【引言】

在數(shù)控機(jī)床加工零件的過程中,引起加工誤差的原因有很多方面。如機(jī)床零部件由于強(qiáng)度、剛度不夠引起而產(chǎn)生的變形，從而造成的誤差；還有因傳動件的慣性、電氣線路的時(shí)間滯后等原因帶來的加工偏差等。有些誤差通過調(diào)整機(jī)床可以消除，但有些無法消除，這就需要我們通過數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)補(bǔ)償來消除。

目前，日本FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)在國內(nèi)市場的占有率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他的數(shù)控系統(tǒng)。下面就以FANUC公司的數(shù)控系統(tǒng)為例來說明數(shù)控機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動誤差參數(shù)補(bǔ)償方法。
01
常見進(jìn)給運(yùn)動誤差
運(yùn)動誤差是指由于數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)間的相對運(yùn)動和結(jié)構(gòu)本身的原因而使刀具與工件間產(chǎn)生的相對位置誤差，數(shù)控機(jī)床上常見進(jìn)給運(yùn)動誤差的原因有：

a
機(jī)床的熱變形，機(jī)床構(gòu)件的扭曲與變形，傳動軸或絲杠在扭矩作用下的扭曲變形引起的無效運(yùn)動，都會造成零件的加工偏差；
b
螺距誤差，開環(huán)和閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的定位精度主要取決于滾珠絲杠的精度。但絲杠總會存在一定的螺距誤差，因此在加工過程中會造成零件的加工誤差；
c
齒隙或間隙，在齒輪傳動系統(tǒng)中，齒輪間隙是引起傳動誤差的一個(gè)主要原因。在絲杠螺母副傳動時(shí)，其間的齒隙以及溜板的歪斜也會產(chǎn)生傳動誤差。這類誤差統(tǒng)稱為齒隙誤差；
d
機(jī)床溜板的磨擦、磨損造成的誤差。
02
進(jìn)給運(yùn)動誤差的消除方法
進(jìn)給運(yùn)動誤差可分成兩類：一類是有常值系統(tǒng)性誤差，如螺距積累誤差、反向間隙誤差等；一類是變值系統(tǒng)性誤差，如熱變形等。

消除誤差的方法很多，可通過機(jī)械設(shè)計(jì)提高部件的剛度、強(qiáng)度，以減少變形；也可通過控制系統(tǒng)消除誤差。過去用硬件電子線路和擋塊補(bǔ)償開關(guān)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，現(xiàn)在CNC系統(tǒng)中多用軟件進(jìn)行誤差補(bǔ)償。

2.1 反向間隙誤差補(bǔ)償

在進(jìn)給傳動鏈中，齒輪傳動、滾珠絲杠螺母副等均存在反向間隙，這種反向間隙會造成工作臺在反向運(yùn)動時(shí)，電動機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺不動。這就使得半閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生誤差，全閉環(huán)系統(tǒng)位置環(huán)震蕩不穩(wěn)定。

為補(bǔ)償反向間隙可先采用調(diào)整和預(yù)緊的方法來減少間隙。數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用了滾珠絲杠螺母副、貼塑涂塑導(dǎo)軌等傳動效率高的結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠螺母副又有雙螺母預(yù)緊結(jié)構(gòu)，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)間隙不大，但由于傳動部件彈性變形等引起的誤差，所以靠機(jī)械調(diào)整很難補(bǔ)償。

對剩余誤差，在半閉環(huán)系統(tǒng)中可將其測出，作為參數(shù)輸入數(shù)控系統(tǒng)，此后每當(dāng)坐標(biāo)軸接受反向指令時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)便調(diào)用間隙補(bǔ)償程序，更多數(shù)控知識微信搜索公眾號“數(shù)控編程教學(xué)”免費(fèi)領(lǐng)取教程，自動將間隙補(bǔ)償值加到由插補(bǔ)程序計(jì)算出的位置增量指令中，以補(bǔ)償間隙引起的失動，即控制電機(jī)多走一點(diǎn)距離，這段距離等于間隙值，從而補(bǔ)償間隙誤差。

對于全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)不能采取以上補(bǔ)償方法（通常將反向間隙補(bǔ)償參數(shù)調(diào)為零），只能從機(jī)械上減少甚至消除間隙。

有些數(shù)控系統(tǒng)具有全閉環(huán)反轉(zhuǎn)間隙附加脈沖補(bǔ)償功能，以減少這種誤差對全閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。即當(dāng)工作臺反向運(yùn)動時(shí)，對伺服系統(tǒng)施加一定寬度和高度的脈沖電壓（由參數(shù)設(shè)定）以補(bǔ)償間隙誤差。

2.2螺距誤差補(bǔ)償

螺距誤差是指由螺距積累誤差引起的常值系統(tǒng)性定位誤差。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，定位誤差很大程度上受滾珠絲杠精度的影響。盡管滾珠絲杠的精度很高，但總存在著制造誤差。

要得到超過滾珠絲杠精度的運(yùn)動精度，必須借助螺距誤差補(bǔ)償功能，利用數(shù)控系統(tǒng)對誤差進(jìn)行補(bǔ)償與修正。另外，數(shù)控機(jī)床經(jīng)過長時(shí)間使用后，由于磨損，其精度可能下降，利用螺距誤差補(bǔ)償功能進(jìn)行定期測量與補(bǔ)償，可在保持精度的前提下延長機(jī)床的使用壽命。

螺距誤差補(bǔ)償?shù)幕驹硎菍?shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度位置測量系統(tǒng)所測得的實(shí)際位置相比較，計(jì)算出在數(shù)控加工全過程上的誤差分布曲線，再將誤差以表格的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)中。這樣數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸運(yùn)動時(shí)，會自動考慮到誤差值并加以補(bǔ)償。

采用螺距誤差補(bǔ)償功能應(yīng)注意：

a
對重復(fù)定位精度較差的軸，因無法準(zhǔn)確確定其誤差曲線，故螺距誤差補(bǔ)償功能無法實(shí)現(xiàn)，也就是說，該功能無法補(bǔ)償定位誤差；
b
只有建立機(jī)床坐標(biāo)系后，螺距誤差補(bǔ)償才有意義；
c
 由于機(jī)床坐標(biāo)系是通過返回參考點(diǎn)而建立的，因此在誤差表中參考點(diǎn)的誤差要為0；
d
必須采取比滾珠絲杠精度至少高一個(gè)數(shù)量級的檢測裝置來測量誤差分布曲線，常用于激光干涉儀來側(cè)量。
03
誤差補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置
下面就以FANUC系統(tǒng)為例，說明誤差補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置方法。

FANUC系統(tǒng)反向間隙補(bǔ)償參數(shù)：

1581 | 各軸的反向間隙補(bǔ)償量

數(shù)據(jù)形式：字軸型；

數(shù)據(jù)單位：檢測單位；

數(shù)據(jù)范圍：-9 999~9 999

設(shè)定各軸的反向間隙補(bǔ)償量。接通電源后，當(dāng)機(jī)床向參考點(diǎn)相反的方向移動時(shí)，進(jìn)行第一次反向間隙補(bǔ)償。

FANUC系統(tǒng)螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)：

a.在參數(shù)3620中輸入每個(gè)軸參考點(diǎn)的螺距誤差補(bǔ)償?shù)奈恢锰枺?/p>

b.在參數(shù)3621中輸入每個(gè)軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖钚∥恢锰枺?/p>

c.在參數(shù)3622中輸入每個(gè)軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)淖畲笪恢锰枺?/p>

d.在參數(shù)3623中輸入每個(gè)軸螺距誤差補(bǔ)償放大率；

e.在參數(shù)3624中輸入每個(gè)軸螺距誤差補(bǔ)償?shù)奈恢瞄g隔；

實(shí)例： 已知配置日本FANUC數(shù)控系統(tǒng)的銑床，行程為-400～+800 mm。確定螺距誤差補(bǔ)償位置間隔為50 mm；參考點(diǎn)的補(bǔ)償位置為40 mm。計(jì)算如下：
負(fù)方向最遠(yuǎn)的補(bǔ)償號位置為：參考點(diǎn)的補(bǔ)償位置號-負(fù)方向的機(jī)床行程/補(bǔ)償位置間隔+1=40-400/50+1=33；正方向最遠(yuǎn)的補(bǔ)償號位置為：參考點(diǎn)的補(bǔ)償位置號+正方向的機(jī)床行程/補(bǔ)償位置間隔=40+800/50=56。

機(jī)床坐標(biāo)和補(bǔ)償位置之間的關(guān)系如圖1所示：

圖1 機(jī)床坐標(biāo)和補(bǔ)償位置之間的關(guān)系

在坐標(biāo)上各部分相對應(yīng)的補(bǔ)償位置號處測量補(bǔ)償值。補(bǔ)償量如表1所示，將補(bǔ)償量畫在相應(yīng)的補(bǔ)償位置處，如圖2所示。

位置補(bǔ)償號
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
補(bǔ)償值
-2
-1
-1
+2
0
+1
0
+1
+2
+1
位置補(bǔ)償號
43
44
45
46
47
48
49
…
56

補(bǔ)償值
0
-1
-1
-2
0
+1
+2
…
+1

表1 補(bǔ)償位置號與補(bǔ)償量關(guān)系表

圖2 螺距誤差補(bǔ)償位置及對應(yīng)的補(bǔ)償值

螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定如表2。

參數(shù)
設(shè)定值
3620：參考點(diǎn)補(bǔ)償位置號
40
3621：最小補(bǔ)償位置號
33
3622：最大補(bǔ)償位置號
56
3623：補(bǔ)償放大率
1
3624：補(bǔ)償位置間隔
50 000
表2螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)號

【結(jié)語】

運(yùn)動誤差是數(shù)控機(jī)床最常見的一種誤差形式，我們不但可以調(diào)整機(jī)床硬件結(jié)構(gòu)消除該誤差，還可以通過設(shè)置機(jī)床參數(shù)來補(bǔ)償。只要仔細(xì)分析誤差產(chǎn)生的原因，就能找出相應(yīng)的解決方法，從而提高數(shù)控機(jī)床的使用效率和使用壽命。