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數控車床的絲桿螺距誤差怎么解決?


        數控車床的螺距誤差是指在滾珠絲杠的中經線上同一根螺旋線的對應點之間的實際距離與基本值的偏差。滾珠絲杠的螺距誤差將直接影響機床的定位精度和重復定位精度,為進一步保證機床的加工精度,需要對機床的螺距誤差進行補償。
        滾珠絲杠的螺距誤差是任何機床都存在的,其產生的主要原因有兩點:由于原始加工滾珠絲杠母設備的誤差,導致加工出的滾珠絲杠螺距存在誤差;滾珠絲杠經長期使用后磨損引起的螺距誤差。

檢測數控車床的螺距誤差的方法

步距規測量法
        機床螺距誤差一般是通過機床軟件來進行補償的,其檢測方法主要有兩種,一種是用千分表配合步距規進行檢測,這是一種線性補償方法,它一般是將機床參考點設置為補償的原點,把滾珠絲杠的行程分為n段,在每一段上進行檢測,然后將檢測出的值輸入到機床固定的參數中,則機床相應軸在運動至該段時會向運動的反方向進行設定值的偏移,實現螺距誤差的自動補償。

千分表配合步距規進行檢測數控車床螺距
用激光干涉儀進行檢測
        在機床的實際使用過程中,由于加工零件的不同,滾珠絲杠的磨損并不是均勻的,經常使用的地方磨損量大,使用線性補償只能是均勻的統一補償,不能對特殊點進行補償,補償精度較低。為提高補償精度,可將步距盡量的縮小,測出盡量多的點,此種方法稱為點補償法。由于步距規步距值的限制,取點數量有限,所以點補償一般才用激光干涉儀進行檢測。
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數控車床誤差激光檢測
 
        螺距誤差檢測是在無螺距誤差補償的情況下進行的,也就是說在進行檢測之前,應將相應的誤差補償數值設置為0。點補償補償能夠針對不同點設置不同的誤差補償,精度較高,但誤差測量過程較為繁雜,且需要專業的高精度的測量儀器,成本較高。

補償數控車床的螺距誤差的方法
        通過上面的方法測得螺距誤差后,可通過螺距誤差補償減小其對機械加工的影響。螺距誤差補償可通過軟件和硬件補償兩種方式實現。

硬件補償
        硬件補償具體步驟為測出滾珠絲杠全程上的誤差分布,以參考點為基準,在螺距誤差累計為一個脈沖當量的位置設置一個擋塊,當機床移動部件上的開關與擋塊接觸時,機床就會多走或少走一個脈沖當量值,以補償螺距誤差。此補償方法,要在機床的移動部件上裝置一些機械結構和控制電路,實施起來較為麻煩。這種補償方法適用于步進電機控制的開環控制系統且是采用脈沖增量插補法的數控機床。

軟件補償
        軟件補償法是在已經測得滾珠絲杠螺距誤差分布的前提下,將誤差值輸入到機床中,加工時由機床數控系統控制來進行補償。螺距誤差的補償值(一般是測量三次區平均值)是以表格的形式輸入到數控系統的相關參數當中去的(具體參數號可通過機床參數說明書查得,FANUC系統中與螺距補償有關參數見表1)。補償值錄入結束后需要關機重新啟動機床,并返回參考點,所設置的補償值才能生效。補償生效后需要重新檢測一次,監測補償值是否達到要求,如果不符合要求可反復修改補償值,直至達到要求。

        另外,在進行螺距誤差檢測時為達到理想的檢測結果,工作人員應遵循GB/T 17121.2-2002的要求。同時,對外部環境如溫度、輻射、空氣流動性等也應滿足實驗需求。
        對于開環和半閉環控制系統的數控機床來說,由于其不能直接檢測機床的實際位移量,為進一步提高其加工精度,采用螺距誤差補償可顯著提高其定位精度和重復定位精度。實踐表明,通過數控系統的誤差補償可使加工誤差減少60%~80%。對于閉環控制系統的數控機床來說,由于其本身具有檢測反饋裝置,可直接進行檢測出各項誤差然后進行補償,所以采用螺距誤差補償效果不明顯,但通過補償可進一步提高控制系統的動態特性。

參考文獻:
吳亞蘭,李慶. 數控車床的螺距誤差補償分析[J].機械工程師,綠色科技2017年22期.
王春海,張增良.數控機床的螺距誤差檢測及補償.北華航天工業學院機械工程系



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