0 引言目前 ,国内外越来越多的数控机床都采用闭环控制的数控系统。对于采用全闭环控制的数控系统<1> ,工作台移动的位置信息直接由光栅比较仪反馈得到 ,丝杠的螺距误差对其没有影响 ;但对于采用半闭环控制的数控系统<2 > (见图 1 ) ,工作台移动的位置信息则通过马达的光电编码器反馈得到 ,没有考虑与电机相连接的丝杠螺距误差 ,从而使得机床得不到更高的精度。为了进一步提高机床加工精度 ,就必须在加工过程中对丝杠的螺距误差加以补偿<3～ 5> 。1 螺距误差补偿方法1 .1 螺距误差补偿点数的确定单从提高机床的加工精度看 ,螺距误差补偿的点数越多 ,补偿精度就越高 ,但是通过软件实施补偿时 ,补偿点数愈多 ,占用的内存也就越大。由于计算机的内存有限 ,因此 ,不能无限制地增加补偿点数。通常 ,用户可根据移动轴的行程以及补偿间隔来确定补偿点数。本文中 ,采用等间距补偿 ,轴的行程为补偿间隔的整数倍 ,补偿点数可以选择。1 .2 螺距误差正向补偿量与反向间隙补偿量的确定( 1 )正向补偿量的确定机床上电后 ,首先执行“回参考点”操作 (数控机床都有此功能 ) ,机床正确回到参考点后 ,反复 5次移动工作台到坐标零点 ,然后将坐标零点的补偿量设为零值 ,并以该位置为测量基准。接着 ,输入移动指令 ,控制机床移动一个补偿间隔 ,移动到位后 ,测量实际移动量 ;最后 ,计算实际移动量与指令值的差值 ,将此差值填入与该位置相对应的补偿表中。重复此过程 ,直至工作台移动到补偿轴的最大行程位置。(2 )反向间隙补偿量的确定同正向补偿量的确定方法相同 ,在机床正确回到参考点后 ,反复 5次移动工作台到最大行程位置 ,并将该位置设为反向间隙补偿的测量基准 ,然后 ,输入移动指令 ,控制机床反向移动一个补偿间隔 ,移动到位后 ,测量实际移动量 ,将实际移动量与指令值的差值填入所对应的补偿表中 ,重复此过程 ,直至工作台移动到补偿轴的坐标零点。1 .3 螺距误差补偿本文中的螺距误差补偿量及反向间隙补偿量都以表格形式体现 ,在实际应用中 ,采用查表法来进行螺距误差补偿 ,这种补偿方法快捷、迅速。具体实现方法如下 :设指令输出位置为Ｘ指令(以Ｘ轴为例 ) ,实际输出位置为Ｘ实际 ,当前位置补偿号为Ｉ,补偿表为Ｔａｂｌｅ,Ｏｆｆｓｅｔ为补偿间隔 ,ＰｏｓｉｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ为正向补偿量 ,ＮｅｇａｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ为反向补偿量 ,则Ｉ=<(Ｘ指令 Ｏｆｆｓｅｔ) >取整Ｘ实际 =Ｘ指令 +Ｔａｂｌｅ<Ｉ>.ＰｏｓｉｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ或Ｘ实际 =Ｘ指令 +Ｔａｂｌｅ<Ｉ>.ＮｅｇａｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ1 .4 数控系统的坐标显示对于闭环控制系统 ,坐标显示位置为从光电码盘反馈的位置 ,但是如果进行了螺距误差补偿 ,那么从光电码盘反馈得到的位置与指令位置就有一个很大的差别。比如 ,要使Ｘ轴移动到机床坐标为 60ｍｍ的位置 ,考虑到螺距误差补偿 ,假设补偿量为 0 .1ｍｍ ,那么控制系统实际输出时应为 60 .1ｍｍ ,从码盘反馈得到的位置也应该为 60 .1ｍｍ ,但是Ｘ轴真正移动到的位置为 60ｍｍ处 ,所以在坐标显示时 ,应该做以下修正 :Ｘ显示 =Ｘ反馈 +Ｔａｂｌｅ<Ｉ>.ＰｏｓｉｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ或Ｘ显示 =Ｘ反馈 +Ｔａｂｌｅ<Ｉ>.ＮｅｇａｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ2 螺距误差补偿数据结构的建立对于数控机床而言 ,由于每个轴的长度不同 ,补偿点数也就应该随着改变 ,虽然补偿点数设置越多 ,补偿精度就越高 ,但计算机内存又决定不可能无限制的设置补偿点数 ,为此定义下列数据结构 ,使得螺距误差补偿数据占用尽可能少的内存。2 .1移动轴参数结构体ｓｔｒｕｃｔＡｘｉｓＰａｒａｍｅｔｅｒ{ ......; ｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｎｕｍｓ; ｉｎｔＲｅｆｎｕｍ ; ｌｏｎｇＯｆｆｓｅｔ; };该结构体定义移动轴的所有参数 ,其中与螺距误差补偿有关的参数由以下几项组成 :ｎｕｍｓ :表示补偿点数 ,定义为无符号整型数 ,最大不能超过 65 5 35个点。Ｒｅｆｎｕｍ :表示参考点位置在补偿参数表中对应的偏差号 ,定义为整型数 ,范围为 - 32 76832 767。通常 ,机床参考点的位置与机床零点不一致 ,补偿点的排列顺序又从负到正方向排列 ,并且由 0开始编号 ,所以有必要定义该参数。Ｏｆｆｓｅｔ :补偿间隔 ,指两个相邻补偿点之间的距离。本文采用等间距补偿 ,实际上 ,等间距补偿的补偿间隔可以由移动轴的行程和补偿点数得到 ,考虑到计算简便、快速 ,定义了此参数。2 .2补偿参数表结构体ｓｔｒｕｃｔＰｉｔｃｈＣｏｍｏｐｅｎｓａｔｅｕｎｓｉｇｎｅｄｉｎｔｎ ｕｍｂｅｒ; ｉｎｔＰｏｓｉｔｖｅＯｆｆｓｅｔ; ｉｎｔＮｅｇａｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ; }该结构体定义螺距补偿参数。本文采用双向螺距补偿方式 ,正向补偿螺距误差 ,负向补偿反向间隙 ,结构体中的参数意义为 :ｎｕｍｂｅｒ :补偿位置偏差号 ,定义为无符号整型数 ,范围为 0 65 5 35 ,用于确定补偿位置对应的编号。ＰｏｓｉｔｉｖｅＯｆｆｓｅｔ :正向补偿量。考虑到螺距误差补偿量不可能超过 32ｍｍ ,所以定义为整型数 ,补偿量设置范围为 - 32 32ｍｍ之间 ,分辨率为 1 μｍ。ＮｅｇａｔｉｖＯｆｆｓｅｔ :反向间隙补偿量。与正向补偿量道理相同 ,补偿量设置范围为 - 32 32ｍｍ之间 ,分辨率为 1 μｍ。对于该结构体 ,读入内存的只有正、反向补偿量 ,这样 ,一个补偿点只占用四个字节 ,1Ｋ字节就可包括2 5 6个补偿点数据。3 结束语误差补偿技术解决了高精度与低成本之间的矛盾 ,本文所提出的数控机床闭环控制系统的螺距误差补偿方法 ,全部用软件技术实现 ,该方法已应用到洛阳工学院的数控铣床 (云力机械有限公司ＹＬ1 632Ｋ3)中 ,将加工精度由补偿前的± 0 .0 3ｍｍ提高到± 0 .0 0 5ｍｍ。数控机床闭环控制系统的螺距误差补偿@李富生$许继集团有限公司!河南许昌461000
@刘陆群$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003
@吕战争$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003
@张洛平$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003
数控机床;;
误差补偿;;闭环控制介绍了数控机床闭环控制系统的一种螺距误差补偿方法 ,该方法采用等间距、可变点数进行补偿 ,补偿方法简便、快速、实用 ,有效地提高了机床的加工精度<1> 毕承恩.现代数控机床
.北京:机械工业出版社,1993.
<2> 席光辉.经济型数控机床的半闭环控制及误差补偿.机床与液压,2000,(3).
<3> 倪 军.数控机床误差补偿研究的回顾与展望.中国机械工程,1997,8(1):29-32.
<4> 刘又午.数控机床误差补偿技术研究.中国机械工程,1998,9(12):48-52.
<5> SchrilekensP .DesignforPrecision:CurrentStatusandTrends.AnnalsoftheCIRP ,1998,47(2):557-586.河南省重大科技攻关项目 (0 12 2 0 2 0 60 0 )。ＮｅｇａｔｉｖＯｆｆｓｅｔ :反向间隙补偿量。与正向补偿量道理相同 ,补偿量设置范围为 - 32 32ｍｍ之间 ,分辨率为 1 μｍ。对于该结构体 ,读入内存的只有正、反向补偿量 ,这样 ,一个补偿点只占用四个字节 ,1Ｋ字节就可包括2 5 6个补偿点数据。3 结束语误差补偿技术解决了高精度与低成本之间的矛盾 ,本文所提出的数控机床闭环控制系统的螺距误差补偿方法 ,全部用软件技术实现 ,该方法已应用到洛阳工学院的数控铣床 (云力机械有限公司ＹＬ1 632Ｋ3)中 ,将加工精度由补偿前的± 0 .0 3ｍｍ提高到± 0 .0 0 5ｍｍ。数控机床闭环控制系统的螺距误差补偿@李富生$许继集团有限公司!河南许昌461000
@刘陆群$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003
@吕战争$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003
@张洛平$洛阳工学院机电工程系!河南洛阳471003数控机床;;误差补偿;;闭环控制介绍了数控机床闭环控制系统的一种螺距误差补偿方法 ,该方法采用等间距、可变点数进行补偿 ,补偿方法简便、快速、实用 ,有效地提高了机床的加工精度<1> 毕承恩.现代数控机床.北京:机械工业出版社,1993.
<2> 席光辉.经济型数控机床的半闭环控制及误差补偿.机床与液压,2000,(3).
<3> 倪 军.数控机床误差补偿研究的回顾与展望.中国机械工程,1997,8(1):29-32.
<4> 刘又午.数控机床误差补偿技术研究.中国机械工程,1998,9(12):48-52.
<5> SchrilekensP .DesignforPrecision:CurrentStatusandTrends.AnnalsoftheCIRP ,1998,47(2):557-586.河南省重大科技攻关项目 (0 12 2 0 2 0 60 0 )