数控机床位置精度调试成果

数控机床位置误差主要由数控装置误差δ1、电动机误差δ2、测量转换装置δ3和机械进给伺服系统误差δ4组成。如图5-27所示，前3控制系统的输出误差，可以通过合理设置减速电路时期与机床相匹配，调节位置回路增量，提高电动机转交精度等方法是控制系统的输出误差减少，而机械进给伺服系统的误差则必须在装配、调试中解决。剩余极小部分在辅以电气补偿。机床位置精度的主要检测项目有：

图5-27　数控机床位置误差形成原理图

①直线运动位置精度（X轴、Y轴、Z轴、U轴、V轴、W轴）；

②直线运动重复定位精度；

③直线运动反向间隙（矢动量）；

④回转运动定位精度（A轴、B轴、C轴）；

⑤回转运动重复定位精度；

⑥回转运动反向间隙（矢动量）测定。

（1）试测

数控机床装配的最后阶段包括通电调试和检验几何精度，合格后开始对其位置精度进行检测和调试。首先对各坐标周运动的原始状态做一个循环测试，根据位置误差曲线状态和数据初步判断与之有关的机械或电气的精度状况。排除不正常因素后，开始按标准规定正式测试5个循环。(www.xing528.com)

首先进行的单个循环测试成为试测。常见的位置误差曲线如图5-28所示。

图5-28　试测中的位置误差曲线图

图（a）所示未蒸饭箱曲线基本平行，且量曲线坐标距离不大，一般中等以上精度的数控机床曲线坐标距离不大于0.03 mm。为了直观地讨论问题，反向失动量近似地视为等同于机械间隙，并以b标识。单向循环一次测得的单向轴线位置系统误差为Pa，相当于丝杠实际螺距积累误差（该数据未丝杠出厂时的实测螺距误差数据），假如Pa不大于0.03 mm/1 000 mm，则认为机械和电气系统正常，可以进入正式测试。在正式测试中连续侧3～5个循环，通过控制系统的补偿，得到合格的位置精度。

图（b）所示为正反向曲线平行，但两曲线坐标距离异常大，很可能是滚珠丝岗螺母间隙、传动装置中的齿型带啮合间隙或键连接间隙大，以及传动受力变形太大所致，必须分析并排除异常后再进入正式测试。

图（c）所示为正反向误差曲线显著不平行，其原因主要是丝杠支撑座轴向间隙大。在不加预紧力的丝杠传动中，实际只有轴向间隙较小的一个支撑受力，丝杠在正方向行程中分别处于受拉和受压状态。用百分表测得的丝杠端部正反向转动时的振摆量，就是丝杠做的轴向间隙。消除丝杠座的轴向间隙后正反向误差曲线会趋于平行，这时才能开始正式测试。对于有预拉力要求的丝杠，需仔细修磨调整垫以保证预拉力符合设计要求，这时丝杠、支承座等在承受轴向力时近似成为一个刚（整）体。

图（d）所示为正反向曲线平行，单向系统误差Pa异常大。原因可能是丝杠螺距累计误差太大，或者是丝杠预拉力过大，丝杠被拉长。如果是丝杠预拉力过大，经过几个循环后就会导致步进电动机或伺服电动机发热。对闭环系统来说原因则可能是输入到双拼激光干涉仪等测量装置的光栅材料温度膨胀系数偏小所致。

（2）正式测量

通过试测，并排除异常因素后开始正式测量。按标准规定坐标轴移动5个循环后，经计算机处理显示和打印出包括位置误差数据和位置误差评定曲线的测量结果。这是机床位置误差的原始状态数据，对分析机床精度和今后机床维修非常有用，必须存储在机床控制系统中，以备查阅。根据测量结果，首先按平均反向误差值输入反向间隙补偿值，再测量一个循环，可以看到正反向误差曲线趋于重叠，然后顺着测量间距目标位置上的位置误差做个点的螺距补偿，经补偿以后测量的误差曲线将变得平直；最后再使坐标移动5个循环，得到改善后的误差评定曲线。如果误差还太大，可以在此基础上再进行补偿，直到满意为止。

对于全闭环系统，如采用光栅尺反馈系统，反向误差较小，一般在0.005 mm以内，所以无须再做反向间隙补偿。如果采用光栅尺系统在非恒温环境下调试，必须输入光栅出厂规定的材料膨胀系数，否则会产生系统误差。