数控机床螺距误差测量与补偿

现以机床ｌ，轴为例说明激光干涉仪的安装和对 光【２］。其安装示意如图２所示。将激光干涉仪如图安 装好之后，让经过线性干涉镜的反射光和经过线性反 射镜之后的反射光一 起进入激光器，若在 机床沿测量轴ｌ，轴移 动的过程中，Ｒｅｎｉｓｈａｗ ＬａｓｅｒｌＯ Ｃａｐｔｕｒｅ界面 左边绿色超过第二条
壑线，则说明光已调 图２激光干涉仪安装图
对于ＦＡＮＵＣ系统Ｈｏ：设参数Ｎｏ．１８５１＝０（各轴 的反向间隙补偿量），Ｎｏ．３６２４＝０（螺距误差补偿点 的间隔）之后，则系统不进行误差补偿。 ３．２生成检测程序
在Ｒｅｎｉｓｈａｗ ＬａｓｅｒｌＯ软件中等距定义目标：第一定 位点为Ｏｍｍ；最终定位点为一５７０ｍｍ；间距为３０ｒａｍ； 运行次数为５次。选择最接近的数控系统可自动生成 程序。注意：自动生成的程序有的要进行局部修改， 如Ｇ０４ Ｘ４要改Ｇ０４ １７４，还有程序头要修改。 ３．３采集和分析数据
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ；Ｔｈｒｅａｄ ｐｉｔｃｈ ｅｒｒｏｒ；Ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ；Ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ
在半闭环数控加工系统中，加工定位精度很大程 度上受到滚珠丝杠精度的影响。一方面，滚珠丝杠本 身存在制造误差，另一方面，滚珠丝杠经长时间使用 磨损后精度下降。所以必须对数控机床进行周期检测， 并对数控系统进行正确螺距误差补偿，提高数控机床 加工精度。激光干涉仪在数控机床螺距误差测量和补 偿中应用非常广泛。作者给出使用激光干涉仪测量和 补偿数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差的方法。 １ 激光干涉仪测量线性误差的原理【１１
２００９年９月 第３７卷第９期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ｓｅｐ．２００９ Ｖ０１．３７ Ｎｏ．９
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒＬ １００１—３８８１．２００９．０９．０１２
数控机床螺距误差测量与补偿
陈芳 （深圳职业技术学院，广东深圳５１８０５５）
摘要：分析了激光干涉仪测量线性误差的原理。提出了一种使用激光干涉仪对数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差 进行测量和补偿的方法，并给出了应用实例。实践结果表明该方法有效地提高了数控机床的加工精度。
１
０．０００ ０
２
—３０．０００ ０
３
—６０．ｏｏＯ Ｏ
４
—９０．０００ ０
５
—１２０．０００ Ｏ
６
—１５０．０００ ０
７
—１８０．０００ Ｏ
８
—２１０．０００ Ｏ
９
—２４０．０００ Ｏ
１０
—２７０．０００ ０
１１
—３００．Ｏｏｏ Ｏ
１２
—３３０．０００ Ｏ
wk.baidu.com１３
—３６０．０００ ０
１４
—３９０．０００ Ｏ
ｌ、、宁～轴线位置，ｍｍ ‘ａ）补偿之前的螺距误差
２ 辩枷除。岬．鑫、
Ｏ ■
看．２
群－４ ．６ ．８ 轴线何置，ｍ“ （ｂ）补偿之后的螺距误差
图３补偿前后螺距误差对比图
（下转第５３页）
第９期
李勇勇等：超声辅助电火花沉积装备的设计
·５３·
可以降低应力集中。在截面突变处加适当的圆弧过 渡，不仅可以降低应力集中，而且可以使实际谐振频 率恢复到计算值，这一过渡圆弧称为最佳过渡圆弧， 其过渡圆弧半径可以从图４中求取。计算过程如下：
对于ＦＡＮＵＣ系统，设定下列参数： Ｎｏ．３６２１＝０（各轴负方向最远一端的螺距误差 补偿点的号码）； Ｎｏ．３６２２＝２０（各轴正方向最远一端的螺距误差 补偿点的号码）； Ｎｏ．３６２０＝Ｏ（各轴参考点的螺距误差补偿点号码）； Ｎｏ．３６２４＝３００００（补偿点的间隔）； Ｎｏ．３６２３＝０（补偿的倍率）； Ｎｏ．１８５１＝２６（各轴的反向间隙补偿量）； 并将增量值的滚珠丝杠螺距误差输入到系统中。 ４．２补偿结果分析
１５
—４２０．０００ ０
１６
—４５０．００００
１７
—４８０．０００ ０
１８
—５ｌＯ．００００
１９
—５４０．０００ ０
２０
—５７０．０００ ０
补偿数值均值补偿／斗ｍ
０ 一ｌ 一２ —３ 一２ —２ 一２ —ｌ Ｏ —１ Ｏ
ｌ 一ｌ 一２ —２ 一２ —２ 一２ ０ ２
通过数据分析可得到误差补偿图表。图表类型选 择：均值补偿；补偿类型：西门子系统选择绝对值， ＦＡＮＵＣ系统选择增量值。以西门子系统为例，得到
￥ＡＡ－ＥＮＣ＿ＣＯＵＰ＿ＳＴＥＰＥＯ，ＡＸ２］＝３０ ￥ＡＡ ＥＮＣ—ＣＯＭＰ—ＭＩＮ Ｅ０，ＡＸ２］＝－５７０ ￥ＡＡ－ＥＮＣ—ＣＯＭＰ＿ＭＡＸ［０，ＡＸ２］＝０ ￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ—Ｉｓ—ＭＯＤＵＬＯ［０，ＡＸ２］＝Ｏ
回参考点使反向间隙生效，设置参数ＭＤ３２７００＝ １，使螺距误差补偿生效。
将生成的程序传到ＮＣ中，运行该程序。当机床 移动到ｙ０时，计算机按“设定基准清零”，可自动 开始采集数据。
裹１反向间隙补偿表
参考点位置／ｎＬｒｎ 补偿起点／ｍｍ 补偿终点／ｍｍ 补偿间隔／ｎｕｎ
反向间Ｉ彩¨ｍ
０．０００ Ｏ．０００ 一５７０．０００ ３０．０００
２６
表２螺距误差补偿表
编号轴线位置／ｍｍ
固定反射镜
基准臂
活矧 射镜
Ｉ
．
≥．Ｍｉｌ．１
豳
：复二光主Ｌ Ｉ ７∥ 分光镜
图１干涉镜原理
如图１所示，光源在半银色透镜表面分开，一半 的光呈９０。反射至一个固定距离透镜，剩余的一半则 透过一个可移动的透镜。两个透镜互相准直，以使从 透镜反射的还原光束互相平行，并一同向观察者反射 回去。若每一个透镜与半透镜的距离完全相同，则光 束会同步到达观察者处，并发生相长性干涉，使光更 为明亮。若可移透镜放得再远一点，使其位置偏移大
约１／４个波长，则光束会以１８００的相位差向观察者异 步射回，并发生相消性干涉，而产生较暗淡的光。因 此，观察者可以计算透镜移动时的闪光次数来测量可 移透镜所移动的距离。
利用激光干涉仪测量和补偿滚珠丝杠误差的步 骤：首先安装激光干涉仪并对光；然后生成检测程 序；开始检测反向间隙和滚珠丝杠螺距误差；最后对 数控机床反向间隙和滚珠丝杠螺距误差进行补偿。 ２激光干涉仪安装与对光
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｅｌＴＯＩ＇Ｓ ｗｉｔｈ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｏｆｆｅｍｍｅｔｅｒ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａ－ ｒｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｐｏｓｉｔｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｒｅａｄ ｐｉｔｃｈ ｅｒｒｏｌｏ ｗｉｔｈ ｌ／璩ｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ Ｗ８．８ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄ ａｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｗａｔｌ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎ８ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ．
与科研工作，已发表论文９篇。电话：１３２６５５５８９５５，０７５５－２６７３１８２１。Ｅ—ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｆａｎｇｓｚ＠Ｏａ．ｓｚｐｔ．ｎｅｔ。
万方数据
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机床与液压
第３７卷
向间隙）；将８０２Ｄ螺距误差补偿文件导出并将螺距 误差清零之后再导入到８０２Ｄ数控系统。注意：只有 在机床参数ＭＤ３２７００＝０时，补偿文件才能写入 ８０２Ｄ系统；当ＭＤ３２７００＝１时，８０２Ｄ内部的补偿数 组进入写保护状态。
万方数据
反向间隙和丝杠螺距误差补偿数据，见表１、２。 ４数控机床误差补偿 ４．１误差补偿
现在对数控系统进行误差补偿。误差补偿包括反 向间隙补偿和丝杠螺距误差补偿。
对于西门子８０２Ｄ系统，设反向间隙补偿参数 Ｎｏ．３２４５０＝０．０２６ｍｍ。修改螺距误差补偿文件＂１：
￥ＡＡ＿ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［Ｏ，０，ＡＸ２］＝２ ￥ＡＡ—ＥＮＣ—ＣＯＭＰ［０，１，ＡＸ２］＝０ ￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，２，ＡＸ２］＝一２ ￥ＡＡ＿ＥＮＣ＿ＣＯＭＰ［Ｏ，３，ＡＸ２］＝一２
ａ＝Ｄｌ／ｌ＝０．２３；Ⅳ＝Ｄ１／Ｄ２＝２．５
由图４查得Ｒ／Ｄ２＝０．５５；Ｒ＝０．５５Ｄ２＝０．５５ Ｘ
８＝４．４ｍｍｏ
以上边幅杆的设计为理论计算值，当工具头连接 到变幅杆上后，对振动系统的共振频率和振幅是有一 定影响的，因此在时间的生产过程中也需要不断对边 幅杆进行修正，以产生谐振，至于工具头对振动系统 影响程度如何？目前还没有形成系统理论，也不能定 量地分析这个问题。但是大量实验证明Ⅲ１，对于阶 梯形变幅杆，其小端缩短部分的重量与工具头的重量 大致相等，可以产生谐振。而且也有研究表明Ｂ１｜， 在工具长度为１／４波长时，可勿需修整末级变幅杆长 度而使工作达到较佳状态。因此，在选择修复电极或 抛光工具时，应该尽量使修复电极或抛光工具的质量 与变幅杆末端减少部分的质量接近，或者应该使修复 电极或抛光工具的长度接近于１／４波长，即４３ｒａｍ。 ３结语
作者提出超声辅助电火花沉积与抛光工艺，丰富 了模具修复与抛光的方法，此工艺方法的研究成功， 模具的大修复厚度、低成本、快速、简捷的修复将不 再是一个梦想。作者设计的新型电极装置具有结构简 单、成本低、便于携带等优点，因此特别适合中小型 模具企业的实际生产应用。该装置已经研制成功，下 一步将进行加工试验研究，有关研究结果将在后续的 文章中报道。 参考文献： 【１】Ａｒｖｉｎｄ Ａｇａｌ＇ｗａｌ，Ｎａｒｅｎｄｒａ Ｂ Ｄａｈｏｔｒｅ．Ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｄｅｐｏ－
ｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｐｅｒｈａｒｄ ｂｏｒｉｄｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｏｉｌ ｆｅｒｒｏｕｓ ａｌｌｏｙ［Ｊ］．Ｓｕｒ－ ｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９９８（１０６）：２４２—２５０． 【２】Ｂｅｍｄ ＩＶｌ Ｓｅｈｕｍａｅｈｅｒ．Ａｆｔｅｒ ６０ ｙｅａｒｓ ｏｆ ＥＤＭ ｔｈｅ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｍａｉｎｓ ｓｔｉｌｌ ｄｉｓｐｕｔｅｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｌＶｌａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏ－ ｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４（１４９）：３７６—３８１． 【３】Ｒｏｇｅｒ Ｊｏｈｎｓｏｎ，Ｓｈｅｌｄｏｎ Ｇ Ｌ．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐａｒｋ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｖａｃ Ｓｏｌ Ｔｅｅｈｎｏｌ Ａ，１９８６，４ （６）：２７４０—２７４６． 【４】刘丹，王德新，陈文华．钛合金材料表面电火花沉积镍层 工艺的研究［Ｊ］．电加工与模具，２００４（６）：７—９． 【５】王建生，王华昆，李勇，等．电火花沉积技术及应用［Ｊ］． 机械工人，２００４（１）．３４—３６． 【６】卢红军．电火花沉积技术应用实例［Ｊ］．新技术新工艺， ２００４（２）：３０—３４． 【７】陈伟伟，朱颖，康慧，等．电火花沉积技术国内外研究现 状［Ｊ］．焊接，２００６（６）：２１—２４． １８】陈文华，王德新．钛合金电火花沉积硬质合金的强化工
关键词：数控机床；螺距误差；反向间隙；激光干涉仪 中图分类号：ＴＣ，６５９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３８８１（２００９）９—０３７—２
Ｔｈｒｅａｄ Ｐｉｔｃｈ Ｅｒｒｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅ ａｎｄ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ ＣＮＣ Ｍａｃｈｉｎｅ
ＣＨＥＮ Ｆａｎｇ
（Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０５５，Ｃｈｉｎａ）
万方数据
艺研究［Ｊ］．机械工人，２００４（１）．３２—３４． 【９】汪瑞军，李延军，黄小鸥，等．电火花表面强化工艺的参
数优化［Ｊ］．焊接，２００４（８）：２１—２４． 【ｌｏ】Ｋｒｅｍｅ Ｄ，Ｌｅｂｒｕｎ Ｊ Ｌ，Ｈｏｓａｒｉ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｅｔｓ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ
Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ ０１１ ｔｈｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｉｎ ＥＤＭ［Ｊ］．Ａｎｎａｌｓ ｏｆ ｔｈｅＣＩＲＰ，１９８９，３８（１）：１９９—２０２． 【１１】Ｋｒｅｍｅ Ｄ，Ｌｈｉａｕｂｔ ｃ，Ｍｏｉｓａｎ Ａ．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ
好ｏ
３滚珠丝杠误差捌
３．１相关数据清零 在检测数据之前，需将数控系统相关数据清零。 对于西门子系统¨１：设定参数ＭＤ３２４５０＝０（反
收稿日期：２００８—０９—２６ 基金项目：深圳市科技计划项目（２１０７Ｋ１７１ＦＡ） 作者简介：陈芳（１９ｒ７７一），女，汉族，湖南桃源人，讲师，研究方向为数控技术应用、数控设备维修，主要从事工作教学