引言

在立式加工中心机床的加工过程中 经常出现由于圆度误差偏大而导致加工零件的精度超差 表面光洁度粗糙等问题 为避免此种问题的反复出现 对在运用球杆仪对机床的圆度误差进行检测的过程中经常出现的问题 以及出现的原因 表现形式 需要采取的相应措施进行简要的说明

问题概述

在应用球杆仪对立式加工中心机床进行圆度误差检测时 以 XY平面为例 球杆仪系统的安装方式如图 1 所示 在检测的过程中 经常出现的问题大致有以下几种 反向越冲 反向间隙 伺服不匹配 比例不匹配 垂直度 周期误差等

原因分析及采取措施

2.1 反向越冲

反向越冲的产生 是由于当机床某一个轴向某一方向驱动 然后必须向相反方向反向移动时 该轴驱动电机施加的扭矩不够 造成在换向处由于摩擦力的方向发生改变而出现短时的粘性停顿 反向越冲将使圆弧插补刀具轨迹出现一个小平台后再向原轨迹复位的台阶 在图形上表现为 在某轴上有一小尖峰 尖峰大小随机床进给率的不同而变化

出现反向越冲时 首先检查机床参数 2003#5 是否为 1 然后调整参数 2048 范围 0 2000 以原值为基础 以 50 为单位进行调整通常设为600 (按图中所测结果是正值 增加 2048 的值 负值则相反) 也可以配合参数 2071 作用时间 进行调整 范围 0 20 以原值为基础 以 1 为单位进行调整 通常设为 8 即可 同时 在机床不产生震动和噪音的前提下 增大机床的速度环增益可以改善反向越冲和整体圆度值

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2.2 反向间隙

当机床某一轴出现丝杠磨损 螺母损坏或导轨磨损等情况时 会导致滚珠丝杠中扭曲过大而引起反向间隙 反向间隙在球杆仪检测图形中表现为 在沿某轴线处有沿图形中心外凸 正值 或内凹 负值 的一个或数个台阶 其大小通常不受机床进给率的影响

通过调整机床参数 1851 可以减小反向间隙对圆度误差的影响方法为 若球杆仪检测时所测结果是正值 增加 1851 的值 负值则相反 正常情况下 在机床螺距补偿时 把参数 1852 的补偿值同时写到参数 1851 里 那么此时的反向间隙就不会太大了

2.3 伺服不匹配

如果用球杆仪检测圆度误差时诊断出伺服不匹配 表明机床的一根轴超前于另一轴 根据不同被测轴间的关系 伺服不匹配可能为正也可能为负 以 XY 平面为例 若为正值,则说明 Y 轴超前于 X 轴,为负值则相反 超前轴的增益较高

此时 图形具有椭圆或花生形 沿 45 度或 135 度对角方向拉伸变形 在分别进行顺时针或逆时针测试时,拉伸变形轴向发生改变 通常随着机床进给率的增加 拉伸变形量也会增加 将两个方向的图形显示在一起

伺服不匹配将带来被插补的圆弧不圆 一般来看 机床进给率越高造成插补圆的椭圆程度越大 通过调整机床各个轴的位置环增益参数 1825 使其平衡 且应该保持三轴一致 范围在 3000 5000 由于在较低进给率时伺服不匹配影响较小 因此要得到较高精度的圆弧插补 可采取较低的进给率

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2.4 比例不匹配

比例不匹配误差是指在测试中被测量轴间的行程差 例如 机床在 XY 平面内运行一个圆周 理论上 X 轴和 Y 轴运行的距离应完全相同 如果有不同 两轴间运动位置差就是比例不匹配误差 如果给出比例不匹配的值为正值 那么 X 轴移动距离超过 Y 轴 否则相反出现比例不匹配的原因可能是 机床上线性误差补偿参数设定有误 该轴导轨直线度不合或刚性不足 滚珠丝杠可能出现故障或过热导致丝杠螺距误差

具有比例不匹配的球杆仪检测图形呈现椭圆或花生形 沿 0 度或90 度轴方向拉伸变形 拉伸变形不受数据采集方向的影响 即分别在进行顺时针或逆时针测试时拉伸变形方向不会发生改变 其大小通常不受机床进给率的影响

此时 通常需要先检查机床的线性误差补偿参数是否设定正确必要时应重新螺距补偿 如果确认此项没有问题 则要检查机床导轨是否准直并处于良好工作状态 否则进行调整 比例不匹配误差将使机床切削的零件出现尺寸误差

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2.5 垂直度

垂直度误差是因为被测试机床的X 轴和 Y 轴相互间不为 90 度两轴可能有局部弯曲或机床轴可能整体未调直 机床轴可能刚性不够导致某些部位不直 或者机床导轨可能过分磨损导致机床在运动时轴中有一定间隙

垂直度差会使图形具有椭圆或花生形状 沿 45 度或 135 度对角拉伸变形 在顺时针和逆时针方向测试时 轴的拉伸方向相同 拉伸量不受进给率的影响 垂直度误差为正值表明在测试平面内 两轴正向夹角超过 90 度 为负值表明两轴正向夹角小于 90 度

如果整台机床均受垂直度误差的影响 那么可能的话应重新调整机床轴 如果导轨出现严重磨损 也许需要更换磨损部件 一般情况下 只要球杆仪诊断显示垂直度超过 30um/m 就会严重影响机床圆度误差 需要重新进行调整

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总结

为了达到更好的圆度误差 提高机床的整体加工精度 可以配合使用 FANUC 系统的 SERVO GUIDE 软件进行调整 进行圆度误差检测时 在机床不产生振动的前提下 可以适当提高各轴的速度环增益

同时 以上的调整 很多方面其实是为了克服一些机械方面的问题而进行的 所以除了参数调整外 如果问题比较严重 还必须对机械进行调整 这样才能从根本上解决问题 以达到更高的加工精度

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