機(jī)床補(bǔ)償你知道多少？

新聞資訊 | 2023-05-26 13:55

機(jī)床具有的系統(tǒng)性的機(jī)械相關(guān)偏差，可以被系統(tǒng)記錄，但由于存在溫度或機(jī)械負(fù)載等環(huán)境因素，在后續(xù)使用過程中，偏差仍然可能出現(xiàn)或增加。在這些情況下，有的可以提供不同的補(bǔ)償功能。使用實(shí)際位置編碼器（如光柵）或額外的傳感器（如激光干涉儀等）獲得的測量值來補(bǔ)償偏差，從而獲得更佳的加工效果。本期給大家介紹一下機(jī)床常見的補(bǔ)償功能，“CYCLE996 運(yùn)動(dòng)測量”等實(shí)用的機(jī)床測量循環(huán)可在機(jī)床的持續(xù)監(jiān)控與維護(hù)過程中為最終用戶提供全面支持。

反向間隙補(bǔ)償

1

在機(jī)床移動(dòng)部件和其驅(qū)動(dòng)部件，如滾珠絲杠，之間進(jìn)行力的傳遞時(shí)會(huì)產(chǎn)生間斷或者延遲，因?yàn)橥耆珱]有間隙的機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)顯著增加機(jī)床的磨損，而且從工藝上講也是難以實(shí)現(xiàn)的。機(jī)械間隙導(dǎo)致軸/主軸的運(yùn)動(dòng)路徑與間接測量系統(tǒng)的測量值之間存在偏差。這意味著一旦方向改變，軸將移動(dòng)得過遠(yuǎn)或過近，這取決于間隙的大小。工作臺(tái)及其相關(guān)編碼器也會(huì)受到影響：如果編碼器位置領(lǐng)先工作臺(tái)，它提前到達(dá)指令位置這意味著機(jī)床實(shí)際移動(dòng)的距離縮短了。在機(jī)床運(yùn)行，通過在相應(yīng)軸上使用反向間隙補(bǔ)償功能，在換向時(shí)，以前記錄的偏差將自動(dòng)激活，將以前記錄的偏差疊加到實(shí)際位置值上。

絲杠螺距誤差補(bǔ)償

2

CNC控制系統(tǒng)中間接測量的測量原理基于這樣一個(gè)假設(shè)：即滾珠絲杠的螺距在有效行程內(nèi)保持不變，因此在理論上，可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)信息位置推導(dǎo)出直線軸的實(shí)際位置。

但是，滾珠絲杠的制造誤差會(huì)導(dǎo)致測量系統(tǒng)產(chǎn)生偏差（又稱絲杠螺距誤差）。測量偏差（取決于所用測量系統(tǒng)）與測量系統(tǒng)在機(jī)床上的安裝誤差（又稱為測量系統(tǒng)誤差）可能進(jìn)一步加劇此問題。為了補(bǔ)償這兩種誤差，使可使用一套獨(dú)立的測量系統(tǒng)（激光測量）測量CNC機(jī)床的自然誤差曲線，然后，將所需補(bǔ)償值保存在CNC系統(tǒng)中進(jìn)行補(bǔ)償。

摩擦補(bǔ)償（象限誤差補(bǔ)償）和動(dòng)態(tài)摩擦補(bǔ)償

3

象限誤差補(bǔ)償（又稱為摩擦補(bǔ)償）適合上述所有情況，以便在加工圓形輪廓時(shí)大幅提高輪廓精度。原因如下：在象限轉(zhuǎn)換中，一個(gè)軸以最高進(jìn)給速度移動(dòng)，另一軸則靜止不動(dòng)。因此，兩軸的不同摩擦行為可能導(dǎo)致輪廓誤差。象限誤差補(bǔ)償可有效地減小此誤差并確保出色的加工效果。補(bǔ)償脈沖的密度可以根據(jù)與加速度相關(guān)的特征曲線設(shè)置，而該特征曲線可通過圓度測試來確定和參數(shù)化。在圓度測試中，圓形輪廓的實(shí)際位置和編程半徑的偏差（尤其在換向時(shí)）被量化的記錄下來，并通過圖形化顯示在人機(jī)界面上。

在新版本的系統(tǒng)軟件上，集成的動(dòng)態(tài)摩擦補(bǔ)償功能能夠根據(jù)機(jī)床不同轉(zhuǎn)速下的摩擦行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，減小實(shí)際加工輪廓誤差，實(shí)現(xiàn)更高的控制精度。

垂度和角度誤差補(bǔ)償

4

如果各機(jī)床單個(gè)部件的重量會(huì)導(dǎo)致活動(dòng)部件位移和傾斜，則需要進(jìn)行垂度補(bǔ)償，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致相關(guān)機(jī)床部分（包括導(dǎo)向系統(tǒng)）下垂。角度誤差補(bǔ)償則用于當(dāng)移動(dòng)軸沒有以正確的角度互相對齊時(shí)（例如，垂直）。隨著零點(diǎn)位置的偏移不斷增加，位置誤差也增加。這兩種誤差均由機(jī)床的自重，或者刀具和工件重量所導(dǎo)致。在調(diào)試時(shí)測得的補(bǔ)償值被定量后按照相應(yīng)的位置以某種形式，如補(bǔ)償表，存儲(chǔ)在SINUMERIK中。在機(jī)床運(yùn)行時(shí)，相關(guān)軸的位置根據(jù)存儲(chǔ)點(diǎn)的補(bǔ)償值進(jìn)行插補(bǔ)。對于每次連續(xù)路徑移動(dòng)，均存在基本軸與補(bǔ)償軸。

溫度補(bǔ)償

熱量可能導(dǎo)致機(jī)床各部分膨脹。膨脹范圍取決于各機(jī)床部分的溫度、導(dǎo)熱率等。不同溫度可能導(dǎo)致各軸的實(shí)際位置發(fā)生變化，這會(huì)對加工中的工件精度產(chǎn)生負(fù)面影響。這些實(shí)際值變化可以通過溫度補(bǔ)償?shù)窒?。各軸在不同溫度的誤差曲線均可定義。為了始終正確補(bǔ)償熱脹，必須通過功能塊不斷從PLC向CNC控制系統(tǒng)重新傳遞溫度補(bǔ)償值、參考位置和線性梯度角參數(shù)。意外參數(shù)的變化會(huì)由控制系統(tǒng)自動(dòng)消除，從而避免機(jī)床過載并激活監(jiān)控功能。

空間誤差補(bǔ)償系統(tǒng)（VCS）

5

回轉(zhuǎn)軸的位置、它們的相互補(bǔ)償以及刀具定向誤差，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)頭和回轉(zhuǎn)頭等部件出現(xiàn)系統(tǒng)性幾何誤差。此外，每個(gè)機(jī)床中進(jìn)給軸的導(dǎo)向系統(tǒng)將出現(xiàn)小誤差。對于線性軸，這些誤差為線性位置誤差；水平和垂直直線度誤差；對于旋轉(zhuǎn)軸，會(huì)產(chǎn)生俯仰角、偏航角和翻滾角誤差。將機(jī)床組件相互對齊時(shí)，可能出現(xiàn)其他誤差。例如，垂直誤差。在三軸機(jī)床中，這意味著在刀尖上可能會(huì)產(chǎn)生21項(xiàng)個(gè)幾何誤差：每個(gè)線性軸六個(gè)誤差類型乘以三個(gè)軸，再加三個(gè)角度誤差。這些偏差共同作用形成總誤差，又稱為空間誤差。

空間誤差描述了實(shí)際機(jī)床的刀具中點(diǎn)（TCP）位置與理想無誤差機(jī)床的刀具中點(diǎn)位置的偏差。SINUMERIK解決方案合作伙伴能夠借助激光測量設(shè)備確定空間誤差。僅測量單個(gè)位置的誤差是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須測量整個(gè)加工空間內(nèi)的所有機(jī)床誤差。通常需要記錄所有位置的測量值并繪成曲線，因?yàn)楦髡`差大小取決于相關(guān)進(jìn)給軸的位置與測量位置。例如，當(dāng)y軸與z軸處于不同位置時(shí)，導(dǎo)致x軸產(chǎn)生的偏差會(huì)不同——即使在x軸的幾乎同一位置也會(huì)出現(xiàn)誤差。借助“CYCLE996 –運(yùn)動(dòng)測量”，只需幾分鐘即可確定回轉(zhuǎn)軸誤差。這意味著，可以不斷檢查機(jī)床的準(zhǔn)確性，如果需要，即使在生產(chǎn)中，也可以校正準(zhǔn)確性。

偏差補(bǔ)償（動(dòng)態(tài)前饋控制）

6

偏差指在機(jī)床軸運(yùn)動(dòng)時(shí)位置控制器與標(biāo)準(zhǔn)的偏差。軸偏差為機(jī)床軸的目標(biāo)位置與其實(shí)際位置的差值。偏差導(dǎo)致與速度相關(guān)的不必要輪廓誤差，尤其在輪廓曲率變化時(shí)，如圓形、方形輪廓等。憑借零件程序中的NC高級(jí)語言命令FFWON，在沿路徑移動(dòng)時(shí)，可以將與速度相關(guān)的偏差減為零。通過前饋控制提高路徑精度，從而獲得更好的加工效果。

FFWON: 啟動(dòng)前饋控制的命令
FFWOF: 關(guān)閉前饋控制的命令

電子配重補(bǔ)償

在極端情況下，為了防止軸下垂而對機(jī)床、刀具或工件造成損壞，可以激活電子配重功能。在沒有機(jī)械或液壓配重的負(fù)載軸中，一旦松開制動(dòng)器，垂直軸會(huì)意外下垂。在激活電子配重后，可以補(bǔ)償意外的軸下垂。在松開制動(dòng)器后，靠恒定的平衡扭矩來保持下垂軸的位置。