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滾珠絲杠螺距誤差補償提高數控機床定位精度


放大字體  縮小字體 發布日期:2022-08-05
 數控機床在加工時,從加工程序的計算到控制機床進行加工都是由數控系統自動控制的。由于操作者無法干預,避免了人為誤差,但同時也有一些誤差無法人為補償。因此,對數控機床本身提出了更高的精度要求。在此基礎上,還希望能充分發揮數控系統的功能,自動補償數控機床的一些誤差。

 

對于開環和半閉環數控機床,其定位精度主要取決于進給絲杠的精度,因此數控機床往往采用高精度滾珠絲杠。但是螺絲總是有制造誤差的,長期使用會導致磨損。因此,進一步提高機床定位精度的常用方法之一是對滾珠絲杠的螺距誤差進行補償。

 

 

1、硬件法補償滾珠絲杠螺距誤差的原理

 

 

以往在開環數控機床中,往往采用硬件方法補償螺距誤差,即采用機械方法測量數控機床中某軸滾珠絲杠的誤差分布曲線,在螺距累積誤差值達到一個脈沖當量的位置安裝一個擋塊。機床工作臺移動時,安裝在機床上的微動開關每接觸一次擋塊就發出誤差補償信號,通過控制電路指令步進電機多走或少走幾步。

 

 

這種間歇脈沖補償方法增加了一些機械部件(如補償桿、擋塊等。)和電路(如將補償信號從微動開關傳輸到數控裝置的電路)到數控機床的工作臺。此外,這種補償方法更適用于步進電機驅動的開環數控機床和脈沖增量插補方法,而不適用于DC或交流伺服電機驅動的半閉環數控機床。因此,目前大多數數控機床都采用軟件方法來補償滾珠絲杠的螺距誤差。

 

 

2、軟件法補償滾珠絲杠螺距誤差的原理。

 

 

螺距誤差軟件補償法的基本思想是:在數控機床某一軸上滾珠絲杠的整個行程范圍內,用數控指令將工作臺定位在某些位置作為指令位置,用高精度位置測量系統測量這些位置的實際位置(目前大部分使用激光干涉儀作為高精度測量儀器),將這些實際位置與指令位置進行比較,計算出滾珠絲杠在整個行程內的誤差分布曲線。誤差以表格的形式輸入到數控裝置中。之后數控裝置在控制軸運動時會自動考慮誤差值并通過編制的程序進行補償。

 

 

3、測試裝置及結果分析

 

 

以數控立式銑床的縱向滾珠絲杠為例,該定向滾珠絲杠的有效工作長度為800mm,其300mm長度中每15mm為一個指令位置點。每個指令位置點的定位誤差測量(其分辨率為0。01 um)雙頻激光干涉儀。得到俯仰誤差補償前縱向工作臺的定位誤差曲線,如圖中圈出的曲線所示。俯仰誤差經軟件方法補償后,定位誤差曲線如圖中圓圈曲線所示。顯然,通過螺距誤差的補償,數控機床的定位精度大大提高。

 

 

螺距誤差補償是提高開環和半閉環數控機床定位精度的有效途徑之一,但不是萬能的。日常傳動系統剛性和制造不精確造成的重復設定誤差無法補償。另外,螺桿的螺距誤差與環境溫度有很大關系。因此,要進一步提高數控機床的精度,只有采用全閉環數控系統。在全閉環數控系統中,螺距誤差和其他一些誤差都在位置閉環中,可以通過閉環來修正。

 
 
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