刘 培 跃

(石家庄职业技术学院 机电工程系，河北 石家庄 050081)



VDF850型加工中心的螺距误差补偿

刘 培 跃

(石家庄职业技术学院 机电工程系，河北 石家庄 050081)

螺距误差是影响数控机床定位精度的重要因素，也是验收和检测的重要指标.在分析螺距误差补偿原理的基础上，通过对VDF850型加工中心X轴进行螺距误差补偿，阐述了FANUC系统数控机床螺距误差补偿的方法：安装高精度位移检测装置；设定螺距误差补偿参数；编程序，记录并求值，形成螺距误差数据；将补偿值输入数控系统后重启.

螺距误差；补偿；定位精度

目前，数控机床的传动机构一般采用传动精度较高的滚珠丝杠.滚珠丝杠在生产制造时由于加工设备的精度和加工条件的变化，丝杠和螺母之间存在着误差，如螺距的轴向误差、螺纹滚道的形状误差、直径误差等.滚珠丝杠在数控机床上进行装配时采用双支撑结构，而当丝杠工作载荷较大时，其轴向尺寸会发生变化，造成螺距误差增大.滚珠丝杠产生的传动误差在全闭环数控机床中由于检测原件(如光栅尺)检测的是机床运动部件的实际位移，因而不会对机床的加工精度造成影响；而对于工厂中大量使用的半闭环数控机床而言，丝杠、齿形带等机械传动造成的误差不在反馈原件检测范围内，因此，若不对此类误差进行适当修正和补偿，势必影响数控机床的定位精度，造成加工质量的不稳定.要得到高的运动精度和加工质量，必须采用螺距误差补偿功能，精确测量出丝杠不同位置的误差值，利用数控系统对螺距误差进行自动补偿与修正[1].另外，数控机床经过长期使用，由于丝杠磨损，运动精度也会下降.采用螺距误差补偿功能定期检测与补偿，可以延长数控机床的使用寿命，保证加工精度.

1 螺距误差补偿原理

螺距误差补偿的基本原理是，在某进给轴上，用高精度位置检测仪测量出的位置(可作为理论位置用)与机床实际运动位置相比较，计算出该轴全行程上的误差，得出误差曲线，并将不同位置的误差值输入数控系统，进行误差补偿，减少误差.机床在经过补偿的轴上运动时，数控系统会根据该位置的补偿数据，自动对该轴的不同位置进行误差补偿，从而减小或消除该轴上该位置的定位误差[2].

螺距误差补偿分为单向补偿和双向补偿两种，单向补偿在补偿轴正反向移动时采用相同的数据进行补偿；而双向补偿在进给轴正反移动时采用不同的数据进行补偿.由于数控机床丝杠装配时有多种反向间隙消减措施，而且大部分数控机床除了能够进行螺距误差补偿外，还可以进行反向间隙补偿，所以通常仅采用单向螺距误差补偿即可满足要求.

进行螺距误差补偿时应注意：

(1)螺距误差补偿仅对定位精度进行补偿，对重复定位精度无法补偿，而且对重复定位精度较低的运动轴，也无法准确确定某点的位置误差，因此，这种情况下采用螺距误差补偿达不到预期目的.

(2)进给轴上螺距误差值以机床坐标系为参照确定测量位置，机床坐标原点不能丢失，否则所测量的误差值将失去意义.因此，对于使用绝对脉冲编码器的伺服系统，一定要保证为编码器电池供电，否则会因为电池亏电而丢失参考点，从而丢失机床坐标原点.重新建立参考点的机床一定要重新进行螺距误差补偿.

(3)使用增量脉冲编码器的伺服驱动系统靠返参建立机床坐标系，因此，在螺距误差表里，参考点的位置误差应为零.

(4)进行螺距误差补偿使用的测量仪器精度要至少较丝杠精度高一个数量级.一般采用激光干涉仪.实验用小行程数控机床可以采用精度较高的步距规测量.

2 VDF850型加工中心螺距误差补偿方法

通过设定螺距误差补偿数据，对每个进给轴全行程按检测单位进行补偿.将该轴参考点的位置作为补偿原点，设定补偿间隔，把相当于补偿点数量的补偿值设定在螺距误差补偿数据表中.一般通过MDI方式设定.本文以FANUC 0iMD 系统VDF850型加工中心X轴为例说明螺距误差补偿的过程.

(1)在数控机床上正确安装高精度位移检测装置——激光干涉仪，它的检测原理[3]如图1所示.

图1 双频激光干涉仪检测原理

(2)该机床X轴检测行程为-0.580 1(以参考点为基准)，每隔50 mm取一个位置点作为补偿点.设定螺距误差补偿参数如表1所示.设定完成后，机床重启即可使参数生效.

表1 螺距误差补偿参数设定

(3)编程序使机床沿X轴按间隔距离等速运动，记录各补偿点的实际位置.程序如下:

O1000;文件名

G92 X0 Y0 Z0;建立临时坐标系，原点应为参考点

G91 X1 F1600;X轴正向移动1 mm

G04 P4;暂停4 s

G91 X-1;X轴负向移动1 mm，返回测量位置，消除反向间隙

G04 P4;暂停4 s，记录数据

M98 P2000 L15;调用负向移动子程序15次

G91 X-1 F1200;X轴负向移动1 mm

G04 P4;暂停4 s

G91 X1;正向移动1 mm，消除反向间隙

G04 P4;暂停4 s，记录数据

M98 P3000 15;调用正向移动子程序

M30;停止

O2000;X轴负向移动子程序名

G91 X-50 F1000;负向移动50 mm

G04 P4;暂停记录

M99;返回主程序

O3000;X轴正向移动子程序名

G91 X50 F800;正向移动50 mm

G04 P4;暂停记录

M99;返回主程序

(4)记录各点数据，多次测量取平均值，依据补偿值=指令值-实际值来计算各点的误差，形成螺距误差数据表，见表2.绘制的螺距误差补偿曲线如图2所示.

表2 螺距误差补偿数据表

图2 螺距误差补偿曲线

(5)将补偿值按补偿号输入数控系统中，关机重启系统，补偿数据生效.

3 结语

螺距误差补偿一般在安装调试阶段由机床厂家完成.数控机床长时间使用后，尤其是机床磨损较严重时，要使其加工精度得到保证，尤其是要加工精密零件，就必须对其误差进行重新补偿.另外，若机床参考点意外丢失，一定要重新进行螺距补偿.

[1] 陈勇,王青春.XK714/1数控铣床螺距误差补偿 [J].机床与液压，2012，40(8):14-26.

[2] 李继中.数控机床螺距误差补偿与分析 [J].组合机床与自动化技术，2010(2):98-101.

[3] 杨永，向丹，姚屏.数控机床螺距误差补偿技术研究 [J].工具技术，2007,41(6):83-85.

责任编辑：金 欣

Pitch error compensation of the VDF850 machining center

LIU Pei-yue

(Department of Mechanics and Electrics,Shijiazhuang Vocational Technology Institute,Shijiazhuang,Hebei 050081,China)

Pitch error is not only a big factor affecting the positioning accuracy of NC machines,but also one of the most important indicators for acceptance and test.Based on the analysis of pitch errors,compensation on the X axis for the VDF850 machining center,and compensation for FANUC NC machines,this study proposes that the installation of displacement detection device be extremely accurate,compensation parameters set proper,and programming recorded.

pitch error; compensation; positioning accuracy

2014-12-12

刘培跃(1976-)，男，河北辛集人，石家庄职业技术学院讲师，从事数控技术应用专业教学工作.

1009-4873(2015)02-0027-03

TG659

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