隨著(zhù)我國制造業(yè)的崛起，數控機床在機械制造中已得到廣泛的應用，解決了復雜、精密、小批量、多品種的零件加工問(wèn)題，是一種柔性的、高效能的自動(dòng)化機床，代表了現代機床控制技術(shù)的發(fā)展方向，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，奠定了舉足輕重的重要地位。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，對數控機床的精度也提出了更高的要求，本文介紹提高數控機床精度的方法。
 
數控機床
提高數控機床精度
 
目前數控深孔鉆機床位置精度的檢驗通常采用國際標準ISO230-2 或國家標準GB10931-89 等。同一臺機床，由于采用的標準不同，所得到的位置精度也不相同，因此在選擇數控機床的精度指標時(shí)，也要注意它所采用的標準。數控機床的位置標準通常指各數控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。
一、反向偏差
在數控機床上，由于各坐標軸進(jìn)給傳動(dòng)鏈上驅動(dòng)部件(如伺服電動(dòng)機、伺服液壓馬達和步進(jìn)電動(dòng)機等)的反向死區、各機械運動(dòng)傳動(dòng)副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐標軸在由正向運動(dòng)轉為反向運動(dòng)時(shí)形成反向偏差，通常也稱(chēng)反向間隙或失動(dòng)量。對于采用半閉環(huán)伺服系統的數控機床，反向偏差的存在就會(huì )影響到機床的定位精度和重復定位精度，從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在G01 切削運動(dòng)時(shí)，反向偏差會(huì )影響插補運動(dòng)的精度，若偏差過(guò)大就會(huì )造成“圓不夠圓，方不夠方”的情形;而在G00 快速定位運動(dòng)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(shí)各孔間的位置精度降低。同時(shí)，隨著(zhù)設備投入運行時(shí)間的增長(cháng)，反向偏差還會(huì )隨因磨損造成運動(dòng)副間隙的逐漸增大而增加，因此需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進(jìn)行測定和補償。
反向偏差的測定
反向偏差的測定方法：在所測量坐標軸的行程內，預先向正向或反向移動(dòng)一個(gè)距離并以此停止位置為基準，再在同一方向給予一定移動(dòng)指令值，使之移動(dòng)一段距離，然后再往相反方向移動(dòng)相同的距離，測量停止位置與基準位置之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個(gè)位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次)，求出各個(gè)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(shí)一定要先移動(dòng)一段距離，否則不能得到正確的反向偏差值。
測量直線(xiàn)運動(dòng)軸的反向偏差時(shí)，測量工具通常采有千分表或百分表，若條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。當采用千分表或百分表進(jìn)行測量時(shí)，需要注意的是表座和表桿不要伸出過(guò)高過(guò)長(cháng)，因為測量時(shí)由于懸臂較長(cháng)，表座易受力移動(dòng)，造成計數不準，補償值也就不真實(shí)了。若采用編程法實(shí)現測量，則能使測量過(guò)程變得更便捷更精確。
例如，在三坐標立式機床上測量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(jìn)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(dòng)間隙
N30 G04 X5;暫停以便觀(guān)察
N40 Z50;Z 軸抬高讓開(kāi)
N50 X-50：工作臺左移
N60 X50：工作臺右移復位
N70 Z-50：Z 軸復位
N80 G04 X5：暫停以便觀(guān)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果會(huì )有所不同。一般情況下，低速的測出值要比高速的大，特別是在機床軸負荷和運動(dòng)阻力較大時(shí)。低速運動(dòng)時(shí)工作臺運動(dòng)速度較低，不易發(fā)生過(guò)沖超程(相對“反向間隙”)，因此測出值較大;在高速時(shí)，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過(guò)沖超程，測得值偏小。


回轉運動(dòng)軸反向偏差量的測量方法與直線(xiàn)軸相同，只是用于檢測的儀器不同而已。
反向偏差的補償
國產(chǎn)數控機床，定位精度有不少>0.02mm，但沒(méi)有補償功能。對這類(lèi)機床，在某些場(chǎng)合下，可用編程法實(shí)現單向定位，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插補起始點(diǎn)，然后再開(kāi)始插補加工。插補進(jìn)給中遇反向時(shí)，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(lèi)別的數控機床，通常數控裝置內存中設有若干個(gè)地址,專(zhuān)供存儲各軸的反向間隙值。當機床的某個(gè)軸被指令改變運動(dòng)方向時(shí)，數控裝置會(huì )自動(dòng)讀取該軸的反向間隙值，對坐標位移指令值進(jìn)行補償、修正，使機床準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。
一般數控系統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(dòng)精度，除了要在機械上做得更好以外，只能將在快速運動(dòng)時(shí)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(shí)的插補精度。
對于FANUC0i、FANUC18i 等數控系統，有用于快速運動(dòng)(G00)和低速切削進(jìn)給運動(dòng)(G01)的兩種反向間隙補償可供選用。根據進(jìn)給方式的不同，數控系統自動(dòng)選擇使用不同的補償值，完成較高精度的加工。
將G01 切削進(jìn)給運動(dòng)測得的反向間隙值A 輸入參數NO11851(G01 的測試速度可根據常用的切削進(jìn)給速度及機床特性來(lái)決定)，將G00 測得的反向間隙值B 輸入參數NO11852。需要注意的是，若要數控系統執行分別指定的反向間隙補償，應將參數號碼1800 的第四位(RBK)設定為1;若RBK 設定為0，則不執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。
二、定位精度
數控機床的定位精度是指所測量的機床運動(dòng)部件在數控系統控制下運動(dòng)所能達到的位置精度，是數控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。一臺數控機床可以從它所能達到的定位精度判出它的加工精度，所以對數控機床的定位精度進(jìn)行檢測和補償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。
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，利用激光干涉測量原理，以激光實(shí)時(shí)波長(cháng)為測量基準，所以提高了測試精度及增強了適用范圍。檢測方法如下：
安裝雙頻激光干涉儀;
在需要測量的機床坐標軸方向上安裝光學(xué)測量裝置;
調整激光頭，使測量軸線(xiàn)與機床移動(dòng)軸線(xiàn)共線(xiàn)或平行，即將光路預調準直;
待激光預熱后輸入測量參數;
按規定的測量程序運動(dòng)機床進(jìn)行測量;
數據處理及結果輸出。
定位精度的補償
若測得數控機床的定位誤差超出誤差允許范圍，則必須對機床進(jìn)行誤差補償。常用方法是計算出螺距誤差補償表，手動(dòng)輸入機床CNC 系統，從而消除定位誤差，由于數控機床三軸或四軸補償點(diǎn)可能有幾百上千點(diǎn)，所以手動(dòng)補償需要花費較多時(shí)間，并且容易出錯。
現在通過(guò)RS232 接口將計算機與機床CNC 控制器聯(lián)接起來(lái)，用VB 編寫(xiě)的自動(dòng)校準軟件控制激光干涉儀與數控機床同步工作，實(shí)現對數控機床定位精度的自動(dòng)檢測及自動(dòng)螺距誤差補償，其補償方法如下：
備份CNC 控制系統中的已有補償參數;
由計算機產(chǎn)生進(jìn)行逐點(diǎn)定位精度測量的機床CNC 程序，并傳送給CNC 系統;
自動(dòng)測量各點(diǎn)的定位誤差;
根據指定的補償點(diǎn)產(chǎn)生一組新的補償參數，并傳送給CNC 系統，螺距自動(dòng)補償完成;重復c.進(jìn)行精度驗證。
根據數控機床各軸的精度狀況，利用螺距誤差自動(dòng)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(diǎn)，使數控機床達到最佳精度狀態(tài)，并大大提高了檢測機床定位精度的效率。
定位精度是數控機床的一個(gè)重要指標。盡管在用戶(hù)購選時(shí)可以盡量挑選精度高誤差小的機床，但是隨著(zhù)設備投入使用時(shí)間越長(cháng)，設備磨損越厲害，造成機床的定位誤差越來(lái)越大，這對加工和生產(chǎn)的零件有著(zhù)致命的影響。采用以上方法對機床各坐標軸的反向偏差、定位精度進(jìn)行準確測量和補償，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。