長作為測量基準(zhǔn)，能夠提高測試精度并擴大適用范圍。檢測步驟如下：

安裝雙頻激光干涉儀；

在需要測量的機床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置；

調(diào)整激光頭，使測量軸線與機床移動軸線共線或平行，即預(yù)先將光路調(diào)準(zhǔn)直；

待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；

按照規(guī)定的測量程序移動機床進行測量；

進行數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果。

【定位精度的補償】

若測得數(shù)控機床的定位誤差超出了允許范圍，就必須對機床進行誤差補償。常見的方法是計算出螺距誤差補償表，然后手動輸入機床的 CNC 系統(tǒng)，從而消除定位誤差。由于數(shù)控機床的三軸或四軸補償點可能多達(dá)幾百上千個，所以手動補償不僅耗費時間長，還容易出錯。

現(xiàn)在，可以通過 RS232 接口將計算機與機床的 CNC 控制器連接起來，使用 VB 編寫的自動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機床同步工作，實現(xiàn)對數(shù)控機床定位精度的自動檢測以及自動螺距誤差補償。補償方法如下：

備份 CNC 控制系統(tǒng)中已有的補償參數(shù)；

由計算機生成用于逐點定位精度測量的機床 CNC 程序，并傳送給 CNC 系統(tǒng)；

自動測量各點的定位誤差；

根據(jù)指定的補償點生成一組新的補償參數(shù)，并傳送給 CNC 系統(tǒng)，完成螺距自動補償；

重復(fù)進行精度驗證。

根據(jù)數(shù)控機床各軸的精度狀況，利用螺距誤差自動補償功能和反向間隙補償功能，合理選擇和分配各軸的補償點，使數(shù)控機床達(dá)到zui佳精度狀態(tài)，同時大大提高檢測機床定位精度的效率。

定位精度是數(shù)控機床的關(guān)鍵指標(biāo)。盡管在用戶選購時可以盡量選擇精度高、誤差小的機床，但隨著設(shè)備使用時間的延長，設(shè)備磨損加劇，會導(dǎo)致機床的定位誤差逐漸增大，這對加工和生產(chǎn)的零件會產(chǎn)生致命影響。采用上述方法對機床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進行準(zhǔn)確測量和補償，能夠很好地減小或消除反向偏差對機床精度的不利影響，提高機床的定位精度，使機床處于zui佳精度狀態(tài)，從而確保零件的加工質(zhì)量。以上我們只是介紹了一些對機床精度調(diào)整的通用做法，這其中還與用戶實際的機床結(jié)構(gòu)、伺服系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)的控制配合兼容有關(guān)。一般我們公司在機床出廠調(diào)試時，會將機床的性能調(diào)試到zui佳狀態(tài)，并提供到場安裝的工程師，實地為您勘察廠區(qū)環(huán)境，盡力降低安裝環(huán)境對機床精度的影響，這也是作為欣興鴻三米橋式五軸龍門加工中心生產(chǎn)廠家對客戶負(fù)責(zé)的基本態(tài)度。

欣興鴻智能裝備（江蘇）有限公司長期專注于數(shù)控機床和攪拌摩擦焊設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售。公司始終致力于塑造國產(chǎn)現(xiàn)代化“工業(yè)母機”，實現(xiàn)“智能化、高性能、多功能、定制化、綠色化”，為國內(nèi)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級打造前沿且穩(wěn)定的高精度數(shù)控裝備綜合解決方案。