基于数控机床传动比调节的位置精度补偿策略分析

2018-06-28郑通达

机电信息 2018年18期

关键词：光栅尺传动比车床

郑通达

（国家塑料机械产品质量监督检测中心，浙江宁波315800）

0 引言

在科技高速发展的今天，数控机床取代老式仪表机床已经基本完成，现在人们把目光投向了如何提高数控机床精度上，于是数控机床位置精度的概念就此产生。

数控机床位置精度是数控机床最重要、也最能代表机床特征的一项指标，位置精度的高低往往决定了机床加工件的精度。

1 数控机床的脉冲当量

脉冲当量是指当控制器输出一个定位控制脉冲时，所产生的定位控制移动的位移。对直线运动来说，是指移动的距离；对圆周运动来说，是指转动的角度。

1.1 直线轴的脉冲当量

直线轴的脉冲当量是指当机床控制系统发出一个脉冲指令，通过伺服驱动器，使电机转动一个步距角α，机床对应的运动部件实际产生的位移δ。其公式为：

式中，δ为直线轴的脉冲当量；α为电机的步距角；P为滚珠丝杆的导程；μ1为控制系统电子齿轮传动比；μ2为伺服驱动器的传动比；μ3为各级齿轮的总传动比。

1.2 回转轴的脉冲当量

回转轴的脉冲当量是指当机床控制系统发出一个脉冲指令，通过伺服驱动器，使电机转动一个步距角α，机床对应的运动部件实际转动的角度ε。其公式为：

式中，ε为回转轴的脉冲当量；α为电机的步距角；μ1为控制系统电子齿轮传动比；μ2为伺服驱动器的传动比；μ3为涡轮蜗杆的总传动比。

2 数控机床脉冲当量的调节

2.1 理论脉冲当量

在数控机床的设计生产中，根据机床的精度要求，其脉冲当量一般取值在0.01～0.001 mm之间。

2.2 实际脉冲当量

在数控机床设计完成后，机床电机的步距角α和丝杆导程P的数值便会确定，然而在实际生产过程中，仅确定步距角和导程，数控机床的脉冲当量可能无法达到理想的状态，因而在数控机床制造完成后，生产方会根据机床的精度要求，调节机床电子齿轮传动比和伺服驱动器的传动比。

2.3 脉冲当量匹配

利用传动比提高位置精度，其实质就是通过对理论脉冲当量的微调，使得理论脉冲当量与实际脉冲当量相匹配。

3 精度提高实例

本文以XX公司生产的简式卧式数控车床为例进行分析。该数控车床采用凯恩帝K100T数控系统，由于该系统缺少螺距补偿功能，无法对机床的位置精度进行方便的差补。并且在实际车床生产情况中，因为生产成本等局限性，往往生产方制造的机器在位置精度方面有所欠缺，甚至于无法达到国标水平。为此，我们提出了利用光栅尺来调节电子齿轮传动比的方法，从而达到提高位置精度的目的。

以该车床Z轴为例，Z轴的行程为140 mm，取200 mm的光栅尺，首先根据机床测量精度要求选取适宜的光栅尺，其次在安装光栅尺时要特别注意，必须尽可能让光栅尺与Z轴平行，一般平行度控制在5 μm之内。

完成上述步骤后，将Z轴移动到机械坐标的零位，同时将光栅尺的数值也相应清零。随即在车床上输入指令（G0 Z140 F500），将Z坐标的位置移到Z140处，观察光栅尺读数显示140.016 mm。

由此可以看出，如果光栅尺的精度可以保证，上述Z轴的实际长度和理论长度的比值为：

140.016 /140.000=140 016/140 000=8 751/8 750得出的比值即为传动比的修正参数，可填入电子齿轮参数或驱动器参数，或者两者配合填入。

为验证此方式的有效性，我们特地选用Renishaw XL80激光干涉仪做了验证，测试结果如图1所示。