[发明专利]一种数控机床数控轴位移精度的连续补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床数控轴位移精度的连续补偿方法。 

背景技术

在数控机床中，对某一个数控轴(或称为坐标轴)的位置控制采用方向信号加走步脉冲信号或正方向走步脉冲信号加负方向走步脉冲信号进行控制，不管采用那种方式，其结果都一样，即每当伺服控制器或步进电机驱动器收到由上位机发来的一个走步脉冲信号，则令伺服电机或步进电机旋转一个固定转角，再通过传动链(联轴器、减速器、丝杆螺母副等)将电机转角转换成数控轴的一个固定位移量——脉冲当量(用t表示)，配合方向信号就可使数控轴按指令(发给伺服控制器或步进电机驱动器的走步脉冲个数和方向信号)作往复定点运动，因此上位机发来的走步脉冲个数确定了数控轴的位移量；由于电机的转角存在误差，传动链上的机械零件存在制造误差，以及传动链的装配也存在装配误差等等，都会导致数控轴的脉冲当量存在误差，而且传动链还存在机械间隙，还会导致数控轴在换向时存在一个间隙误差。因此所谓补偿，实际是对由上位机发给伺服控制器或步进电机驱动器的脉冲个数根据对数控轴实际误差的测量进行一定量的修正(增或减脉冲个数)，因此其补偿量的最小值是一个脉冲当量；现在的数控机床为了提高机床的“定位精度”，有的采用了分别对数控轴进行“定位精度”补偿，其中心含义是在数控轴上选择若干测试点(例如A、B、C、D、E、F、G、H各点)，测量各测试点相对原点的误差值(δ_a、δ_b、δ _c、δ_d、δ_e、δ_f、δ_g、δ_h)，将这些误差值输入上位机中，如果要求数控轴从A点移动至G点，上位机应向伺服控制器或步进电机驱动器发出S个走步脉冲， 

则：S＝(L/t)-(δ_g-δ_a)/t 

式中L为要求数控轴从A点至G点的距离；t为数控轴的脉冲当量；δ_g为G点的误差值；δ_a为A点的误差值，δ_a和δ_g均为有符号数，如果数控轴在到达A点前是反向运行至A点，则发出的脉冲数还要加上一个全行程相同的机械间隙值；如果起点或终点不在测试点上(而且多数情况都不在测试点上)，则按就近原则选用就近的测式点的误差值代替实际点的误差值。从以上的分析不难看出采用这种方法对数控轴进行“定位精度”补偿存在以下缺陷： 

1、这种补偿方法只考虑了终点相对起点的误差，而没有考虑从起点至终点之间存在的误差(例如当运行到B点、C点、D点、E点、F点时这些 点相对起点的误差)，没有对数控轴进行连续补偿，根据数控机床轨迹加工的插补原理，这些误差会导致比较大的加工轨迹误差。 

2、如果要求数控轴的“定位精度”较高则必须选择较密集的点进行测试(例如有的数控系统要求单轴的测试点数达上千点)，这在实际使用中是比较困难的，特别是在机床使用单位要恢复机床精度时更为困难。 

3、对任意一台数控机床的数控轴进行测试，其机械间隙值在各点(或各个段内)不是一个相同的值，特别是已经使用过较长时间的机床，其机械磨损在整个行程范围内各点(或各段)是不相同的(特别是丝杆的磨损)，因此其机械间隙不是一个相同的值，采用相同的间隙补偿就很不合适，对机床的维修(灰复机床数控轴的精度)极为不利。 

用激光干涉仪对数控机床数控轴的位移精度进行检测分析不难发现，数控轴的“位移-误差”曲线在全程范围内是非线性的，且顺向运行和反t向运行的“位移-误差”曲线不重合(顺向与反向的误差不相等)，要实现数控轴的连续误差补偿，必须知道其正向和反向的“误差-曲线”方程(或模型)，这几乎是不可能的。 

数控机床数控轴的机械间隙主要由机械的制造误差、装配间隙，以及机床在使用中的磨损产生，一般情况下，数控轴的机械间隙在行程范围内的变化较小，且相对稳定，因此一般数控机床都采用固定机械间隙补偿(在整个行程范围内采用相同的间隙补偿)，但是，对已经使用过较长时间的机床，其机械间隙有较大的变化，其主要原因是各行程段的使用频率不一样，造成的机械磨损程度不同。 

发明内容

发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能够实现数控轴的定位精度补偿、数控机床的运动轨迹误差补偿及数控轴的分段间隙补偿的数控机床数控轴位移精度的连续补偿方法。 

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：