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经济型立式加工中心反向间隙的测量方法及补偿措施

2016-1-28 22:58:04      点击:

 VMD200经济型立式加工中心

      简单来说,根据检测装置的反馈及控制形式的不同,立式加工中心分为开环和闭环两种控制结构。其中开环控制由于没有反馈系统的控制,因而不带位置检测功能,对机床无法实现高精度的定位,因此这种结构在立式加工中心上早已淘汰,只在一些简易及控制精度要求不高的CNC数控设备上使用。

      我们知道,立式加工中心是一种高度自动化的加工设备,其最大的加工特点是可以对复杂曲面工件进行复合集中化的加工。对机床的定位精度和重复定位精度要求极高。因而闭环控制是其主要的控制形式。根据反馈元件安装位置的不同闭环控制又可分为半闭环控制和全闭环控制两种。

半闭环进给系统示意图

      半闭环控制系统是将位置检测元件安装在立式加工中心驱动电机或传动丝杠的上,通过检测伺服电机的转角间接地检测出移动部件的位移量,并反馈给CNC数控装置进行比较及控制;而全闭环控制则是直接将检测元件安装在机床的工作台上,对工作台实际位移量进行自动检测并与指令值进行比较,由于没有中间环节因而检测精度更高。但相对于半闭环的控制结构,这种控制形式具有系统复杂、调试和维修困难、使用环境高及性价比较差等缺点。因而不如半闭环的使用广泛。所以说,全闭环主要应用于高端的机型上而半闭环主要应用在经济型的机型上面。笔者就多年从事经济型立式加工中心一线加工的经验,简单介绍一下机床反向间隙的测量方法及其补偿措施,希望对大家有用。

滚珠丝杠副间隙示意图

一、反向间隙的测量方法

      我们知道,任何机械设备在长时间使用后由于磨损等原因都会出现一些间隙。对于以工件高精度加工为主的立式加工中心来说,有些间隙可能影响不大,但有些间隙可能是致命的。其中进给系统的间隙就是必须予以消除的,因为这种间隙会造成机床反向间隙过大,从而导致机床定位精度和重复定位精度失准,最终造成工件加工精度超差。

      在机床长时间使用进给系统出现反向间隙后,为了减小这种间隙对机床精度造成不利的影响,应当采取必要的措施进行消除。这一间隙主要来自于滚珠丝杠和丝杠副之间,一般可以采取调整和预紧的方法来减小间隙,不过如果磨损过于严重通过简单的机械调整是很难被完全消除。可通过立式加工中心配置的CNC数控系统进行有效偿。不过,在使用CNC数控系统的补偿功能前需要确定具体的补偿值。因而对机床反向误差进行精确的测量是十分关键的。简单来说,分为手动测量和编程测量两种。

机床反向间隙手动调整示意图

1、 手动测量

      首先将系统转为手动操作模式,通过电子脉冲手轮在机床坐标轴的行程内,预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准,再在同一方向给予一定移动指令值,使之移动一段距离,然后再往相反方向移动相同的距离,准确测量停止位置与基准位置之差就是反向间隙的实际误差。通过多次测量取其平均值录入到立式加工中心的数控系统中即可。

2、 编程测量

      采用编程测量要比上述手动测量更加准确,效率也更高。在测量前先将百分表或者千分表安装在立式加工中心的导轨上,然后运行下列程序:

      N10 G91 G01 Z50 F0.5(工作台右移)

      N20 Z-50;工作台左移

      N30 G04 F5;暂停以便观察

      上述程序第一段是指工作台右移;第二段是工作台左移;第三段是关键的一段是指暂停测量,经过多次重复上述测量程序可以精确的测量其误差值。

滚珠丝杠副调整预紧间隙示意图

二、机床反向间隙系统补偿的主要方法

      我们知道,经济型立式加工中心的进给系统是由伺服系统、伺服电机、滚珠丝杠和导轨组成。反向间隙一般是由滚珠丝杠副疲劳引起。首先通过必要的手动调节和预紧缩小间隙的误差量。然后通过对交流伺服电机转速的控制来实现间隙补偿。可以在伺服系统反向时在输入端加入补偿信号,补偿信号的方向由输入信号的变化决定,幅度值由测得的实际反向误差间隙为准。这样,伺服系统的反馈也可以看成是实际测量值和反向间隙补偿的差值。这种方法可以有效地消除反向间隙的影响,有效提高立式加工中心的系统精度和定位精度。