1CNC加工中心機(jī)械變形誤差和螺距補(bǔ)償
CNC加工中心機(jī)械變形誤差主要是由加工中心結(jié)構(gòu)變形造成，并且是一個較小的固定誤差值，常見于CNC加工中心主軸、測置臂等變形而造成加工的工件超差。以國內(nèi)某一型號的磨床為例，磨床的砂輪滑架沿Z軸方向運(yùn)行時，相對X軸方向出現(xiàn)了機(jī)械變形誤差。
螺距補(bǔ)償?shù)脑硎遣捎靡淮尾逖a(bǔ)法，擬合誤差曲線，生成—個誤差曲線二維數(shù)組，然后對磨削曲線進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除機(jī)械變形誤差。假設(shè)某次用激光校準(zhǔn)儀測量磨床誤差，得到10個點(diǎn)的數(shù)據(jù)為BedCorrection.
圖1位置關(guān)聯(lián)的近似誤差曲線數(shù)學(xué)分解根據(jù)要求的擬合精度可以選擇插補(bǔ)點(diǎn)數(shù)，一般情況下，1 m的長度取100?200個點(diǎn)，插補(bǔ)后生成的誤差曲線二維數(shù)組需要跟據(jù)CNC加工中心的坐標(biāo)系統(tǒng)特點(diǎn)確定對磨削曲線的補(bǔ)償方式。如圖1中的誤差曲線與X軸正相關(guān)，因此需要將誤差曲線與磨削曲線相加，如果是測量臂誤差曲線與X軸負(fù)相關(guān)，則需要將誤差曲線與磨削曲線相減，補(bǔ)償后的磨削曲線去CNC。
此外，為了避免誤差曲線在拐點(diǎn)處出現(xiàn)較大的跳躍，可以選擇不同的插補(bǔ)公式或采用高階插補(bǔ)方法對拐點(diǎn)處作平滑處理，防止CNC加工中心運(yùn)行中出現(xiàn)電機(jī)軸超速或過電流故障。
2CNC加工中心熱誤差和溫度補(bǔ)償
熱誤差是由溫度變化對加工中心軸的運(yùn)行精度造成的影響，溫度變化通常由環(huán)境溫度變化、刀具發(fā)熱傳導(dǎo)、電機(jī)發(fā)熱傳導(dǎo)、傳動鏈運(yùn)動發(fā)熱、液壓潤滑油溫的變化等引起，針對不同的溫度變化原因可采取不同的改善措施，例如恒溫車間、降低傳動鏈阻力、油溫恒溫控制等，但由于熱誤差產(chǎn)生的原因多，并一直處在變化狀態(tài)，因此上述方法很難達(dá)到較好消除熱誤差的效果。
溫度補(bǔ)償是指找出溫度變化與加工中心軸運(yùn)行精度誤差之間的規(guī)律，建立合適的數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行軟件補(bǔ)償?shù)囊环N方法。經(jīng)過測量發(fā)現(xiàn)，軸在某溫度時的誤差可以看出，在一定溫度時，軸的誤差與軸的絕對位置關(guān)系基本上是一條斜線；溫度不同時，其斜率、零點(diǎn)不同，但都是一條近似的斜線。
軸在不同溫度下的誤差近似曲線可以用圖1中的數(shù)學(xué)分解來確定_個數(shù)學(xué)關(guān)系式，民P:
AKX=K0 (T) +t；iii/； (T) X (l\-P〇) . (2)
式（2)中：厶&為1軸在位置/>x時的溫度補(bǔ)償值；(r)為軸在參考點(diǎn)位置時的溫度補(bǔ)償值;為軸的實(shí)際絕對位置值；為軸的參考點(diǎn)位置值；T;m/; (7)為誤差近似曲線的斜率。
如果能夠掌握不同溫度下的近似誤差曲線的斜率和零位誤差的規(guī)律，則可以通過在相應(yīng)軸的適當(dāng)測量點(diǎn)取得溫度值，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量值計(jì)算出的規(guī)律，生成不同溫度對應(yīng)軸的不同位置需要的誤差補(bǔ)償量，即tempCon'cc丨ion [7W厶人']'"k'nipCorrection [r„, AiCn]。用該誤差補(bǔ)償量對磨削曲線進(jìn)行了處理，補(bǔ)償后的磨削曲線去CNC,從而以軟件補(bǔ)償來減小溫度變化對軸精度誤差的影響。
由于對應(yīng)每一個X軸絕對位置坐標(biāo)都有一個溫度補(bǔ)償值，因此，溫度補(bǔ)償值引起的軸位置修整必須在一個插補(bǔ)循環(huán)中完成，不能累積。如果溫度補(bǔ)償值過大，則會造成插補(bǔ)軸的速度不能滿足要求，溫度補(bǔ)償算法會根據(jù)主動軸、從動軸、插補(bǔ)周期和補(bǔ)償值大小來計(jì)算允許的溫度補(bǔ)償最大速度附加值。當(dāng)速度超過上限時，自動對主動軸和從動軸進(jìn)行降速處理，從而在誤差補(bǔ)償?shù)耐瑫r使加工中心穩(wěn)定運(yùn)行。
3CNC加工中心響應(yīng)誤差和摩擦力補(bǔ)償
機(jī)械軸傳動鏈中的齒輪、絲桿、導(dǎo)軌等都存在摩擦力，軸由靜止開始運(yùn)動時需克服靜摩擦力，靜摩擦力對軸的動態(tài)特性有較大影響，而對于往復(fù)運(yùn)行的軸，在換向時則是摩擦力影響較大的階段。
圓弧插補(bǔ)時其中一個軸不換向而另一個軸換向，則換向軸的摩擦力對其動態(tài)特性的影響將直接影響到其是否能跟得上圓弧插補(bǔ)的軌跡，所以，摩擦力補(bǔ)償常用于圓弧插補(bǔ)的圓度補(bǔ)償。多數(shù)情況下，軸在整個加速運(yùn)行范圍內(nèi)的摩擦力是一個變化的值，比如加速度越大，則摩擦力越大，且在克服最初的靜態(tài)摩擦力開始運(yùn)動時的摩擦力也會越大。因此，常用的摩擦力補(bǔ)償方法為根據(jù)幅度適應(yīng)曲線來確定實(shí)時補(bǔ)償值，一般常用的幅度適應(yīng)摩擦力補(bǔ)償曲線如圖2所示。
設(shè)當(dāng)前加速度為a,當(dāng)前補(bǔ)償幅度值為則4個曲線段分別如下。
曲線段/^ («<?）：
Ah A»max,V {a/aO . (3)
曲線段 52
A”=A"m;lx. (4)
曲線段
Aw = A"max— (Awmax-A"min) X ("-叱）/ Gv:;—叱）.（r〇曲線段 54 (a3<cr):
A// A?/min. (6)
要確定該曲線中的各參數(shù)，需要經(jīng)過多次測試，包括在軸整個速度、插補(bǔ)半徑范圍內(nèi)作測試，然后根據(jù)測試的結(jié)果經(jīng)計(jì)算得出最適合的參數(shù)值。此外，也可以采用常數(shù)值摩擦力補(bǔ)償?shù)姆椒ǎY(jié)合加工中心的圓度測試功能來進(jìn)行補(bǔ)償測試，具體操作方法為：1加工中心正常運(yùn)行，摩擦力補(bǔ)償不投入；：2進(jìn)行圓度測試，以常規(guī)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行；：3設(shè)置1個較小的摩擦力補(bǔ)償幅度值和時間常數(shù)，摩擦力補(bǔ)償投入；3.進(jìn)行圓度測試，與步驟(24目同；⑤根據(jù)圓度測試的結(jié)果，調(diào)整摩擦力補(bǔ)償幅度值和時間常數(shù)。
圓度測試結(jié)果通常有4種形狀，如圖3所示。
圖3中的"A"為摩擦力補(bǔ)償幅度值過小的情況，"B"為摩擦力補(bǔ)償幅度值過大的情況，"C"為摩擦力補(bǔ)償時間常數(shù)過小的情況，"1〕"為摩擦力補(bǔ)償時間常數(shù)過大的情況。如果經(jīng)過常數(shù)值摩擦力補(bǔ)償后在整個工作速度與半徑范圍內(nèi)的插補(bǔ)特性較好，則圓度測試滿足要求，摩擦力補(bǔ)償可停止；如果其補(bǔ)償效果不能達(dá)到要求，且摩擦力特性與軸的加速特性有關(guān)，則可以采用幅度適應(yīng)方法進(jìn)行摩擦力補(bǔ)償。
4結(jié)束語
綜上所述，CNC加工中心的精度作為加工中心最重要的技術(shù)指標(biāo)，受到了多方面因素的影響。CNC加工中心產(chǎn)生誤差的原因主要有機(jī)械變形、磨損、熱誤差、靜態(tài)響應(yīng)誤差和動態(tài)響應(yīng)誤差等。要想提高CNC加工中心的加工精度，必須針對誤差原因進(jìn)行分析，找到合適的誤差補(bǔ)償方法，比如螺距補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、摩擦力補(bǔ)償?shù)雀纳拼胧NC加工中心進(jìn)行誤差補(bǔ)償后，能有效改善CNC加工中心的定位精度和加工精度，使加工中心滿足制造企業(yè)對加工精度的要求，進(jìn)而提升企業(yè)的市場競爭能力。
