引言

在立式加工中心机床的加工过程中经常出现由于圆度误差偏大而导致加工零件的精度超差表面光洁度粗糙等问题为避免此种问题的反复出现对在运用球杆仪对机床的圆度误差进行检测的过程中经常出现的问题以及出现的原因表现形式需要采取的相应措施进行简要的说明

问题概述

在应用球杆仪对立式加工中心机床进行圆度误差检测时以 XY平面为例球杆仪系统的安装方式如图 1 所示在检测的过程中经常出现的问题大致有以下几种反向越冲反向间隙伺服不匹配比例不匹配垂直度周期误差等

原因分析及采取措施

2.1 反向越冲

反向越冲的产生是由于当机床某一个轴向某一方向驱动然后必须向相反方向反向移动时该轴驱动电机施加的扭矩不够造成在换向处由于摩擦力的方向发生改变而出现短时的粘性停顿反向越冲将使圆弧插补刀具轨迹出现一个小平台后再向原轨迹复位的台阶在图形上表现为在某轴上有一小尖峰尖峰大小随机床进给率的不同而变化

出现反向越冲时首先检查机床参数 2003#5 是否为 1 然后调整参数 2048 范围 0 2000 以原值为基础以 50 为单位进行调整通常设为600 (按图中所测结果是正值增加 2048 的值负值则相反) 也可以配合参数 2071 作用时间进行调整范围 0 20 以原值为基础以 1 为单位进行调整通常设为 8 即可同时在机床不产生震动和噪音的前提下增大机床的速度环增益可以改善反向越冲和整体圆度值

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2.2 反向间隙

当机床某一轴出现丝杠磨损螺母损坏或导轨磨损等情况时会导致滚珠丝杠中扭曲过大而引起反向间隙反向间隙在球杆仪检测图形中表现为在沿某轴线处有沿图形中心外凸正值或内凹负值的一个或数个台阶其大小通常不受机床进给率的影响

通过调整机床参数 1851 可以减小反向间隙对圆度误差的影响方法为若球杆仪检测时所测结果是正值增加 1851 的值负值则相反正常情况下在机床螺距补偿时把参数 1852 的补偿值同时写到参数 1851 里那么此时的反向间隙就不会太大了

2.3 伺服不匹配

如果用球杆仪检测圆度误差时诊断出伺服不匹配表明机床的一根轴超前于另一轴根据不同被测轴间的关系伺服不匹配可能为正也可能为负以 XY 平面为例若为正值,则说明 Y 轴超前于 X 轴,为负值则相反超前轴的增益较高

此时图形具有椭圆或花生形沿 45 度或 135 度对角方向拉伸变形在分别进行顺时针或逆时针测试时,拉伸变形轴向发生改变通常随着机床进给率的增加拉伸变形量也会增加将两个方向的图形显示在一起

伺服不匹配将带来被插补的圆弧不圆一般来看机床进给率越高造成插补圆的椭圆程度越大通过调整机床各个轴的位置环增益参数 1825 使其平衡且应该保持三轴一致范围在 3000 5000 由于在较低进给率时伺服不匹配影响较小因此要得到较高精度的圆弧插补可采取较低的进给率

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2.4 比例不匹配

比例不匹配误差是指在测试中被测量轴间的行程差例如机床在 XY 平面内运行一个圆周理论上 X 轴和 Y 轴运行的距离应完全相同如果有不同两轴间运动位置差就是比例不匹配误差如果给出比例不匹配的值为正值那么 X 轴移动距离超过 Y 轴否则相反出现比例不匹配的原因可能是机床上线性误差补偿参数设定有误该轴导轨直线度不合或刚性不足滚珠丝杠可能出现故障或过热导致丝杠螺距误差

具有比例不匹配的球杆仪检测图形呈现椭圆或花生形沿 0 度或90 度轴方向拉伸变形拉伸变形不受数据采集方向的影响即分别在进行顺时针或逆时针测试时拉伸变形方向不会发生改变其大小通常不受机床进给率的影响

此时通常需要先检查机床的线性误差补偿参数是否设定正确必要时应重新螺距补偿如果确认此项没有问题则要检查机床导轨是否准直并处于良好工作状态否则进行调整比例不匹配误差将使机床切削的零件出现尺寸误差

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2.5 垂直度

垂直度误差是因为被测试机床的X 轴和 Y 轴相互间不为 90 度两轴可能有局部弯曲或机床轴可能整体未调直机床轴可能刚性不够导致某些部位不直或者机床导轨可能过分磨损导致机床在运动时轴中有一定间隙

垂直度差会使图形具有椭圆或花生形状沿 45 度或 135 度对角拉伸变形在顺时针和逆时针方向测试时轴的拉伸方向相同拉伸量不受进给率的影响垂直度误差为正值表明在测试平面内两轴正向夹角超过 90 度为负值表明两轴正向夹角小于 90 度

如果整台机床均受垂直度误差的影响那么可能的话应重新调整机床轴如果导轨出现严重磨损也许需要更换磨损部件一般情况下只要球杆仪诊断显示垂直度超过 30um/m 就会严重影响机床圆度误差需要重新进行调整

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总结

为了达到更好的圆度误差提高机床的整体加工精度可以配合使用 FANUC 系统的 SERVO GUIDE 软件进行调整进行圆度误差检测时在机床不产生振动的前提下可以适当提高各轴的速度环增益

同时以上的调整很多方面其实是为了克服一些机械方面的问题而进行的所以除了参数调整外如果问题比较严重还必须对机械进行调整这样才能从根本上解决问题以达到更高的加工精度