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先进数控机床设备,是如何保证产品稳定性的? - 高性能卧式加工中心 卧式镗铣床 数控龙门加工中心

发布日期:2018-12-27 作者: 点击:

机床具有的系统性的机械相关偏差,可以被系统记录,但由于存在温度或机械负载等环境因素,在后续使用过程中,偏差仍然可能出现或增加。在这些情况下,为了能够实现尺寸稳定的加工,就会启用补偿功能。除去刀具因素,为保证品质稳定,先进机床必须具有的几种补偿如下。


反向间隙补偿

在机床移动部件和其驱动部件,如滚珠丝杠,之间进行力的传递时会产生间断或者延迟,因为完全没有间隙的机械结构会显著增加机床的磨损,而且从工艺上讲也是难以实现的。机械间隙导致轴/主轴的运动路径与间接测量系统的测量值之间存在偏差。这意味着一旦方向改变,轴将移动得过远或过近,这取决于间隙的大小。工作台及其相关编码器也会受到影响:如果编码器位置领先工作台,它提前到达指令位置这意味着机床实际移动的距离缩短了。在机床运行,通过在相应轴上使用反向间隙补偿功能,在换向时,以前记录的偏差将自动激活,将以前记录的偏差叠加到实际位置值上。


丝杠螺距误差补偿


CNC控制系统中间接测量的测量原理基于这样一个假设:即滚珠丝杠的螺距在有效行程内保持不变,因此在理论上,可以根据驱动电机的运动信息位置推导出直线轴的实际位置。但是,滚珠丝杠的制造误差会导致测量系统产生偏差(又称丝杠螺距误差)。测量偏差(取决于所用测量系统)与测量系统在机床上的安装误差(又称为测量系统误差)可能进一步加剧此问题。为了补偿这两种误差,使可使用一套独立的测量系统(激光测量)测量CNC机床的自然误差曲线,然后,将所需补偿值保存在CNC系统中进行补偿。


摩擦补偿(象限误差补偿)和动态摩擦补偿


象限误差补偿(又称为摩擦补偿)适合上述所有情况,以便在加工圆形轮廓时大幅提高轮廓精度。原因如下:在象限转换中,一个轴以最高进给速度移动,另一轴则静止不动。因此,两轴的不同摩擦行为可能导致轮廓误差。象限误差补偿可有效地减小此误差并确保出色的加工效果。补偿脉冲的密度可以根据与加速度相关的特征曲线设置,而该特征曲线可通过圆度测试来确定和参数化。在圆度测试中,圆形轮廓的实际位置和编程半径的偏差(尤其在换向时)被量化的记录下来,并通过图形化显示在人机界面上。


垂度和角度误差补偿


如果各机床单个部件的重量会导致活动部件位移和倾斜,则需要进行垂度补偿,因为它会导致相关机床部分(包括导向系统)下垂。角度误差补偿则用于当移动轴没有以正确的角度互相对齐时(例如,垂直)。随着零点位置的偏移不断增加,位置误差也增加。这两种误差均由机床的自重,或者刀具和工件重量所导致。在调试时测得的补偿值被定量后按照相应的位置以某种形式,如补偿表,存储在ROM中。在机床运行时,相关轴的位置根据存储点的补偿值进行插补。对于每次连续路径移动,均存在基本轴与补偿轴。


温度补偿


热量可能导致机床各部分膨胀。膨胀范围取决于各机床部分的温度、导热率等。不同温度可能导致各轴的实际位置发生变化,这会对加工中的工件精度产生负面影响。这些实际值变化可以通过温度补偿抵消。各轴在不同温度的误差曲线均可定义。为了始终正确补偿热胀,必须通过功能块不断从PLC向CNC控制系统重新传递温度补偿值、参考位置和线性梯度角参数。意外参数的变化会由控制系统自动消除,从而避免机床过载并激活监控功能。国内部分先进机床已开始使用了。


空间误差补偿系统(VCS)


回转轴的位置、它们的相互补偿以及刀具定向误差,可能导致转头和回转头等部件出现系统性几何误差。此外,每个机床中进给轴的导向系统将出现小误差。对于线性轴,这些误差为线性位置误差;水平和垂直直线度误差;对于旋转轴,会产生俯仰角、偏航角和翻滚角误差。将机床组件相互对齐时,可能出现其他误差。例如,垂直误差。在三轴机床中,这意味着在刀尖上可能会产生21项个几何误差:每个线性轴六个误差类型乘以三个轴,再加三个角度误差。这些偏差共同作用形成总误差,又称为空间误差。


空间误差描述了实际机床的刀具中点(TCP)位置与理想无误差机床的刀具中点位置的偏差。仅测量单个位置的误差是远远不够的,必须测量整个加工空间内的所有机床误差。通常需要记录所有位置的测量值并绘成曲线,因为各误差大小取决于相关进给轴的位置与测量位置。例如,当y轴与z轴处于不同位置时,导致x轴产生的偏差会不同——即使在x轴的几乎同一位置也会出现误差。借助“CYCLE –运动测量”,只需几分钟即可确定回转轴误差。这意味着,可以不断检查机床的准确性,即使在生产中,也可以校正准确性。


偏差补偿(动态前馈控制)


偏差指在机床轴运动时位置控制器与标准的偏差。轴偏差为机床轴的目标位置与其实际位置的差值。偏差导致与速度相关的不必要轮廓误差,尤其在轮廓曲率变化时,如圆形、方形轮廓等。凭借零件程序中的NC高级语言命令FFWON,在沿路径移动时,可以将与速度相关的偏差减为零。通过前馈控制提高路径精度,从而获得更好的加工效果。


FFWON: 启动前馈控制的命令


FFWOF: 关闭前馈控制的命令


电子配重补偿


在极端情况下,为了防止轴下垂而对机床、刀具或工件造成损坏,可以激活电子配重功能。在没有机械或液压配重的负载轴中,一旦松开制动器,垂直轴会意外下垂。在激活电子配重后,可以补偿意外的轴下垂。在松开制动器后,靠恒定的平衡扭矩来保持下垂轴的位置。


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