摘要：數控機床的定位精度在很大程度上受滾珠絲杠精度影響，提高機床的定位精度，能有效地改善數控機床的加工精度。本論文闡述了數控機床螺距誤差檢測、補償的原理及步驟，并通過使用激光干涉儀檢測及補償SIEMENS 828D數控系統給出了應用實例。
關鍵字：SIEMENS 828D；定位精度；激光干涉儀；誤差補償
1 前言
《中國制造2025》于2015年5 月19 日經國務院正式發布，成為我國實施制造強國戰略的第一個十年行動綱領。數控機床作為制造技術與信息技術相結合的產物和最佳表現平臺，在《中國制造2025》智能制造的目標下，將成為主流方向之一。與此同時，對數控機床的精度和數控機床零件加工的精度也有越來越高的要求。
數控機床的直線軸精度主要受三項精度影響：反向間隙、定位精度和重復定位精度，其中反向間隙、重復定位精度可以通過機械裝置的調整來實現，而定位精度在很大程度上受滾珠絲杠精度影響。一方面，盡管采用了高精度的滾珠絲杠，但制造誤差總是存在的；另一方面，機床經過長時間使用后，由于磨損，精度可能會下降。因此，定期檢測與補償螺距誤差，對于提高數控機床的定位精度、延長數控機床的使用壽命是最節約成本且直接有效的方法。
本論文以亞龍YL-569型828D數控機床實訓設備為載體，介紹數控機床定位精度的檢測及補償方法，如圖1所示。
圖1 亞龍YL-569型828D數控機床實訓設備
2 螺距誤差檢測及補償原理
將數控機床某直線軸的指令位置，與高精度測量系統所測得的實際位置相比較，計算出在安全行程上的誤差，并分別繪制出其誤差曲線，再將該誤差曲線數值化，并以表格的形式輸入數控系統中。
3 螺距誤差檢測及補償的一般步驟
（1）安裝高精度的位移測量裝置；
（2）繪制簡單的數控程序，順序定位在一些指定位置上；
（3）記錄運行到這些點的實際精確位置；
（4）將各點處的誤差記錄下來，行程誤差分析表；
（5）將表中的數據輸入數控系統中，按該表數據進行補償。
4 螺距誤差補償的實現
4.1 誤差檢測及補償
本論文以亞龍YL-569型828D數控機床實訓設備的X軸方向定位精度的檢測和誤差補償為例來說明具體操作步驟。采用等距測量，測量起點為0mm，測量終點為-400mm，測量間隔為50mm，運行次數為5次。
第一步 連接激光干涉儀。
采用Renishaw XL-80激光干涉儀，對數控機床的定位精度進行檢測。將激光頭、環境補償單元、線性測量光學鏡組，按如圖2所示方式連接于機床及機床側。線性測量光學鏡組的連接方式如圖3所示。
圖2 激光干涉儀連接方式
圖3 光學鏡組連接方式
第二步 運行螺補測試程序，按照預定的最小位置（0mm）、最大位置(-400)和測量間隔(50mm)移動要進行補償的軸，并用激光干涉儀測試每一點的誤差。螺距誤差檢測結果如圖4所示。
圖4 螺距誤差檢測結果
第三步 在系統中找出補償文件。
[Menu Select][調試][系統數據][NC數據][NC生效數據][測量系統誤差補償]，將補償文件復制、粘貼到零件程序中，如圖5所示。
圖5 補償文件
第四步 打開補償文件，將誤差值填入補償文件中。補償數組的結構如表1所示。
表1 補償數組的結構
注：補償值應填入每點的絕對補償值，并將校驗碼刪除。
本次補償結果如表2所示。
表2 補償結果
第五步 在自動方式下運行AX1_EEC.MPF程序，設定軸參數 MD32700 = 1，然后重啟系統，返回參考點后補償值生效。注：運行補償程序時，MD32700（螺距誤差補償生效）應設為0，否則系統會出現17070號報警。
4.2 螺距補償的測試
補償后，為了驗證螺距誤差補償效果，再按照相同設置值對機床的定位精度進行檢測。補償前后的機床定位精度如圖6所示。
(a)補償前機床定位精度
(b)補償后機床定位精度
圖6 補償前后數控機床定位精度
X 軸無任何補償條件下，定位精度A =114.884微米；X 軸單向螺距補償條件下，定位精度A =40.313微米。從數據中得知，通過絲杠螺距誤差補償，數控機床的定位精度得到了較大的改善，證明此補償方法很成功。
5 結論
利用激光干涉儀測量和補償數控機床的螺距誤差，能有效地提高數控機床的定位精度，從而提高數控機床的加工精度。
參考文獻
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