數(shù)控機床精度補償你知道多少？
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發(fā)表時間：2020-08-01 16:08:18
機床具有的系統(tǒng)性的機械相關(guān)偏差，可以被系統(tǒng)記錄，但由于存在溫度或機械負載等環(huán)境因素，在后續(xù)使用過程中，偏差仍然可能出現(xiàn)或增加。在這些情況下，SINUMERIK可以提供不同的補償功能。使用實際位置編碼器（如光柵）或額外的傳感器（如激光干涉儀等）獲得的測量值來補償偏差，從而獲得更佳的加工效果。本期給大家介紹一下SINUMERIK常見的補償功能，“CYCLE996
運動測量”等實用的SINUMERIK測量循環(huán)可在機床的持續(xù)監(jiān)控與維護過程中為最終用戶提供全面支持。
反向間隙補償
在機床移動部件和其驅(qū)動部件，如滾珠絲杠，之間進行力的傳遞時會產(chǎn)生間斷或者延遲，因為完全沒有間隙的機械結(jié)構(gòu)會顯著增加機床的磨損，而且從工藝上講也是難以實現(xiàn)的。機械間隙導致軸/主軸的運動路徑與間接測量系統(tǒng)的測量值之間存在偏差。這意味著一旦方向改變，軸將移動得過遠或過近，這取決于間隙的大小。工作臺及其相關(guān)編碼器也會受到影響：如果編碼器位置領(lǐng)先工作臺，它提前到達指令位置這意味著機床實際移動的距離縮短了。在機床運行，通過在相應軸上使用反向間隙補償功能，在換向時，以前記錄的偏差將自動激活，將以前記錄的偏差疊加到實際位置值上。
絲杠螺距誤差補償
CNC控制系統(tǒng)中間接測量的測量原理基于這樣一個假設(shè)：即滾珠絲杠的螺距在有效行程內(nèi)保持不變，因此在理論上，可以根據(jù)驅(qū)動電機的運動信息位置推導出直線軸的實際位置。但是，滾珠絲杠的制造誤差會導致測量系統(tǒng)產(chǎn)生偏差（又稱絲杠螺距誤差）。測量偏差（取決于所用測量系統(tǒng)）與測量系統(tǒng)在機床上的安裝誤差（又稱為測量系統(tǒng)誤差）可能進一步加劇此問題。為了補償這兩種誤差，使可使用一套獨立的測量系統(tǒng)（激光測量）測量CNC機床的自然誤差曲線，然后，將所需補償值保存在CNC系統(tǒng)中進行補償。
摩擦補償（象限誤差補償）和動態(tài)摩擦補償
象限誤差補償（又稱為摩擦補償）適合上述所有情況，以便在加工圓形輪廓時大幅提高輪廓精度。原因如下：在象限轉(zhuǎn)換中，一個軸以最高進給速度移動，另一軸則靜止不動。因此，兩軸的不同摩擦行為可能導致輪廓誤差。象限誤差補償可有效地減小此誤差并確保出色的加工效果。補償脈沖的密度可以根據(jù)與加速度相關(guān)的特征曲線設(shè)置，而該特征曲線可通過圓度測試來確定和參數(shù)化。在圓度測試中，圓形輪廓的實際位置和編程半徑的偏差（尤其在換向時）被量化的記錄下來，并通過圖形化顯示在人機界面上。
在新版本的系統(tǒng)軟件上，集成的動態(tài)摩擦補償功能能夠根據(jù)機床不同轉(zhuǎn)速下的摩擦行為進行動態(tài)補償，減小實際加工輪廓誤差，實現(xiàn)更高的控制精度。
垂度和角度誤差補償
如果各機床單個部件的重量會導致活動部件位移和傾斜，則需要進行垂度補償，因為它會導致相關(guān)機床部分（包括導向系統(tǒng)）下垂。角度誤差補償則用于當移動軸沒有以正確的角度互相對齊時（例如，垂直）。隨著零點位置的偏移不斷增加，位置誤差也增加。這兩種誤差均由機床的自重，或者刀具和工件重量所導致。在調(diào)試時測得的補償值被定量后按照相應的位置以某種形式，如補償表，存儲在SINUMERIK中。在機床運行時，相關(guān)軸的位置根據(jù)存儲點的補償值進行插補。對于每次連續(xù)路徑移動，均存在基本軸與補償軸。
溫度補償
熱量可能導致機床各部分膨脹。膨脹范圍取決于各機床部分的溫度、導熱率等。不同溫度可能導致各軸的實際位置發(fā)生變化，這會對加工中的工件精度產(chǎn)生負面影響。這些實際值變化可以通過溫度補償?shù)窒８鬏S在不同溫度的誤差曲線均可定義。為了始終正確補償熱脹，必須通過功能塊不斷從PLC向CNC控制系統(tǒng)重新傳遞溫度補償值、參考位置和線性梯度角參數(shù)。意外參數(shù)的變化會由控制系統(tǒng)自動消除，從而避免機床過載并激活監(jiān)控功能。
空間誤差補償系統(tǒng)（VCS）
回轉(zhuǎn)軸的位置、它們的相互補償以及刀具定向誤差，可能導致轉(zhuǎn)頭和回轉(zhuǎn)頭等部件出現(xiàn)系統(tǒng)性幾何誤差。此外，每個機床中進給軸的導向系統(tǒng)將出現(xiàn)小誤差。對于線性軸，這些誤差為線性位置誤差；水平和垂直直線度誤差；對于旋轉(zhuǎn)軸，會產(chǎn)生俯仰角、偏航角和翻滾角誤差。將機床組件相互對齊時，可能出現(xiàn)其他誤差。例如，垂直誤差。在三軸機床中，這意味著在刀尖上可能會產(chǎn)生21項個幾何誤差：每個線性軸六個誤差類型乘以三個軸，再加三個角度誤差。這些偏差共同作用形成總誤差，又稱為空間誤差。
空間誤差描述了實際機床的刀具中點（TCP）位置與理想無誤差機床的刀具中點位置的偏差。SINUMERIK解決方案合作伙伴能夠借助激光測量設(shè)備確定空間誤差。僅測量單個位置的誤差是遠遠不夠的，必須測量整個加工空間內(nèi)的所有機床誤差。通常需要記錄所有位置的測量值并繪成曲線，因為各誤差大小取決于相關(guān)進給軸的位置與測量位置。例如，當y軸與z軸處于不同位置時，導致x軸產(chǎn)生的偏差會不同——即使在x軸的幾乎同一位置也會出現(xiàn)誤差。借助“CYCLE996 –運動測量”，只需幾分鐘即可確定回轉(zhuǎn)軸誤差。這意味著，可以不斷檢查機床的準確性，如果需要，即使在生產(chǎn)中，也可以校正準確性。
偏差補償（動態(tài)前饋控制）
偏差指在機床軸運動時位置控制器與標準的偏差。軸偏差為機床軸的目標位置與其實際位置的差值。偏差導致與速度相關(guān)的不必要輪廓誤差，尤其在輪廓曲率變化時，如圓形、方形輪廓等。憑借零件程序中的NC高級語言命令FFWON，在沿路徑移動時，可以將與速度相關(guān)的偏差減為零。通過前饋控制提高路徑精度，從而獲得更好的加工效果。
FFWON: 啟動前饋控制的命令
FFWOF: 關(guān)閉前饋控制的命令
電子配重補償
在極端情況下，為了防止軸下垂而對機床、刀具或工件造成損壞，可以激活電子配重功能。在沒有機械或液壓配重的負載軸中，一旦松開制動器，垂直軸會意外下垂。在激活電子配重后，可以補償意外的軸下垂。在松開制動器后，靠恒定的平衡扭矩來保持下垂軸的位置。
反向間隙補償
在機床移動部件和其驅(qū)動部件，如滾珠絲杠，之間進行力的傳遞時會產(chǎn)生間斷或者延遲，因為完全沒有間隙的機械結(jié)構(gòu)會顯著增加機床的磨損，而且從工藝上講也是難以實現(xiàn)的。機械間隙導致軸/主軸的運動路徑與間接測量系統(tǒng)的測量值之間存在偏差。這意味著一旦方向改變，軸將移動得過遠或過近，這取決于間隙的大小。工作臺及其相關(guān)編碼器也會受到影響：如果編碼器位置領(lǐng)先工作臺，它提前到達指令位置這意味著機床實際移動的距離縮短了。在機床運行，通過在相應軸上使用反向間隙補償功能，在換向時，以前記錄的偏差將自動激活，將以前記錄的偏差疊加到實際位置值上。
絲杠螺距誤差補償
CNC控制系統(tǒng)中間接測量的測量原理基于這樣一個假設(shè)：即滾珠絲杠的螺距在有效行程內(nèi)保持不變，因此在理論上，可以根據(jù)驅(qū)動電機的運動信息位置推導出直線軸的實際位置。但是，滾珠絲杠的制造誤差會導致測量系統(tǒng)產(chǎn)生偏差（又稱絲杠螺距誤差）。測量偏差（取決于所用測量系統(tǒng)）與測量系統(tǒng)在機床上的安裝誤差（又稱為測量系統(tǒng)誤差）可能進一步加劇此問題。為了補償這兩種誤差，使可使用一套獨立的測量系統(tǒng)（激光測量）測量CNC機床的自然誤差曲線，然后，將所需補償值保存在CNC系統(tǒng)中進行補償。
摩擦補償（象限誤差補償）和動態(tài)摩擦補償
象限誤差補償（又稱為摩擦補償）適合上述所有情況，以便在加工圓形輪廓時大幅提高輪廓精度。原因如下：在象限轉(zhuǎn)換中，一個軸以最高進給速度移動，另一軸則靜止不動。因此，兩軸的不同摩擦行為可能導致輪廓誤差。象限誤差補償可有效地減小此誤差并確保出色的加工效果。補償脈沖的密度可以根據(jù)與加速度相關(guān)的特征曲線設(shè)置，而該特征曲線可通過圓度測試來確定和參數(shù)化。在圓度測試中，圓形輪廓的實際位置和編程半徑的偏差（尤其在換向時）被量化的記錄下來，并通過圖形化顯示在人機界面上。
在新版本的系統(tǒng)軟件上，集成的動態(tài)摩擦補償功能能夠根據(jù)機床不同轉(zhuǎn)速下的摩擦行為進行動態(tài)補償，減小實際加工輪廓誤差，實現(xiàn)更高的控制精度。
垂度和角度誤差補償
如果各機床單個部件的重量會導致活動部件位移和傾斜，則需要進行垂度補償，因為它會導致相關(guān)機床部分（包括導向系統(tǒng)）下垂。角度誤差補償則用于當移動軸沒有以正確的角度互相對齊時（例如，垂直）。隨著零點位置的偏移不斷增加，位置誤差也增加。這兩種誤差均由機床的自重，或者刀具和工件重量所導致。在調(diào)試時測得的補償值被定量后按照相應的位置以某種形式，如補償表，存儲在SINUMERIK中。在機床運行時，相關(guān)軸的位置根據(jù)存儲點的補償值進行插補。對于每次連續(xù)路徑移動，均存在基本軸與補償軸。
溫度補償
熱量可能導致機床各部分膨脹。膨脹范圍取決于各機床部分的溫度、導熱率等。不同溫度可能導致各軸的實際位置發(fā)生變化，這會對加工中的工件精度產(chǎn)生負面影響。這些實際值變化可以通過溫度補償?shù)窒８鬏S在不同溫度的誤差曲線均可定義。為了始終正確補償熱脹，必須通過功能塊不斷從PLC向CNC控制系統(tǒng)重新傳遞溫度補償值、參考位置和線性梯度角參數(shù)。意外參數(shù)的變化會由控制系統(tǒng)自動消除，從而避免機床過載并激活監(jiān)控功能。
空間誤差補償系統(tǒng)（VCS）
回轉(zhuǎn)軸的位置、它們的相互補償以及刀具定向誤差，可能導致轉(zhuǎn)頭和回轉(zhuǎn)頭等部件出現(xiàn)系統(tǒng)性幾何誤差。此外，每個機床中進給軸的導向系統(tǒng)將出現(xiàn)小誤差。對于線性軸，這些誤差為線性位置誤差；水平和垂直直線度誤差；對于旋轉(zhuǎn)軸，會產(chǎn)生俯仰角、偏航角和翻滾角誤差。將機床組件相互對齊時，可能出現(xiàn)其他誤差。例如，垂直誤差。在三軸機床中，這意味著在刀尖上可能會產(chǎn)生21項個幾何誤差：每個線性軸六個誤差類型乘以三個軸，再加三個角度誤差。這些偏差共同作用形成總誤差，又稱為空間誤差。
空間誤差描述了實際機床的刀具中點（TCP）位置與理想無誤差機床的刀具中點位置的偏差。SINUMERIK解決方案合作伙伴能夠借助激光測量設(shè)備確定空間誤差。僅測量單個位置的誤差是遠遠不夠的，必須測量整個加工空間內(nèi)的所有機床誤差。通常需要記錄所有位置的測量值并繪成曲線，因為各誤差大小取決于相關(guān)進給軸的位置與測量位置。例如，當y軸與z軸處于不同位置時，導致x軸產(chǎn)生的偏差會不同——即使在x軸的幾乎同一位置也會出現(xiàn)誤差。借助“CYCLE996 –運動測量”，只需幾分鐘即可確定回轉(zhuǎn)軸誤差。這意味著，可以不斷檢查機床的準確性，如果需要，即使在生產(chǎn)中，也可以校正準確性。
偏差補償（動態(tài)前饋控制）
偏差指在機床軸運動時位置控制器與標準的偏差。軸偏差為機床軸的目標位置與其實際位置的差值。偏差導致與速度相關(guān)的不必要輪廓誤差，尤其在輪廓曲率變化時，如圓形、方形輪廓等。憑借零件程序中的NC高級語言命令FFWON，在沿路徑移動時，可以將與速度相關(guān)的偏差減為零。通過前饋控制提高路徑精度，從而獲得更好的加工效果。
FFWON: 啟動前饋控制的命令
FFWOF: 關(guān)閉前饋控制的命令
電子配重補償
在極端情況下，為了防止軸下垂而對機床、刀具或工件造成損壞，可以激活電子配重功能。在沒有機械或液壓配重的負載軸中，一旦松開制動器，垂直軸會意外下垂。在激活電子配重后，可以補償意外的軸下垂。在松開制動器后，靠恒定的平衡扭矩來保持下垂軸的位置。
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