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一、螺距誤差自動補償?shù)南到y(tǒng)
配置雷尼紹公司針對多種數(shù)控系統(tǒng)為用戶開發(fā)了一系列可供選擇的誤差自動補償軟件，包括:
1) FANUC0M，0T系列
2) FANUC10，11，12，15，16，18，20，21 系列
3) SIEMENS 800系列，
4) MAZA K M2Plus，M2，M32
5) NUM 750，760，1060
6) CINCINNA TI A850，A850SX，A950
7) Acromatic 2100
用戶可根據(jù)自己的需要進行自由選擇。由于軟件使用界面均為中文，而且針對不同數(shù)控系統(tǒng)所采用的操作步驟完全一樣，因而方便了對該軟件的了解和掌握。目前采用的數(shù)控系統(tǒng)中， 較多的是FANUC 0和SIEMENS 800 系列。
圖1 測量結(jié)構(gòu)示意圖
二、實現(xiàn)數(shù)控機床自動螺距誤差補償具體步驟
1、準(zhǔn)備
給被補償機床產(chǎn)品命名。
圖2 誤差補償步驟1
2、選擇控制器
選擇與機床數(shù)控系統(tǒng)型號對應(yīng)的軟件
圖3 誤差補償步驟2
3、選擇傳遞方法及設(shè)定
選擇相應(yīng)的RS232 通訊電纜聯(lián)接。
圖4 誤差補償步驟3
為了對數(shù)控機床的主軸實現(xiàn)自動螺距誤差補償，自動補償軟件需要設(shè)定通訊參數(shù)，計算機與數(shù)控系統(tǒng)之間通過相同的RS232 通訊電纜相聯(lián)接，要求其所用的參數(shù)相匹配。
1) 波特率 指計算機與數(shù)控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的速度。
2) 數(shù)據(jù)位 指計算機與數(shù)控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的形式。數(shù)據(jù)位可以設(shè)為7 或8 位，若用8 個數(shù)據(jù)位傳送時間會長一點。
3) 奇偶校驗位 指計算機與數(shù)控系統(tǒng)檢查接收數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯誤的方式。當(dāng)設(shè)定“奇”或“偶”時，表示校驗方式開啟，當(dāng)設(shè)定“無”時表示校驗方式關(guān)閉。
4) 停止位 指計算機與數(shù)控系統(tǒng)在每傳送7或8個數(shù)據(jù)位后要加停止位(1位、1.5位和2位) ，為了能夠達到同步通訊，在傳送中若發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)錯誤，可以增加停止位來克服該問題。
5) 硬件握手 指計算機與數(shù)控系統(tǒng)之間的接收者告訴傳送者暫停傳送方式。為了保證接收端不丟失所傳送的任何數(shù)據(jù)，握手是先在通訊電纜的某一特定信號線上改變其電壓值來進行的，這些信號通常為RTS和CTS，但也可能為DSR和DTR。
4、試行檢查及接收數(shù)據(jù)
首先計算機從數(shù)控系統(tǒng)中接收某一參數(shù)，檢查計算機接收是否正常，然后再從數(shù)控系統(tǒng)中獲取機床原參數(shù)。
圖5 誤差補償步驟4
5、確認補償數(shù)據(jù)細
節(jié)接收到的參數(shù)被自動補償軟件看成為“老機床參數(shù)”，它們反映出機床數(shù)控系統(tǒng)在補償前是如何配置的，獲取的機床參數(shù)存入計算機硬盤上，其文件類型為OMP，對同1型號產(chǎn)品僅需獲取1次，不必每次都獲取機床。
圖6 誤差補償步驟5
圖7 誤差補償步驟6
6、選擇被測量軸及鍵入細節(jié)
定義目標(biāo)位置是為了自動采集軟件能夠沿著被測量軸采集到離散的定位誤差。而這些目標(biāo)位置與后來自動補償軟件計算出的補償值所在位置并無直接聯(lián)系。因為每一個誤差補償值是根據(jù)在該點2邊目標(biāo)值的誤差進行插補而計算得到的。因此定義目標(biāo)位置不必與誤差補償點設(shè)為相同，同時目標(biāo)點數(shù)也不必與后來計算的補償點數(shù)相同。特別是被補償軸的先決條件必須在保證重復(fù)定位精度達到標(biāo)準(zhǔn)要求前提下進行的。
7、將被測量軸誤差補償參數(shù)清零
在進行補償前，必須先將數(shù)控系統(tǒng)中被補償軸的反向間隙和螺距誤差補償參數(shù)單元清零，避免在測量各目標(biāo)點位置誤差值時，原補償值仍起作用。
1) 逐點把反向間隙和螺距誤差補償參數(shù)單元清零。
2) 將補償軸的補償功能失效。
3) 將補償比例因子設(shè)定為零。
上述工作完成后關(guān)機，重返參考點，確保絕對坐標(biāo)與機器坐標(biāo)相同。
8、調(diào)整激光和光學(xué)鏡
首先確定被補償軸，并調(diào)整激光器和光學(xué)鏡達到測量狀態(tài)。
9、 產(chǎn)生目標(biāo)點
為測量數(shù)控機床定位誤差，必須制定被測量軸一系列目標(biāo)位置，并讓機床運動部件依次在各目標(biāo)位置準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)。
目標(biāo)位置包括:
圖8 誤差補償步驟9
1) 沿被測量軸的首位目標(biāo)位置。
2) 沿被測量軸的最末目標(biāo)位置。
3) 相鄰目標(biāo)位置之間距離。
4) 所需目標(biāo)點數(shù)。
當(dāng)被測量軸的首尾目標(biāo)點不能與機床行程軟、硬操作的限位設(shè)置在一起，應(yīng)要考慮≥0. 1mm的越程值;一般數(shù)控系統(tǒng)要求誤差補償值根據(jù)參考點來計算。因此參考點必須位于補償長度首尾之間。但在被測量軸目標(biāo)分布時其中的某一目標(biāo)點并不一定要求在參考點上。
圖8 誤差補償步驟9
1) 沿被測量軸的首位目標(biāo)位置。
2) 沿被測量軸的最末目標(biāo)位置。
3) 相鄰目標(biāo)位置之間距離。
4) 所需目標(biāo)點數(shù)。
當(dāng)被測量軸的首尾目標(biāo)點不能與機床行程軟、硬操作的限位設(shè)置在一起，應(yīng)要考慮≥0. 1mm的越程值;一般數(shù)控系統(tǒng)要求誤差補償值根據(jù)參考點來計算。因此參考點必須位于補償長度首尾之間。但在被測量軸目標(biāo)分布時其中的某一目標(biāo)點并不一定要求在參考點上。
圖9 目標(biāo)分布
10、自動制作零件程序
1) 程序號或程序名 用以識別存入數(shù)控系統(tǒng)中的軟件。
2) 軸名 是指被測量軸。
3) 運行次數(shù) 采用≥1 次。運行次數(shù)越多，其補償效果就越精確。多數(shù)系統(tǒng)補償是取正反方向上各目標(biāo)點的平均誤差值來計算補償值。
圖10 誤差補償步驟10
4) 循環(huán)方向 采用雙向。雙向是指機床運動部件以正反兩個方向分別運動到每一個目標(biāo)位置，同時也考慮到了補償反向間隙誤差。
5) 暫停周期 采用≥2s。暫停周期是指機床運動部件在某目標(biāo)位置到有下一目標(biāo)位置前的暫停時間，注意最小停止周期不能大于機床暫停時間，否則誤差數(shù)據(jù)永遠也采集不到。一般最小停止周期設(shè)為機床暫停周期的一半。
6) 越程值采用≥0.1mm。越程是指在測量長度的首尾目標(biāo)位置兩端調(diào)頭換向的區(qū)域，主要是考慮機床運動部件在換向時消除任何反向誤差。
7) 進給量 根據(jù)機床產(chǎn)品而定。進給量是指機床運動部件在某目標(biāo)位置到向下一個目標(biāo)位置的進給速率。
8) 數(shù)據(jù)采集方式 采用線性方式。另有擺動法或等階梯方式可選。
將上述設(shè)定編輯完成后，機床運動程序自動存入計算機硬盤，其文件類型為RPP ，不同的機床產(chǎn)品型號只需編輯一次并保存起來，需要時調(diào)出來即可。如果產(chǎn)生新的機床運動程序，只需覆蓋該RPP文件即可。
計算機自動產(chǎn)生機床運動程序如下:
00023
( ERROR COMPENSATION RENISHAW)
N0030 G01 G94
N0040 G90 F1000
# 1 = 0
# 2 = 5N0070 (LOOP START)
G04 X1.
G01 Z000. 000
G04 X5.
G04 X5.
G01 Z050. 000..
G01 Z000. 000
G04 X5.
# 1 = # 1
1IF [ # 1 NE # 2 ] GO 70
M30
11、將運動程序向數(shù)控系統(tǒng)傳送
首先將數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置為接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，應(yīng)注意所傳送文件的程序號或程序名不能與數(shù)控系統(tǒng)中已有程序號或程序名相同。如果發(fā)生錯誤一般數(shù)控系統(tǒng)拒絕接收程序并給出錯誤信息。
12、采集原始數(shù)據(jù)并分析數(shù)據(jù)
將激光調(diào)整為測量狀態(tài)，采用自動數(shù)據(jù)采集方式，數(shù)控系統(tǒng)將執(zhí)行計算機傳送給機床的運動程序。此時應(yīng)該注意將數(shù)控系統(tǒng)的進給速率降低，以免發(fā)生碰撞。目前激光測量數(shù)控機床位置精度的依據(jù)是GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車床精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)》。采用線性數(shù)據(jù)采集方式，主要是考慮機床運動時帶來的升溫比較小。測量結(jié)束后將采集數(shù)據(jù)存入計算機硬盤，其文件類型為RTL 文件格式，然后根據(jù)測量分析軟件查看測量結(jié)果。
13、 產(chǎn)生誤差補償值
現(xiàn)在RTL 文件里已經(jīng)包含了自動補償軟件在各次循環(huán)中各目標(biāo)點所測得的平均誤差值，自動補償軟件可自動計算出補償值，數(shù)控系統(tǒng)能夠在補償比例因子范圍內(nèi)將偏移誤差值進行位置修正來完成螺距誤差的補償。
圖11 補償參數(shù)
14、將誤差補償值傳送給數(shù)控系統(tǒng)并檢查補償效果
將自動補償軟件計算出的誤差補償值存入計算機硬盤，其文件類型為NMP文件。將計算出誤差補償值傳送給數(shù)控系統(tǒng)，然后再次執(zhí)行機床運動程序，重新采集各目標(biāo)點的位置誤差數(shù)據(jù)。
15、檢查補償結(jié)果
通過測量分析軟件，依據(jù)GB/T16462-1996《數(shù)控臥式車床精度檢驗標(biāo)準(zhǔn)》，數(shù)據(jù)處理及評定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)GB17421-2000 標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)進行評定機床被補償軸的位置誤差是否在公差范圍內(nèi)。如果達到公差要求，則機床位置誤差補償工作完成;如果未達到公差要求或需要達到更精度要求，可以采取增加目標(biāo)點數(shù)量和重復(fù)位置誤差補償過程以達到最滿意的補償結(jié)果。
圖12 補償前結(jié)果分析
圖13 補償后結(jié)果分析
三、對螺距誤差補償功能使用的建議
螺距誤差補償功能的開發(fā)不僅提高了數(shù)控機床定位精度，而且縮短了生產(chǎn)周期，同時還可以降低機床成本(可降低滾珠絲杠等級)。在使用螺距誤差補償功能時要做好前后的輔助工作。
1) 在激光測量前必須確保機床的幾何精度合格及機床裝配的完整性，或不影響激光測量結(jié)果的前提下進行測量。
2) 被補償軸必須在確保重復(fù)定位精度合格的前提下進行螺距補償。
3) 進行螺距補償?shù)臄?shù)控機床在出廠前應(yīng)在《機床精度檢驗單》或《機床電器參數(shù)表》上注明該機床使用了螺距補償參數(shù)，并給用戶附帶機床螺距補償參數(shù)表。
4) 在螺距補償時所設(shè)定的機床參考點應(yīng)該做好標(biāo)記，并且在《機床精度檢驗單》或《機床使用說明書》上說明其用途。
5) 同一產(chǎn)品的機床參考點在設(shè)定時要求統(tǒng)一。
