一蹦争、 機(jī)床進(jìn)給傳動裝置的結(jié)構(gòu)

　　在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置中,一般由電動機(jī)通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn),由滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動坷檩。

　　1. 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

　　滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的工作原理如圖1所示栖雾。在絲杠1和螺母2上各加工有圓弧形螺旋槽,將它們套裝起來形成螺母旋轉(zhuǎn)副時,在滾道內(nèi)裝滿滾珠3抄腔。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時,絲杠的旋 轉(zhuǎn)面通過滾珠推動螺母軸向移動,同時滾珠沿螺旋轉(zhuǎn)形滾道滾動,使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn) 化為滾珠與絲杠瓢湃、螺母之間的滾動摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管4連接起來,使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端,構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路赫蛇。

　　2. 進(jìn)給傳動誤差

　　由于滾珠絲杠副在加工和安裝過程中存在誤差,因此滾珠絲杠副將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線 運動時存在以下兩種誤差绵患。

　　（1）螺距誤差,即絲杠導(dǎo)程的實際值與理論值的偏差茂萤。例如,PⅡ滾珠絲杠的螺距公差為0.012/300mm图瘾。

　　（2）反向間隙,即絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時,絲 杠和螺母之間的最大竄動泵躲。由于螺母結(jié)構(gòu)本身的游隙以及其受軸向載荷后的彈性變形,滾動絲杠螺 母機(jī)構(gòu)存在軸向間隙赏晃。該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動時表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動α角,而螺母未移動,形成了 反向間隙。為了保證絲杠和螺母之間的靈活運動,必須有一定的反向間隙露俏。但反向間隙過大將嚴(yán)重影響機(jī)床精度施司。因此,數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)所使用的滾珠杠副必須有可靠的軸向間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),具體的調(diào)整在此不再贅述。

　　3.電動機(jī)與絲杠的連接及傳動

　　電動機(jī)與絲杠間常用的連接及傳動方式有以下三種探娇。

　』俨臁（1） 直聯(lián),即用聯(lián)軸器將電動機(jī)軸和絲杠沿軸線連接起來,其傳動比為1∶1。該連接方式傳動時無間隙 防养。

　∩腥尽（2）同步帶傳動,即將同步帶輪固定在電動機(jī)軸和絲杠上,用同步帶傳遞扭矩。該傳動方式的傳動比由同步帶輪齒數(shù)比確定,傳動平穩(wěn),但有傳動間隙按辱。

　《翰瘛（3）齒輪傳動,電機(jī)通過齒輪或齒輪 箱將扭矩傳到絲杠,傳動比可根據(jù)需要確定。該傳動方式傳遞的扭矩大,但有傳動間隙顿肺。同步帶傳動戏溺、齒輪傳動中的間隙是產(chǎn)生數(shù)控機(jī)床反向間隙差值的原因之一。

　　二屠尊、定位精度測量工具和測量方法

　　測量定位精度和重復(fù)定位精度的儀器有激光干涉儀旷祸、線紋尺和步距規(guī)等。其中,步距規(guī)因其在測 量定位精度時操作簡單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用讼昆。無論采用哪種測量儀器,其在全行程上的測量點數(shù)不應(yīng)少于5點,測量間距按下式確定:Pi=iP+k其中,P為測量間距;k在各目標(biāo)位置時取不同的值,以獲得全測量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔,從而保證周期誤差被充分采樣托享。這里采用步距規(guī)進(jìn)行測量。步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖2所示浸赫。圖2步距規(guī)結(jié)構(gòu) 圖尺寸P1,P2,…,Pi按100mm間距設(shè)計,加工后測量出P1,P2,…,P i的實際尺寸作為定位精度檢測時的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測量基準(zhǔn)）闰围。以ZJK7532A銑床X軸定 位精度的測量為例。測量時,如圖3所示將步距規(guī)置于工作臺上,并將步距規(guī)軸與X軸軸線校平行 ,令X軸回零;將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動）,表頭接觸在Po點,表針置零;用程序 （限于篇幅,略）控制工作臺按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖（見圖4）移動,移動距離依次為P1,P2,…,P i,表頭則依次接觸到P1,P2,…,Pi點,表盤在各點的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差。按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖測量5次,將各點讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中,按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.—1999評定方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,由此可確定該軸線 的定位精度和重復(fù)定位精度羡榴。

　　三碧查、軟件補(bǔ)償

　　1. 螺距補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床螺距補(bǔ)償?shù)幕驹硎?在機(jī)床坐標(biāo)系中,在無補(bǔ)償?shù)臈l件下,在軸線測量行程內(nèi)將測量行程分為若干段, 測量出各自目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差, 把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)指令上, 如圖5示。指令要求沿X軸運動到目標(biāo)位置Pi, 目標(biāo)實際位置為Pij, 該點的平均位置偏差為校仑。將該值輸入系統(tǒng), 則CNC系統(tǒng)在計算時自動將目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差疊加到插補(bǔ)指令上,實際運動位置為,使誤差部分抵消, 實現(xiàn)誤差的補(bǔ)償舅尸。數(shù)控系統(tǒng)可進(jìn)行螺距誤差的單向和雙向補(bǔ)償。

　　2. 反向間隙補(bǔ)償反向間隙補(bǔ)償又稱為齒隙補(bǔ)償捻仁。機(jī)械傳動鏈在改變轉(zhuǎn)向時,反向間伺服電動機(jī)空轉(zhuǎn)而工 作臺實際上不運動,稱為失動得鸳。反向間隙補(bǔ)償?shù)脑硎?在無補(bǔ)償?shù)臈l件下,在軸線測量行程內(nèi)將 測量行程等分為若干段,測量出各目標(biāo)位置Pi的平均反向差值,作為機(jī)床的補(bǔ)償參數(shù)輸入系統(tǒng)。

　　 CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)反向運動時,自動先讓該坐標(biāo)軸反向運動,然后按指令進(jìn)行運動衍醒。

　　工作臺正向移動到O點,然后反向移動到Pi點席磕。反向時,電動機(jī)（絲杠）先反向移動,后移 動到Pi點铣滥。在該過程中,CNC系統(tǒng)實際指令運動值為父驮。反向間隙補(bǔ)償在坐標(biāo)軸處于任何方式時均有效。

　　3. 誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的三種控制方法可知,誤差補(bǔ)償對半 閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的效果,可明顯提高數(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位于精度肃萍。對于全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng),由于其控制精度高,采用誤差補(bǔ)償?shù)男Ч伙@著,但也可進(jìn)行誤差補(bǔ)償涎瓜。

　　四、單向螺距補(bǔ)償舉例

　　1.實際測量測量對象為ZJK7532A 數(shù)控鉆銑床的X軸,測量方法為“步距規(guī)測量法”,假定某步距規(guī)實際尺寸如表1所示股航。

　　2. 單向螺距補(bǔ)償

　〈缺觥（1）在首次測量前,開機(jī)進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)（華中數(shù)控HNC-2000或HNC-21 ）依次按“參數(shù)F3”鍵、“輸入權(quán)限F3”鍵進(jìn)入下一級子菜單,按“數(shù)控廠家參數(shù)F1”鍵, 輸入數(shù)控廠家權(quán)限口令（初始口令為“NC”）,回車;再按“參數(shù)索引F1”鍵翠节、“軸補(bǔ)償參數(shù) F4”鍵;移動光標(biāo)選擇“O軸”后,回車即進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)界面,如圖7所示酗宋。將系統(tǒng)的 反向間隙、螺距補(bǔ)償參數(shù)全部設(shè)置為零后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對話框“是否保存修改參數(shù)?” ,按Y鍵后保存修改后的參數(shù)疆拘。按F10鍵回到主界面,再按Alt+X鍵,退出系統(tǒng),進(jìn)入DO S狀態(tài);按N鍵后回車進(jìn)入系統(tǒng)蜕猫。

　　（2）編制步距規(guī)的測量程序,實現(xiàn)圖4所示測量循環(huán)哎迄。程序名 為“OJX”回右。將步距規(guī)實際尺寸P1,P2,…Pi填入測量程序的變量中。

　∈俊（3）將步距規(guī)置 于工作臺中間位置,注意步距規(guī)的方向（Po點朝向X軸負(fù)向,將步規(guī)用壓板輕輕地固定在工作臺 上,并用百分表將距規(guī)軸X軸導(dǎo)向校平行,平行度允差為0.02mm）翔烁。

　　（4）使工作臺沿X軸 向回零,Y軸置于其行程中間位置;將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動）,使其表頭接觸Po 點,表針置零旨涝。

　〉乓佟（5）將波段開關(guān)置于“單段”,進(jìn)給修置于“100%”,選擇檢測程序“OJ X”,重復(fù)按“循環(huán)啟動”鍵。當(dāng)程序執(zhí)行到“N05”行時,將表針再次置零,再將波段開關(guān)置于“自動”后,按“循環(huán)啟動”鍵開始測量（測量完成前不要調(diào)整杠桿千分表表針）白华。

　×ㄖ巍（6）在測 量程序運行過程中,當(dāng)工作臺運動到目標(biāo)位置時,表頭接觸到步距規(guī)的測量面,測量程序要設(shè)置有 暫停3s子程序段（G04X3）,此時記下表針讀數(shù),填入表2中。例如,在第一次測量時,工 作臺負(fù)向運動到P1點,表針讀數(shù)為“6”時,讀數(shù)“6”記錄在“P1,↑,X1”位置,如表 2所示。

　∩ǚ（7）測量5個循環(huán),并將讀數(shù)記錄到“表2中酿萄。測量完成后停止運行,將表頭移開。

　　3 .數(shù)據(jù)處理

　　按如前所述“定位精度和重復(fù)定位精度的確定（GB/T17421.2—1999國 家標(biāo)準(zhǔn)評定方法”對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,先計算出“平均位置偏差”勘浇、“反向差值Bi”和“平均反向差值”争峭。

　　4.誤差補(bǔ)償

　　按如前所述操作步驟進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表,如圖7所示。表1 步距規(guī)尺寸表位置PO P1 P2 P3 P4 P5實際尺寸/mm0100.10200.20300.10400.20500.05 表2 測試記錄表

　∨尽（1）反向間隙補(bǔ)償將表2中計算所得的軸線平均反向差值寫入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表的“ 反向間隙（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）”后的數(shù)據(jù)欄

　♀啥骸（2）單向螺距補(bǔ)償將“螺距補(bǔ)償類型”、“補(bǔ)償點數(shù)” ,“參數(shù)點偏差號”柏困、“補(bǔ)償間隔”分別設(shè)為“1”衩羹、“6”、“5”和“100000”,將“ 記錄表”中“平均位置偏差”的值填入“X軸補(bǔ)償參數(shù)表”的“偏差值〔〕”內(nèi),即將值“1”填 入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

　　〔5〕”,將值“3”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

　　〔4〕”,將值“5”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）

　　〔3〕”,圖7系統(tǒng)軸補(bǔ) 償參數(shù)界面及單向螺距補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)設(shè)置部脈沖當(dāng)量）〔0〕”清玉。補(bǔ)償后的參數(shù)如圖7所示弧劳。補(bǔ)償參數(shù)輸入完成后,按Esc鍵,界面出現(xiàn)對話框“是否保存修改參數(shù)?”,按F10鍵回到 主界面,再按Alt+X鍵,退出系統(tǒng),進(jìn)入DOS狀態(tài)。按N鍵回車進(jìn)入系統(tǒng),補(bǔ)償后的參數(shù)數(shù) 值即開始生效惜施。

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