数控车床 Z轴精度补偿实践1.doc

数控车床 Ｚ轴精度补偿实践 昆明冶金高等专科学校 电气学院，云南 昆明 ６５００３３ 摘　要：数控机床因具有良好的精度、刚性和加工的灵活性而得到广泛应用。由于制造技术和检测技术的限制， 机床的精度还取决于安装调试、软件补偿。详细探讨 Ｚ轴软件精度补偿的方法，通过理论和实践的结合取得了 良好的效果。此方法对从事机加工和维修维护的人员有一定的参考价值。 关键词：数控机床；反向间隙；精度补偿 ０ 引 言 随着科技和社会的飞速发展，企业为了要赢得生存和发展，不得不对生产设备进行大规模的数字化 改造，纷纷添置了数控机床、加工中心、柔性制造系统等。国外有名的数控系统有 ＦＡＵＮＣ系统、西门 子系统和海德汉数控系统等。我国数控技术起步较晚，现在正处在高速发展时期，涌现出一批优秀的企 业，如完全具备自主知识产权的华中数控、广州数控等。目前，机电产品的制造精度要求越来越高，保 证机床本身良好的精度显得十分重要。本文重点讨论通过调整机床 Ｚ轴的补偿参数来进一步提高机床 的加工精度。 １ 定位精度测量工具和方法 １１ 步距规介绍 定位精度和重复定位精度的测量仪器可以使用激光干涉仪、线纹尺和步距规。其中步距规测量定位 精度因其简单、容易操作而得到广泛使用。无论使用那种测量仪器，在全程上测量的点位≥５点。测量 点距按以下公式确定。 Ｐｉ＝ｉ×Ｐ＋Ｋ 其中，Ｐｉ为相对于基准点的各段累加尺寸；Ｐ为测量间距；ｉ为第几段；Ｋ为各目标点取不同的值。 第 ５期　　　　　　　　　　　董维新，曾谢华：数控车床 Ｚ轴精度补偿实践  ４９  本实验采用步距规进行测量，步距规如图 １所示。图 １中，尺寸 Ｐ１，Ｐ２，…，Ｐｉ，按 ９３ｍｍ间距设计，加工后 测量出实际间距值作为定位精度检测的目标位置坐标，即 测量基准。现 以 配 备 华 中 数 控 系 统 的 沈 阳 机 床 厂 生 产 的 ＣＡＫ３６６５ＳＪ型数控机床为例，测量时将步距规置于主轴中 心和顶尖中心之间，使其与 Ｚ轴平行，令 Ｚ轴回参考点， 将携带杠杆千分表的磁性表座吸附在刀架侧边，通过手摇 方式调整千分表在 Ｚ轴和 Ｘ轴方向的位置，使千分表能 接触到步距规的第一个测量面，并让表指针移动约半圈， 旋转表盘对好 ０位置。编写测量程序，使用循环方法一次 检查各个测量面，记录各点表盘的偏转数据，作为计算各 段单向位置偏差的依据。如图 ２所示，按标准循环测量 ５ 次，将各点的读数 （单向位置偏差值） 记录在规定的表 格中， 再 按 照 定 位 精 度 和 重 复 定 位 精 度 标 准 （ＧＢ／ Ｔ１７４２１２—９９） 对数据 进 行 处 理。采 用 这 种 方 法 即 可 确 定该轴线的定位精度和重复定位精度①。 １２ 杠杆千分表 表的选用直接影响到检查的精确性。由于步距规本身是高精密的仪器，表本身的误差将导致测量数 据的不可靠。使用普通的百分表或千分表，安装时需要倾斜一个角度，由于表的测量头比较小，表杆容 易接触测量面，从而无法获取正确的数据，因此建议使用杠杆千分表或杠杆百分表来测量。 刻度盘的调节很容易导致人为误差。目前市面上的千分表基本上都存在这个问题：当调整表盘时， 表针每次停留的位置不一样，很难真正对准 ０刻度。使 用普通千分表时这种情况更加普遍。因此，操作时动作 要轻，以免 表 座 调 节 杆 移 位；应 轻 轻 地 沿 表 盘 径 向 敲 击，观察表针的停留位置，多试几次。 １３ 磁性表座 磁性表座的 选 型 和 安 装 对 检 查 精 度 也 有 一 定 的 影 响。目前市面上主要有 ２种磁性表座，如图 ３所示。从 图 ３ａ可看出，该磁性表座带有球形铰链的表座，调节 更加灵活，能在更短的时间内使千分表置于预定位置； 相比之下，普通的表座 （见图 ３ｂ） 要安装到合适的位 置是件比较 费 时 的 工 作，而 且 容 易 使 贵 重 的 千 分 表 脱 落，笔者建议使用球形铰链的磁性表座。 ａ．球形铰链表座 图 ３　磁性表座 ｂ．普通磁性表座  ２ 滚珠丝杠轴向平均间隙的产生和补偿方法 由于滚珠丝杠在加工和安装过程中存在误差，因此滚珠丝杠副将回转运动转换为直线运动时存在以 下 ２种误差： （１） 螺距误差。 丝 杠 导 程 的 实 际 值 和 理 论 值 的 偏 差， 例 如 ＰⅢ 级 滚 珠 丝 杆 副 的 螺 距 公 差 为 ００１２ｍｍ／００ｍｍ。 （２） 反向间隙。反向间隙即丝杆和螺母无相对转动时丝杆和螺母之间的最大窜动。由于螺母结构 本身的游隙以及受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙表现为丝杠反  ①  武汉华中数控股份有限公司，ＨＮＣ－２１数控装置连接与调试说明书 （２００１）。