FANUC数控机床螺距误差的检测分析与应用_赵宏立

FANUC 数控机床螺距误差的检测分析与应用赵宏立（沈阳职业技术学院，沈阳110045）1数控机床螺距误差补偿原理与检测分析随着精密加工和精益生产的市场需求，数控机床这种高效高精的自动化设备逐渐在我国普及和使用，由于设备的长期运转和磨损，机床自身的精度需要定期校准，特别是数控机床的重复定位精度和定位精度的检测和补偿，直接影响产品的加工精度和效益。

在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的检测和补偿方法。

Fanuc 数控机床的螺距误差补偿功能有一定的代表性，下面针对Fanuc 数控机床进行螺距误差的检测分析和补偿。

1.1螺距误差补偿与检测原理在半闭环数控系统当中，重复定位精度和定位精度很大程度上取决于数控机床的滚珠丝杠精度，由于滚珠丝杠存在制造误差和长期加工使用带来的磨损，其精度必然下降，故所有的数控机床都为用户提供了螺距误差补偿功能。

螺距误差补偿是将指定的数控机床各轴进给指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控机床各轴全行程上的误差偏移值，再将误差偏移值补偿到数控系统中，则数控机床各轴在运动时控制刀具和工件向误差的逆方向产生相对运动，自动补偿误差偏移值，提高机床的加工精度。

1.2螺距误差补偿应用与分析我们知道，在大多数数控系统中螺距误差补偿只是对机床的线性补偿段起作用，只要在数控系统允许的范围内补偿就会起到补偿作用，每轴的螺距误差可以用最小移动单位的倍数进行补偿，一般以机床参考点作为补偿原点，在移动轴设定的各补偿间隔上，把应补偿的值作为固定参数设定。

如图1所示为步距规采用线性补偿方法进行检测。

但一般情况下丝杠的使用是不均匀的，经常使用的地方必然就要磨损得多，用线性补偿只是进行统一均匀线性补偿，不能照顾到特殊的点，而采用点补偿正好能满足这一点，螺距补偿才会没有误差。

为了减少点补偿的误差，应该尽量选取较小的螺距补偿点间距。

点补偿的优点是能针对不同点的不同误差值进行补偿，解决了不同点不同螺距误差的补偿问题，补偿的精度高。

缺点是测量误差时比较麻烦，需用专业的测量仪器跟踪各点测量。

如图2所示，采用定点补偿法进行螺距误差补偿的检测。

摘要：Fanuc 数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位，它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。

在实践应用中，数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。

利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较，计算出全程上的误差分布曲线，在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。

关键词：定位精度；螺距误差；检测；补偿中图分类号：T G502.13文献标识码：A 文章编号：1002－2333（2010）05－0038－03Analysis and Application of Thread Pitch Error Compensation in Fanuc CNC MachineZHAO Hong-li（Shenyang Polytechnic College,Shenyang 110045,China ）Abstract ：Fanuc CNC Machine Tools dominated the field of NC machining in China,its accuracy and performance depends directly on the positioning accuracy and repeat positioning accuracy of CNC Machine Tools.In practical applications,the function of pitch error compensation is the most cost effective and direct method of CNC system.The actual position measured by using laser interferometer or a step gauge is compared with the instructions position of CNC machine moving axis,the position error curve is calculated out on the whole distribution,the error value is compensated in the moving-axis CNC system control movement.So the accuracy of CNC machine tools can be achieved a higher level.Key words ：position accuracy;screw pitch error;measure;compensation图1利用步距规进行线性螺距误差检测图2利用激光干涉仪进行定点补偿检测ACADEMIC COMMUNICATION学术交流理论/研发/设计/制造机械工程师2010年第5期382数控机床螺距误差补偿的测定和计算分析目前大多数数控机床螺距误差精度的检测都采用雷尼绍ML10激光干涉仪，利用它自动测量机床的误差，再通过RS232接口，利用软件自动对误差补偿表进行补偿，比用步距规或光栅尺进行补偿的方法更节省时间和人力，并且避免了手工计算和手动数据键入而引起的随机误差，同时最大限度地增设补偿点数，使机床达到最佳补偿精度。

以威海天诺数控机械有限公司生产的数控刨台卧式铣镗床TH6513为例，该机床能实现任意四轴联动，适合于大中型零件多工作面的铣、钻、镗、攻丝、车螺纹、铣端面、两维、三维曲面等多工序加工。

其X 轴、Y 轴的行程可达2000mm 以上。

现利用ML10激光干涉仪对其X 轴进行检测分析。

其线性误差偏移曲线和测量误差点如图3所示。

2.1操作和测量方法根据GB/T 17421.2_2002机床检测通则、数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定，最为理想的检测环境是气温处于20℃时进行，避免气流和外部辐射。

机床的调平、几何精度都要符合要求，并且要充分运转。

操作时进给速度要保持一致，到达目标点时停留几秒，以便记录实际位置。

由于该加工中心X 轴行程为2m ，要求全程激光测量，根据GB 规定，至少每米选择5个目标位置点，尽可能充分采点。

因此，该X 轴目标位置选择了i =20个点，平均间隔长度p =100mm 。

校激光时由于工作台较大，不可能在全程范围内进给，可以采用2m 的压板或水平钢板尺固定在工作台上代替测量。

正向趋近↑和反向趋近↓分别测量j =5次。

2.2数值计算和分析根据5次测量的位置偏差值X ij 计算出正负方向上的平均偏差X i ，继而求出每个目标点的反向差值B i ，B i ＝X i ↓－X i ↑；该机床在目标点为9时轴线反向差值B ＝max （B i ）＝10.4。

在某一位置P i 的单向定位标准不确定度的估算值即标准偏差S i ↑＝1ni =1Σ（X ij↑－X 軍i↑）2姨，同理，S i↓＝1ni =1Σ（X ij ↓－X 軍i ↓）2姨，再根据标准偏差计算出某一位置的单向重复定位精度R i ,即R i ↑＝4S i ↑，R i ↓＝4S i ↓，继而求得轴线单向重复定位精度R ↑和R ↓：R ↑＝max（R i ↑）＝8；R ↓＝max （R i ↓）＝7.268；R ＝max （R i ）。

再根据公式R i ＝max （2S i ↑+2S i ↓+｜B i ｜）求得某一位置的双向重复定位精度，继而再求出轴线双向重复定位精度R ＝max （R i ）＝13.422。

最后再求出轴线单向定位精度A ↑和A ↓以及全程轴线的双向定位精度A ：公式为A ↑＝max （X i ↑+2S i ↑）－min （X i ↑-2S i ↑）＝6.684-（-3.390）＝10.074；A ↓＝max （X i ↓+2S i ↓）－min （X i ↓-2S i ↓）＝2.633-（-10.988）＝13.621。

轴线双向定位精度A ＝max （X i ↑+2S i ↑或X i ↓+2S i ↓）－min （X i ↑-2S i ↑或X i ↓-2S i ↓）＝6.684-（-10.988）＝17.772。

以上计算数控和结果如表1所示。

由以上图表曲线和数据及计算结果与GB 规定进行比较判断，可以检测该机床X 轴的单向和双向定位精度和重复定位精度合格与否，还可以由此为该机床X 轴精度验收提供依据。

3利用激光干涉仪对数控机床精度误差补偿分析与应用3.1检测补偿实例沈阳机床生产的HTC100290A 数控卧式车床的检验精度一般有三个方面：（a ）重复定位精度（Maximum Repeat positioning Accuracy ）R ；（b ）反向差值（Maximum Reversal value ）B ；（c ）双向定位精度（Bidirectional Accuracy ）A 。

该数图3重复定位精度和定位精度检测曲线图图4补偿前检测结果图5补偿后检测结果39机械工程师2010年第5期学术交流理论/研发/设计/制造ACADEMIC COMMUNICATION误差/μm/mmmmmmmmmmmm 表1校激光偏差表控机床的系统为FANUC －0i 系统，以Z 轴为例进行多次检测。

该型号机床的位置精度要求：（a ）重复定位精度R 允差值＝0.020mm ；（b ）反向差值B 允差值＝0.012mm ；（c ）双向定位精度A 允差值＝0.05mm 。

补偿前检测结果反馈在计算机中如图4所示；补偿后检测结果反馈在计算机中如图5所示。

3.2补偿应用与分析根据如图4和图5所示三种定位精度检测结果，定位精度补偿设置为：机床行程3m ；检测程序30段；每段位移行程为100mm ；螺距补偿点为100～130输入检测出的差值进行相应点补偿。

反向间隙补偿：采集机床反向间隙数据，机械间隙不应超出0.03mm ，再进行参数1851进行相应点的间隙补偿。

因此可以看出补偿前后机床的精度的变化，通过ML10检测出机床的线性误差记录分析得到误差值，并对数控系统进行误差补偿，从而使数控机床达到精度要求以保证加工工件的精度，因此无论是数控机床的装配出厂还是定期的检测对数控系统进行误差补偿都是非常重要和非常有意义的。

4总结本文采用激光干涉仪对数控机床的螺距误差补偿进行检测、分析、数值计算和应用，提出数控机床应该定期进行螺距误差补偿和采用激光干涉仪进行检测的方法，运用GB/T 17421.2_2002对校激光所得到的目标位置偏差值进行数据处理和分析，能判断单向和双向的重复定位精度和定位精度，来明确机床精度的验收和检验依据。