角度定位精度和重复定位精度在机床的应用和前景

芦 涛 霍卫军

中车唐山机车车辆有限公司

角度定位精度和重复定位精度在机床的应用和前景

芦 涛 霍卫军

中车唐山机车车辆有限公司

数控机床定位精度和定位精度的重复定位直接影响了数控机床的加工精度，并且随着机床的不断使用和使用相关因素的影响而发生变化和变化。作者提出了一种定位精度和重复定位精度测试方法，可用于生产实践，可完全满足检测要求。使用精密刻度和读数显微镜测试数控机床定位精度和重复性的方法。与其他方法相比，该方法更实用，成本更低，更简单方便，适用于数控车间的使用。

定位精度重复定位精度滑动导轨副

机床的工作状态监测和经常测试机床的精度是非常必要的，为了发现和解决问题，提高零件的加工精度，如何提高机床定位轴的精度和重复定位精度？

同一台机床，由于标准不同，位置精度不一样，因此选择数控机床精度，应注意标准。数控机床位置标准通常指的是NC轴的反向偏差和定位精度。这两种方法的测量和补偿是提高加工精度的必要方法［1］。

一、反向偏差

在数控机床中，由于各轴进给传动链条的驱动部件（如液压伺服电机，伺服电机和步进电机等），反向死机反向间隙误差的机械运动引起的各轴向前运动反向反向偏移的运动，通常也称为反向间隙或动量损失。对于带有半闭环伺服系统的数控机床，反向偏差的存在会影响机床的定位精度和重复定位精度，从而影响产品的加工精度［2］。

在G01切削运动中，反向偏置会影响插补精度，如果偏差过大，会导致“圆不是圆，不是圆”。而在G00快速定位运动中，反向偏置机床定位精度，降低了钻孔，钻孔加工之间孔的位置精度。同时，随着设备投资的增长，运行时间也随之增加，反向偏差造成磨损间隙增大，因此需要对机床各轴反向偏差进行周期性测量和补偿。

（一）反向偏差的测定

确定反向偏压的方法：在测量坐标轴行进时，向前或向后移动一个距离到停止位置作为基准，然后给出一个移动指令值在同一方向移动一段距离，然后去相反方向相同距离，位置和参考位置停止测量差值［3］。在行程中途，在测量值的反向偏差的最大值的平均值中，重复测量（通常为7次）每个位置的平均值的两个位置的三个端部。在测量时必须先移动一段距离，否则无法得到正确的反向偏置。

如果条件允许，当测量工具通常使用千分表或千分表时，直线运动轴的反向偏差测量可以使用双频激光干涉仪测量［4］。当使用千分表或千分表测量时，请注意表和表条不要太长太长，因为测量时由于悬臂长，工作台容易移动，计数不准确，补偿值也不真实。如果使用编程方法来实现测量，则可以使测量过程更方便，更准确。

例如，在三坐标测量机X垂直轴上的反向偏置，圆柱面可以是主轴上的第一个表，运行以下程序和测量：

N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移

N20 X－50；工作台左移，消除传动间隙

N30 G04 X5；暂停以便观察

N40 Z50；Z轴抬高让开

N50 X-50：工作台左移

N60 X50：工作台右移复位

N70 Z-50：Z轴复位

N80 G04 X5：暂停以便观察

N90 M99；

需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程（相对“反向间隙”），因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小［5］。

回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。

（二）反向偏差的补偿

国产数控机床，定位精度很大> 0.02mm，但没有补偿功能。这种机床，在某些情况下，实现单向定位可用的编程方法，以消除机械零件中的反向间隙不变，只要从起点到低速单向定位插补，然后开始插补处理。在反向的情况下，插值可以提高插值过程的精度，这可以确保部件的公差。

对于其他类型的数控机床，数控装置通常设置有多个存储地址，用于存储反向间隙值的轴。当机床轴是改变运动方向的命令时，数控装置自动读取轴的反向间隙，以协调位移指令值校正补偿，使机床精确定位在指令位置，消除或减少反向偏压对机床精度的不利影响［6］。

一般CNC系统的反向间隙补偿只有一个值，可以用于高精度和低精度的运动，除了在机床上做得更好外，只能在补偿输入的反向偏置测试值的快速运动中，因此，很难实现平衡，考虑到快速插补精度的定位精度和切割。

对于FANUC0i，FANUC18i等数控系统，快速运动（G00）和低速切削进给运动（G01）有两种反向间隙补偿。根据不同的进给方式，数控系统自动选择使用不同的补偿值，完成高精度加工。

反向间隙G01切削运动的测量值A输入参数NO11851（G01的测试速度根据普通切削进给速度和机床特性决定，反向间隙）G00测量值B输入参数NO11852。注意需要执行反向间隙补偿分别指定的CNC系统参数应该是数字1800第四（RBK）设置为1；如果RBK未设置为0，则分别指定反向间隙补偿。G02，G03，JOG和G01使用相同的补偿值。

二、定位精度

数控机床的定位精度是指测量机床零件在运动控制下数控系统位置精度的运动，是一种重要的精密数控机床，与普通机床不同工具和机床接头的几何精度对机床的切削精度有重要影响，特别是对孔加工孔间距误差具有决定性影响。数控机床可以实现定位的定位精度，其加工精度，使数控机床的定位精度检测和补偿必要的方式，保证加工质量［7］。

（一）定位精度的测定

目前，多频激光干涉仪被用于机床的检测和加工。使用激光干涉测量原理，提高了测量精度，提高了应用范围。检测方法如下：

双频激光干涉仪；

光学测量装置安装在需要测量的机床的坐标轴方向上；

调整激光头和测量轴和移动轴平行于光路或共线，预对准；

激光预热后输入测量参数；

按照规定的测量程序测量机床；

数据处理和结果输出。

（二）定位精度的补偿

如果NC机床的定位误差超出允许范围，则必须进行机床的误差补偿。常用的方法是计算螺距误差补偿表，手动输入机床数控系统，从而消除了数控机床的位置误差，三轴或四轴补偿点可能有几十万点，因此手动补偿需要花更多的时间，容易出错［8］。

现在通过RS232接口和CNC控制器连接到计算机上，由VB控制激光干涉仪和数控机床同步自动校准软件，自动检测和自动螺距误差补偿对数控机床的定位精度，作为补偿方法：

CNC控制系统中现有的补偿参数；

由计算机生成的进行点对点定位精度测量的机床CNC程序传送到CNC系统；

自动测量每个点的位置误差；

根据指定的补偿点产生一组新的补偿参数，并传送到CNC系统，自动螺距补偿；［9］

重复精度验证。

三、根据各种条件下数控机床的精度，采用螺距误差补偿功能和自动反冲补偿功能，合理选择轴向补偿点的分布，使数控机床实现最佳精度，大大提高检测机床定位精度的效率［10］。

定位精度是数控机床的重要指标。虽然用户可以选择购买尽可能多的高精度机床，但误差小，但设备投入使用时间更长，设备磨损更大，导致机床定位误差越来越大，有一个对零件的加工和生产具有破坏性影响。采用精确测量和补偿反向偏压的方法，机床轴的定位精度，可有效减少或消除反向偏置对机床精度的不利影响，提高机床的定位精度，机床精度在最佳状态，从而保证加工零件的质量。

［1］郭士雄，李国强；钢结构设计中对ANSYS的二次开发［J］；四川建筑科学研究；2005年02期

［2］王秀彦，费仁元，安国平；21世纪制造业的发展趋势［J］；北京工业大学学报（社会科学版）；2002年01期

［3］吴希让，吴国玥；新型CNC机床控制系统的设计［J］；兵工自动化；2000年03期

［4］史长虹，张建民，张同庄，郝娟，范宇，邹秋玲，贾东云；变轴数控机床重复定位精度评定策略探讨［J］；北京理工大学学报；2001年04期

［5］沈兴全，张清；三坐标数控机床精度检测与误差补偿［J］；测试技术学报；2005年03期

［6］孙宜标，郭庆鼎；基于神经网络给定补偿的交流永磁直线伺服系统滑模控制［J］；电工技术学报；2002年03期

［7］姚立新，张武学，连军莉；AOI系统在PCB中的应用［J］；电子工业专用设备；2004年05期

［8］赵万生，李文卓，王振龙；高精度微细电火花加工系统的研制［J］；电加工与模具；2004年01期

［9］董德生；曾伟梁；杭观荣；王振龙；群孔的微细电火花加工技术研究［J］；电加工与模具；2006年02期

［10］葛锁良，刘文慰；基于模糊控制的交流伺服系统的设计［J］；东南大学学报（自然科学版）；2003年S1期