提高機加工中心機床的精度
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，機加工中心機床作為新一代工作母機，在機械制造中得到廣泛的應(yīng)用，精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高，對機加工中心機床的精度也提出了更高的要求。用戶在選購機加工中心機床時，十分看重機床的位置精度，特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。但是這些使用中的機加工中心機床精度到底如何呢?大量統(tǒng)計資料表明：65.7%以上的新機床，安裝時都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的機加工中心機床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因此，對機床工作狀態(tài)進行監(jiān)控和對機床精度進行??常的測試是非常必要的，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，提高零件加工精度。
目前機加工中心機床位置精度的檢驗通常采用國際標(biāo)準(zhǔn)ISO230-2或國家標(biāo)準(zhǔn)GB10931-89等。同一臺機床，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所得到的位置精度也不相同，因此在選擇機加工中心機床的精度指標(biāo)時，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。機加工中心機床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各機加工中心軸的反向偏差和定位精度。對于這二者的測定和補償是提高加工精度的必要途徑。
反向偏差
在機加工中心機床上，由于各坐標(biāo)軸進給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機、伺服液壓馬達(dá)和步進電動機等)的反向死區(qū)、各機械運動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標(biāo)軸在由正向運動轉(zhuǎn)為反向運動時形成反向偏差，通常也稱反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的機加工中心機床，反向偏差的存在就會影響到機床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01切削運動時，反向偏差會影響插補運動的精度，若偏差過大就會造成“圓不夠圓，方不夠方”的情形；而在G00快速定位運動中，反向偏差影響機床的定位精度，使得鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時，隨著設(shè)備投入運行時間的增長，反向偏差還會隨因磨損造成運動副間隙的逐漸增大而增加，因此需要定期對機床各坐標(biāo)軸的反向偏差進行測定和補償。
(1)反向偏差的測定
反向偏差的測定方法：在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移動一個距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動指令值，使之移動一段距離，然后再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準(zhǔn)位置之差，如圖1所示。在靠近行程的中點及兩端的三個位置分別進行多次測定(一般為七次)，求出各個位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測量時一定要先移動一段距離，如圖1中AB段，否則不能得到正確的反向偏差值。
測量直線運動軸的反向偏差時，測量工具通常采用千分表或百分表，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進行測量。當(dāng)采用千分表或百分表進行測量時，需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長，因為測量時由于懸臂較長，表座易受力移動，造成計數(shù)不準(zhǔn)，補償值也就不真實了。若采用編程法實現(xiàn)測量，則能使測量過程變得更便捷更精確。
例如，在三坐標(biāo)立式機床上測量X軸的反向偏差，可先將表壓住主軸的圓柱表面，然后運行如下程序進行測量：
N10 G91 G01 X50 F1000；工作臺右移
N20 X￡?50；工作臺左移，消除傳動間隙(圖1的AB段)
N30 G04 X5；暫停以便觀察
N40 Z50；Z軸抬高讓開
N50 X￡?50；工作臺左移(圖1的BC段)
N60X50；工作臺右移復(fù)位(圖1的CDE段)
N70 Z￡?50；Z軸復(fù)位
N80 G04 X5；暫停以便觀察
N90 M99；
需要注意的是，在工作臺不同的運行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。一般情況下，低速的測出值要比高速的大，特別是在機床軸負(fù)荷和運動阻力較大時。低速運動時工作臺運動速度較低，不易發(fā)生過沖超程(相對“反向間隙”)，因此測出值較大；在高速時，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測得值偏小。 回轉(zhuǎn)運動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是用于檢測的儀器不同而已。
(2)反向偏差的補償
國產(chǎn)機加工中心機床，定位精度有不少>0.02mm，但沒有補償功能。對這類機床，在某些場合下，可用編程法實現(xiàn)單向定位，清除反向間隙，在機械部分不變的情況下，只要低速單向定位到達(dá)插補起始點，然后再開始插補加工。插補進給中遇反向時，給反向間隙值再正式插補，即可提高插補加工的精度，基本上可以保證零件的公差要求。
對于其他類別的機加工中心機床，通常機加工中心裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個地址，專供存儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機床的某個軸被指令改變運動方向時，機加工中心裝置會自動讀取該軸的反向間隙值，對坐標(biāo)位移指令值進行補償、修正，使機床準(zhǔn)確地定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機床精度的不利影響。
一般機加工中心系統(tǒng)只有單一的反向間隙補償值可供使用，為了兼顧高、低速的運動精度，除了要在機械上做得更好以外，只能將在快速運動時測得的反向偏差值作為補償值輸入，因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時的插補精度。
對于FANUC0i、FANUC18i等機加工中心系統(tǒng)，有用于快速運動(G00)和低速切削進給運動(G01)的兩種反向間隙補償可供選用。根據(jù)進給方式的不同，機加工中心系統(tǒng)自動選擇使用不同的補償值，完成較高精度的加工。
表1列出工作臺運動速度、運動方向發(fā)生變化時反向間隙的變化(切削進給運動時的反向間隙值為A，快速運動時為B )。
將G01切削進給運動測得的反向間隙值A(chǔ)輸入?yún)?shù)NO11851(G01的測試速度可根據(jù)常用的切削進給速度及機床特性來決定)，將G00測得的反向間隙值B輸入?yún)?shù)NO11852。需要注意的是，若要機加工中心系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙補償，應(yīng)將參數(shù)號碼1800的第四位(RBK)設(shè)定為1；若RBK設(shè)定為0，則不執(zhí)行分別指定的反向間隙補償。G02、G03、JOG與G01使用相同的補償值。
定位精度
機加工中心機床的定位精度是指所測量的機床運動部件在機加工中心系統(tǒng)控制下運動所能達(dá)到的位置精度，是機加工中心機床有別于普通機床的一項重要精度，它與機床的幾何精度共同對機床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。一臺機加工中心機床可以從它所能達(dá)到的定位精度判斷它的加工精度，所以對機加工中心機床的定位精度進行檢測和補償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。
(1)定位精度的測定
目前多采用雙頻激光干涉儀對機床檢測和處理分析，利用激光干涉測量??理，以激光實時波長為測量基準(zhǔn)，所以提高了測試精度及增強了適用范圍。檢測方法如下：
①安裝雙頻激光干涉儀；
②在需要測量的機床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置(如圖2)；
③調(diào)整激光頭，使測量軸線與機床移動軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn)直；
④待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；
⑤按規(guī)定的測量程序運動機床進行測量；
⑥數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。
(2)定位精度的補償
若測得機加工中心機床的定位誤差超出誤差允許范圍，則必須對機床進行誤差補償。常用方法是計算出螺距誤差補償表，手動輸入機床CNC系統(tǒng)，從而消除定位誤差，由于機加工中心機床三軸或四軸補償點可能有幾百上千點，所以手動補償需要化費較多的時間，并且容易出錯。
現(xiàn)在通過RS232接口將計算機與機床CNC控制器聯(lián)接起來，用VB編寫的自動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與機加工中心機床同步工作，實現(xiàn)對機加工中心機床定位精度的自動檢測及自動螺距誤差補償(如圖3)，其補償方法如下：
①備份CNC控制系統(tǒng)中的已有補償參數(shù)；
②由計算機產(chǎn)生進行逐點定位精度測量的機床CNC程序，并傳送給CNC系統(tǒng);
③自動測量各點的定位誤差；
�、芨鶕�(jù)指定的補償點產(chǎn)生一組新的補償參數(shù)，并傳送給CNC系統(tǒng)，螺距自動補償完成；
⑤重復(fù)③進行精度驗證。
根據(jù)機加工中心機床各軸的精度狀況，利用螺距誤差自動補償功能和反向間隙補償功能，合理地選擇分配各軸補償點，使機加工中心機床達(dá)到最佳精度狀態(tài)，并大大提高了檢測機床定位精度的效率。
定位精度是機加工中心機床的一個重要指標(biāo)。盡管在用戶購選時可以盡量挑選精度高誤差小的機床，但是隨著設(shè)備投入使用時間越長，設(shè)備磨損越厲害，造成機床的定位誤差越來越大，這對加工和生產(chǎn)的零件有著致命的影響。采用以上方法對機床各坐標(biāo)軸的反向偏差、定位精度進行準(zhǔn)確測量和補償，可以很好地減小或消除反向偏差對機床精度的不利影響，提高機床的定位精度，使機床處于最佳精度狀態(tài)，從而保證零件的加工質(zhì)量。
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