球杆仪检测数控机床典型误差的调整方法-.pdf

．拦 旦 主持 ．． ．煮燕 磐 球杆仪检测数控机床典型误差的 调整方法 深圳市捷甬达实业有限公司 广东5 1 8 1 1 1 石云郑新胜 一 、球杆仪的介绍 球杆仪是用于数控机床两轴联动精度快速检测 与机床故障分析的一种工具。主要由安装在可伸缩 的纤维杆内的高精 度位移传感器构成 ，该传感器包 括 两个 线 圈和 一个可 移动 的内杆 ，当其长 度变化 时 ，内杆 移入 线 圈，感应 系数 发生 变化 ，检 测 电 路 将 电感信 号转变成 分辨率 为0 ． 1 m位移 信号 ， 通过 接 口传人P C 机 。其精 度经激光干涉 仪检测达 0 ． 5 m 温度在2 0 C下 。 球杆仪实际测量状态为支座靠磁力吸附在工作 台上 ，机床主轴 通过精密小球 和球杆仪相连 ，当机 床按预定程序以球杆仪长度为半径走 圆时 ，传感器 检测到机床运动半径方 向的变化 。分析软件可迅速 将机床的直线度 、垂直度、重复性 、反向间隙及各 轴的 比例是否匹配及伺服性能等从半径的变化 中分 离 出来 ，从而反映机器执行该项测试的表现如何 。 如果 机器没 有任何误差 ，绘制出的数据将显示 出一 个真 圆 。出现任 何误差都 将使该 圆变形 ，例 如 ，沿 圆周添加峰值可能使其更加趋于椭圆。从真 圆偏离 出的数据体现 了数控系统、驱动伺服及机 器 各轴的机械问题和不准确度。 二、检测误差及调整方法 本文 论述 的是 采用球 杆仪 对机床 精 度进行 检 测 ，给出了检测结果 中部分误差的调整方法 。 1 ． 误差一反向间隙 图1 中由某轴 线开始处有一 个沿 图形 中心外 凸 的台 阶 ，y 轴上 显示有不 等正值反 向间隙 。图2 中 有沿某轴线开始 向图形中心内凹的台阶。 y 车 由 上显 示有不等负值反向间隙。此台阶的大小通常不受机 器进给率的影 响。 卜 1 m ⋯ l ⋯l 、I I I ． ⋯ ． j Jj 图1 M Hr 盘 一 、 、 ＼ 、l 一 ．．．．t ． ⋯ ⋯ 、 、 ．二 n - 1 f 图2 1 反 向间隙对加 工造成 的影 响反向间隙 调 整不 佳造成 圆弧过 象限接痕 大 、位 置精度 偏差 等 。 2 调整方法①调 整机床机械 间隙至 正常 范围。②正确补偿反向间隙参数值 。 如上 例中 ，图1 中反向间隙补偿值偏小 。增加 数 控系统 中反 向间隙补偿值6“I l l 增加值为 两方 向间隙误 差值的平均值取整 。图2 中反向间隙补 偿值偏大 。减小数控 系统 中反 向间隙补偿值 1 0 m 增加值为两方向间隙误差值的平均值取整。 2 ． 误差二 周期误差 图3 中图形频率 、幅 度均发生变更 的周期性 正 弦 曲线误差。图形不受运动方 向影响 ，顺时针和逆 时 针运动 图形应 该相 同 或相近。 1 对加 工造成 的 影 响周期误 差会 导致 加 工的零件 出现尺 寸误 差 。加工外 圆时 ，工件 加 工表面 出现轴对 称性 的波纹。 ⋯ ⋯ ⋯。 图3 垂 磊 ⋯ 5 5 M n r n | 2 调整方法①周 期误 差通常是滚珠 丝杠 引起的。②滚珠丝杠安装偏心、不正确的预拉伸或 螺纹磨损等都会导 致周期误差。③调整滚珠丝杠安 装位置或更换磨损的滚珠丝杠。 3 ． 误差三横向间隙 松动 图4 为y 车 由 具有等值的正值横 向间隙从而导致顺 时针图形 出现在逆时针 图形之 中，表现为对称的桃 形 、石头形 图案 。 图5 为 在相 同轴上 具 有 不等 量大 小 的横 向间 隙，表现为心形 、泪滴形 图案。 图 4 ． ． ⋯ 图5 1 对加 工造成的影 响 ①机 器将 切削 出不 圆的孔。②机器在受横 向间隙影响的轴上一般表现 出定位误差 。不等值横 向间隙沿轴的不同方向定位 误差大小不 同。 2 调 整方法 ①调整或更新机 器导轨消除 间隙或松动 。②如 图5 所示 、y 轴的横向间隙，铲 刮调整轴镶条松紧度及配合精度。 4 ． 误差四反向跃冲 图6 中】 厂 轴 上 有 一 尖 峰 即 反 向 跃 冲 ，尖 峰大 小 随 机 器 进 给率 而变化。 1 对加 工造 成 的影 响反 向跃冲调整 不 佳将 使 切 削 圆弧 表 面 象 限 点 出现 突 起 或 凹坑 。 l I I IVl l ，l 。 、 ． ． ．， ＼ ． ． ⋯ ． 图6 2 调整方法①调试机床进给率 ，找 出该机 器上反 向跃冲对加工影响最小的进给率 。②利用控 制系统参数减小甚至消除反向跃冲 。 5 ． 误差五 比例不匹配 比例不 匹配误 差是指在测试过程 中被测量轴间 5 6 砌 参 磊 冷 加 工 O l 撕 -| ’ ‘而 ’ 。‘ 上 的行程差 图7 所示a 、 b 之 间的差 值 。此 误 差沿 0 。或9 0 。轴 方 向 拉伸变形 。比例误差为 正值表 明在该轴方 向移 动过长 ，而 比例误差为 负值表明在该轴方 向移 动不到位 。 图 7 1 对加工造成 的影响 比例误差影 响机器 上切削的零件出现尺寸误差 。 2 调整方法①检查线性误差补偿值是否正 确 ，若不正 确 ，使用 激光干 涉仪重新 测试补 偿参 数。②检查滚珠丝杆是否出现过热现象，导致螺距 误差 ，等冷却后再测试补偿参数 。③检查滚珠丝杆 是否有零部件损坏，维修或 更换损坏的零部件 。④ 检查机器导轨是否笔直并状态良好 ，如有必要重新 调整准直或更换导轨。 6 ． 误差六伺服不匹配 伺服 不 匹配误 差 使 图形 呈椭 圆或花 生形 ，沿 4 5 。 或 1 3 5 。 对 角方 向拉伸变形 。图8 为顺时针和逆 时针测试时拉伸变形 ， 通 常 随 着 进 给 率 的 增 加 ，拉伸变形量也会增 加 。 1 对加 工造 成 的影响伺服不 匹配将 导致插补圆不 圆。一般 情况下 ，进给率越 高造 、Ill I ll ⋯ 图8 成插补圆的变形程度越大。 2 调 整方 法①通过调整机 器控 制器各轴 伺服增益 ，使其平衡。可使滞后轴 的增益加大 ，也 可 降低超前轴 的增益。②在较低进 给率伺服不匹配 影 响较小 ，要得到较高精度的 圆弧插补时可采取较 低的进给率。 7 ． 误差七 垂直度 垂直度误差使 图形呈椭 圆或花生形 见图 9 ，沿4 5 。 或 1 3 5 。 对角方 向拉伸变形 。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 。 1 对加工造成 的影 响垂直度误差影 响机 单列圆锥滚子轴承内圈滚道尺寸的 有效控制 西北轴承股份有限公司 宁夏银川 7 5 0 0 2 1 王艳玲刘志英 加工 圆锥滚子轴承 内圈滚道时发现 ，在加工过 程 中，利用手提式 比较测量仪测量的直径尺寸数值 在一个很小的范围变化 ，合套时对轴承装配高的影 响变化很大 ，并且差值随着内圈宽度偏差的增大而 增大 ，当内 圈宽度偏差增大到一定数值时 ，最终对 轴承装配高产生超差的影 响。 1 ．内圈宽度尺寸变化对滚道直径尺寸在测量 中的影响 如 图1 所示 ，在加 工过程 中，内圈以端面 I 做 为加 工基准加工滚道 ，而在测量时以端面 Ⅱ 做为测 量基准测量滚道直 径尺寸 ，这是轴承行业普遍采用 图 1 ， 的测量方法 ，这样就产生了加工基准与测量基准的 不统一。 由于这种测量方法大多是采用 比较法测量 ，所 以内圈宽度B 有一个变化量 时 ，设内圈滚道角度 不变 ，采用比较法测量出的滚道直径尺寸d 也不 变 ，那么 ，在滚道直径测量仪上 ，由于测量点位置 高度五 是一个定值 ，因而在滚道直径测量仪上测 量 的内圈滚道直径尺寸的 实际测量点也从理论上的M 点移 到了P 点 ，此时 实际的滚道素 线 已经发生了平 移 。 由图l 可知 M P b P D MP t a n 06 b t a n 8 因为P D为滚道尺 寸在半径 方向上的变化量 ， 即P D d i／ 2 所以 d i 2 P D 2 b t a n 1 式中 ， 为滚道直径尺寸的变化量。 式 1 为 内圈宽度尺寸变化对滚 道直径尺寸 影响的关系式。 器加工零件表面间 不垂直。 2 调 整 方 法调整或 配铲两 导轨间的垂直度 ， 使之控制在精度标 准要求的范围内。 三、结语 ⋯ ⋯ ⋯． ⋯ 图9 球杆仪检测 已成为机床生产的常用检测手段 ， 并逐步取代以往的试件加工检测 ，不仅节约了大量 的人工和材料成本 ，而且提供 了更加全面的检测结 果。球杆仪检测不仅适用于数控机床生产的检验和 调试 ，更能协助维修人 员在用户现场快速分析故障 原因 ，维修人 员可根据检测结果对故障的主要 因素 逐项解决 。本文仅仅分析 了一些典型检测误差与加 工工件的关 系，使用者还可以根据 出现的 图形和各 自机 床的特 点 ，总结 出更 多的误差 判断和调 整方 法。MW 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 1 参 磊 ⋯ 兹 5 7