对我国数控机床的技术应用和设备改进进行了探讨,并对未来数控技术的发展提出了见解。

科技信息○机械与电子○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2010年第21期

数控机床定位精度超差的研究

陈颂阳

（广州市番禺职业技术学校广东

广州

511400）

【摘要】本文对数控机床的NC系统、电气系统、检测系统、进给传动系统、导轨运动副等可能引起定位精度超差的部位进行故障机理分析，并提出定位精度超差故障的处理措施。

【关键词】数控机床；定位精度；故障机理；处理措施数控机床定位精度指的是机床各坐标轴在数控装置控制下运动部件所能达到的目标位置的准确程度，即指零件或刀具等在程序指令控制下所能达到实际位置与标准位置(理论位置、理想位置)之间的差距，它反映了机床轴在行程内任意定位点的定位稳定性。定位精度是机床的一项非常重要的精度指标，将直接影响到零件的加工精度，也是机床验收中的一个重要项目。在各机床制造厂销售产品中，均作为主要技术参数给出明确的精度值，以表明机床的精度等级。

精密加工技术的迅速发展，对数控机床的位置精度也提出了更高的要求，特别是数控机床各轴的定位与重复定位精度。在数控机床的使用过程中，由于磨损等多种原因，定位精度会逐渐下降，并超出精度范围，致使加工产品精度下降，废品率上升。同时，也可能使机床本身不能正常运转，加剧机床的磨损，缩短其工作寿命。因此，研究数控机床定位精度超差的故障机理并提出调整处理措施，对快速处理数控机床定位精度超差故障，具有重要的意义。

1定位精度超差故障的处理思路

数控机床的定位精度受伺服系统、检测系统、进给系统和移动部件导轨的几何误差、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。定位精度超差的故障部位主要分为NC系统、电气系统、检测系统、进给传动系统、导轨运动副和其他外围因素，如图1所示。

图1故障部位框图

当机床定位精度下降导致加工零件出现的尺寸、形状、位置公差超差时，应对加工零件超差原因进行统计分析，并对机床运动轴进行定位精度检测（按国家标准执行），分清定位精度超差的运动轴。并根据精度超差分析与检测结果初步判别故障的类别，大致确定故障部位，以便于具体分析查找故障原因。

2

定位精度超差的故障机理与处理措施

2.1

NC系统

对于数控机床出现定位精度超差，从NC系统方面来

说，可能引起故障的原理一般是伺服进给系统的调整与参数设定不当，包括位置环增益、速度环增益、螺距误差补偿，反向间隙补偿等参数设置失效或设置不合理等。

NC系统引起定位精度超差的故障机理是：①位置环增益设置超调。位置环增益它影响进给速度和跟随误差，过高位置环增益会使机床振动，过低的位置环增益使系统位置指令的跟随能力差，从而影响定位精度，而且它和速度环增益是相互影响。②速度环增益设置超调。速度环增益控制电机的转速保持平稳，起到消除稳态误差的作用，过高或过低的速度环增益会使系统产生震荡或爬行，从而影响定位精度。③螺距误差补偿失效。螺距误差补偿是将机床实际移动的距离与指令移动的距离之差，通过调整数控系统的参数增减指令值的脉冲数，实现机床实际移动距离与指令值相接近，以提高机床的定位精度。不正确的螺距误差补偿或无补偿，将导致直线定位精度下降。④反向间隙补偿失效。反向间隙补偿可以消除驱动部件的反向死区、各机械运动传动幅的反向间隙等误差，不正确的反向间隙补偿或无补偿，数控系统无法清除机械运动中的反向间隙误差，从而影响定位精度。

对于位置环增益的调整处理，应在保证位置环系统稳定，位置不

超差（过冲）的前提下，使位置环增益越高越好。对于速度环增益的调整处理是在保证速度环系统稳定（不震荡）的前提下，允许超调并只有一个超调量不大的波头，使速度环响应最快，且系统稳定工作。

对于螺距补偿参数与反间隙补偿参数设置失效或偏差调整处理，应对机床进行实际检测，得出具体的实际补偿值方可进行补偿。因数控机床经过长期运行之后，螺距误差与反间隙误差会由于机械磨损而使误差增大，不是固定值。对于螺距误差，因补偿数值较多，可用专用软件进行计算，然后通过RS232将PC数据传输到NC中。采用PC机计算误差补偿的原理如图2所示：

图2误差补偿原理图

2.2

电气系统大量的数据统计显示，在机床故障总数中，由电气引发的故障占了相当大的比例，而对于定位精度故障而言，电气故障相对率也比较高，影响机床定位精度主要是电源电压不稳、接地不良或屏蔽不良等三个方面。

电气系统影响定位精度的故障机理是：①数控机床对电源电压要求较高，一般电源电压波动应该控制在+10%～-15%之间，而我国电源波动较大，质量不高，隐藏如高频脉冲这一类的干扰，还有人为的因素（如其他机床起动、拉闸断电等）干扰。不稳定的电源电压，可能使变频器、进给伺服系统、检测元件等受到干扰，导致有关数据丢失、脉冲不正常，检测数据不准确等，从而影响定位精度。②数控机床接地不良，机床接地的作用除防止机床漏电外，另一个重要的作用抑制干扰，对数控系统起到屏蔽作用。现在有很多企业机床零地共接，或是接地不良，对接地不重视，接地设备长时间无维护保养，导致接地达不到规定要求。无接地或接地不良的机床在运行中感应高压的静电，静电放电时产生的脉冲往往会给机床带来诸多隐患，严重的可能会造成机床误动作甚至烧毁驱动系统，轻则使速度指今信号渗入噪声干扰与和偏移，使得定位精度走失。

对于电源电压不良而引起定位精度超差时，应先检测电源电压值与三相电源的平衡度，然后根据现象采取调整措施，对于高精密加工的机床，在条件允许的情况下，应对机床配备专用的稳压电源。另外，为了增强数控系统的抗干扰能力，机床接地必须使用单独的接地线，并且定期对接地设备进行检测与维护，以保证接地符合技术要求。德国的机床对地线要求很严格，接地不良更为严重影响机床的工作，应特别重视。

2.3检测系统数空机床常用的位置检测元件有光栅、编码器、感应同步器等。检测元件影响定位精度的故障机理是：①检测元件的安装位置在使用中产生变化或联接松动，联接松动会影响位置控制精度。②检测元件受到污染，导致信号丢失，影响位置控制精度。③检测元件本身的工作稳定性差，导致数据不稳，影响定位精确度。

对于检测系统引起定位精度超差的故障处理是：①做好机床日常维护与清洁工作，特别是对于冷却液的污染，要特别留意，以防影响定位精度。②对于联接松动的应按技术要求定期对检测元件的紧固情况进行检查，确保不出现松动。③对于检测元件本身工作稳定性差的检测元件，要及时更换。④加强对检测元件的维护与保养。

2.4进给传动系统运动轴的进给传动系统一般由伺服电机、联轴器、丝杠螺母副、丝杠轴承等组成。

影响机床定位精度的因素包括传动

111

对我国数控机床的技术应用和设备改进进行了探讨,并对未来数控技术的发展提出了见解。

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机械磨损、松动、间隙、调整不当、润滑不良，有杂物阻滞等。

进给传动系统致使定位精度超差的故障机理是：进给传动系统的传动精度、灵敏度和稳定性将直接影响机床的定位精度与动态性能。对于数控机床进给传动系统故障处理一般采用调整的方法进行，常见处理措施具体如下表所示(见表1)：

表1

序号

故障现象处理措施

1丝杆支承轴承的压

盖压合不良调整轴承压盖，使其压紧轴承端面。

2丝杆支承轴承破损更换新轴承。3

电动机与丝杆联轴

器松动

拧紧联轴器锁紧螺钉。

改善润滑条件，使润滑油量充足。用润滑脂润滑的滚珠丝杠副，每半年对滚珠丝杠上的润滑脂更换一4丝杆润滑不良

次，清洗丝杆上的旧润滑脂，涂上新的润滑脂。用润滑油润滑的滚珠丝杠副，可在每次机床工作前加油一次。

5

滚珠丝杠螺母副滚

珠有破损更换新滚珠。

利用两个螺母的相对轴向位移，使两个滚珠螺母6

滚珠丝杠副存在轴

中的滚珠分别贴紧在螺旋滚道的两个相反的侧向间隙

面上。常用调整方法有：垫片调隙式、螺纹调隙式及齿差调隙式。

2.5

导轨运动副机床导轨运动副影响定位精度的主要有导轨的扭曲、磨损不均匀，导轨水平不良，镶条太松或太紧，导轨间隙不合适，润滑不良，异物进入工作面阻滞运动等。

导轨运动副影响机床定位精度的故障机理是：导轨副的导向精度、刚性、几何精度、运动特性影响机床刀具或工作的运动特性，从而影响的定位精度。对于机床进给导轨副的故障处理一般采用调整修复的方法进行。常见处理措施具体如下表所示(见表2)：

2.6其他因素除以上原因外，其他因素也有可能会导致定位精度的超差，包括数控机床散热装置维护不良，导致数控装置过热；车间粉尘多，粉尘进入控制、检测装置内使控制精度下降；润滑系统清洗不及时，润滑油、润滑脂添加或更换不及时，系统润滑状态不良；切削液选用不良等。

（上接第117页）M05;(M代码)

S300;

(S代码)

G04P1200;

(暂停指令)

(G17)G01Z100.0(xy轴外移动指令)G90;

(非移动G代码)G91G01Y0;

(移动量为零)

2.6

在补偿状态下，铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于或等于刀具半径，否则补偿时会产生干涉，系统在执行相应程序段时将会产生报警，停止执行。图6a表示直线移动量小于铣刀半径发生过切的情况，图b表示刀具半径大于加工沟槽宽度，图c所示为刀具半径值大于加工内圆弧半径的情况。

图6

2.7

半径补偿功能为续效代码，在补偿状态时，若加入G28、G29、G92指令，当这些指令被执行时，补偿状态将暂时被取消，但是控制系统仍记忆着此补偿状态，因此于执行下一程序段时，又自动恢复补偿状态。2.8若程序中建立了半径补偿，在加工完成后必须用G40指令将补偿状态取消，使铣刀的中心点回复到实际的坐标点上。亦即执行G40指令时，系统会将向左或向右的补偿值，往相反的方向释放，这时铣刀

112

表2

序号

故障现象

处理措施

床身水平度有变化，使

1

得导轨局部单位面积负

定期进行床身导轨的水平调整，或修复导

荷过大

轨精度

长期加工短工件或承受

2过分集中的负荷，使得

注意合理分布短工件的安装位置，避免负

导轨局部磨损严重

荷过分集中

3导轨润滑不良。调整导轨润滑油量，保证润滑油压力。4导轨里面落入脏物加强机床保养，保护好机床防护装置，特别

确保刮板等防护装置完好。

5导轨间隙不合适●可采用修磨刮研压板、增减调整垫片、改变镶条的位移等方法调整导轨间隙。6镶条松动拧紧镶条调节螺钉和螺母锁紧使镶条紧固。7

预紧不够

对于滚珠导轨副间隙过大，接触刚度不够利用螺钉、斜块或偏心轮调整导轨副的预紧。

3结束语

作为数控机床主要技术指标的定位精度，超差将导致加工零件尺寸与形位误差超差，机床失效。在处理定位精度超差故障时，熟悉故障机理，采取正确的处理方法，判准故障部位，是快速处理定位精度超差故障重要前提。理论与实践证明，数控机床定位精度超差按故障机理进行处理，能从根本上对故障进行排除，确保机床使用的效能。科

【参考文献】

［1］王文浩.数控机床故障诊断与维护.人民邮电出版社，2010年.［2］于万成，王桂莲.数控机床结构与维护.人民邮电出版社，2009年.

［3］李河水.对数控机床随机性精度超差故障处理.设备管理与维修，2007年，第03期.

作者简介：陈颂阳（1974—），男，湖南汨罗人，1997年毕业于湖南师范大学机械制造专业，本科，工学学士，中学一级教师，现任教于广东省广州市番禺区工贸职业技术学校，主要从事机械与汽车方向的教学与研究工作。

［责任编辑：翟成梁］

会移动一铣刀半径值。所以使用G40指令时最好是铣刀已远离工件。

3

刀具半径补偿的具体应用方面

3.1

编程时直接按工件轮廓尺寸编程。刀具在因磨损、重磨或更换后直径会发生改变，但不必修改程序，只需改变半径补偿参数。

3.2加其半径补偿值不一定等于刀具半径值，同一加工程序，采用同一刀具可通过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗、精加工；同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度。

4结语

刀具半径补偿在数控加工中有着非常重要的作用，要想在数控机床上更合理、更完善、高效地编制铣削程序，其中最重要的一点是能够灵活、合理地利用好刀具半径补偿指令，保证数控编程、调试的便捷、高效。科

【参考文献】

［1］顾京．数控加工编程与操作．北京：高等教育出版社，2003．［2］苏伟．数控机床的编程与操作．北京：机械工业出版社，2009．［3］田坤．数控机床编程、操作与加工实训．北京：电子工业出版社，2009．

作者简介：栗振（1981—），男，河南焦作人，本科，研究方向主要是机械制造、数控。

［责任编辑：翟成梁］