1引言為了滿足日益增長(zhǎng)的食品、飲料化工產(chǎn)品包裝的需要青島卓東機(jī)械科技有限公司研制了JK-20型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控沖床，解決了輕工行業(yè)中利用普通沖床進(jìn)行板料沖壓加工生產(chǎn)率低、耗材多、易發(fā)生工傷事故等問(wèn)題。但當(dāng)在該數(shù)控沖床上沖壓印花板料時(shí)，要求印花位于沖裁件中心，這樣對(duì)該數(shù)控沖床的定位精度提出了較高的要求。為了解決該經(jīng)濟(jì)型開(kāi)環(huán)數(shù)控沖床定位精度低的問(wèn)題，我們分析了其定位誤差產(chǎn)生的原因，根據(jù)沖壓加工工藝特點(diǎn)，預(yù)先對(duì)其工作臺(tái)的定位誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)定，利用軟件進(jìn)行定位誤差補(bǔ)償，提高其加工精度02定位誤差產(chǎn)生的原因由功率步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)產(chǎn)生的定位誤差主要有：(1)由絲杠驅(qū)動(dòng)引起的工作臺(tái)x'y坐標(biāo)方向全程分布隨位移非線性變化的誤差。這一誤差在一定時(shí)間內(nèi)具有相對(duì)的穩(wěn)定性但隨著系統(tǒng)投入使用的時(shí)間增長(zhǎng)傳動(dòng)副的磨損等還會(huì)發(fā)生變化。(2)由絲杠產(chǎn)生的反向間隙誤差：(3)由x'y軸導(dǎo)軌不垂直產(chǎn)生的誤差：(4)由功率步進(jìn)電機(jī)失步、過(guò)沖產(chǎn)生的誤差。引起步進(jìn)電機(jī)失步和過(guò)沖的原因?yàn)椋哼^(guò)載，起、停過(guò)程中的升降速運(yùn)動(dòng)不合適，靜態(tài)鎖定電流值小。當(dāng)選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，使系統(tǒng)的負(fù)載力矩不超過(guò)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性線，并留有一走余量，同時(shí)選擇適當(dāng)?shù)纳殿l規(guī)律和曲線與靜態(tài)鎖定電流這樣步進(jìn)電機(jī)很少出現(xiàn)失步和過(guò)沖現(xiàn)象。因此我們只對(duì)前三項(xiàng)定位誤差進(jìn)行分析并加以補(bǔ)償。3定位誤差補(bǔ)償3.1非線性位移誤差補(bǔ)償由絲杠驅(qū)動(dòng)引起的工作臺(tái)x、y坐標(biāo)方向全程分布的非線性位移誤差在一定時(shí)間內(nèi)是一常值誤差，因此工作臺(tái)安裝調(diào)整好后，預(yù)先對(duì)工作臺(tái)定位誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量和處理。測(cè)量可采用感應(yīng)同步器及數(shù)顯裝置或激光測(cè)量裝置等。
  在加工中可根據(jù)預(yù)先測(cè)量的定位誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償。由于其非線性位移誤差曲線基本不變性，因此我們可根據(jù)預(yù)先測(cè)量的定位誤差，按一定精度在x軸上取一系列離散點(diǎn)，根據(jù)離散點(diǎn)的誤差將其補(bǔ)償值（以脈沖當(dāng)量為單位）建立成表格，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存。如某點(diǎn)的誤差為2.1個(gè)脈沖當(dāng)量，我們可取補(bǔ)償值為2個(gè)脈沖當(dāng)量（補(bǔ)償脈沖當(dāng)量取誤差的整數(shù)倍，即將誤差值（以脈沖當(dāng)量計(jì)）四舍五入取其整數(shù)）。即工作臺(tái)移動(dòng)到該點(diǎn)時(shí)，控制脈沖減少2個(gè)脈沖。這樣理論上可將工作臺(tái)精度控制在0.5個(gè)脈沖當(dāng)量?jī)?nèi)。根據(jù)以上補(bǔ)償原理可對(duì)工作臺(tái)位移逐點(diǎn)比較補(bǔ)償?shù)?dāng)逐點(diǎn)比較補(bǔ)償時(shí)'要占用微機(jī)的大量存取空間還要有足夠的運(yùn)算速度，這樣對(duì)由單片機(jī)開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中有一定困難?？紤]到?jīng)_床沖壓加工是點(diǎn)位控制的特點(diǎn)，只需要對(duì)工件定位點(diǎn)（沖壓點(diǎn)）進(jìn)行補(bǔ)償?；诖藳_壓加工特點(diǎn)，給微機(jī)軟件補(bǔ)償定位誤差帶來(lái)了很大的方便。設(shè)工作臺(tái)線性誤差如圖la所示，圖lb為加工時(shí)的沖壓點(diǎn)xl，x2…．，xk，xk+l．．．由圖la可建立非線性位移誤差補(bǔ)償表。
  當(dāng)工作臺(tái)在x方向途料時(shí)，假設(shè)起始點(diǎn)從絕對(duì)原點(diǎn)開(kāi)始，在x1，x2…．，xk，xk+l…．7中壓加工，當(dāng)沖壓xl點(diǎn)時(shí)，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的理論脈沖數(shù)為：Lxl=Xl／6式中中一一脈沖當(dāng)量。由于非線性位移誤差的存在，當(dāng)微機(jī)發(fā)出Lxl個(gè)脈沖數(shù)時(shí)，x方向途料不在x1點(diǎn)。查表得xl點(diǎn)的非線性位移誤差為Exl（以脈沖當(dāng)量計(jì)），微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)為：LB (Xl) =Lxl-Exl(2)由于xl點(diǎn)的誤差補(bǔ)償，x1點(diǎn)到x2點(diǎn)的非線性誤差曲線平移成圖la中的虛線。因此在沖壓x2點(diǎn)時(shí)，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)為：LB (X2)一(Lx2-Lxl) - (Ex2-Exl)=Lx2-LB (xl) -Ex2同理，當(dāng)點(diǎn)X2的誤差補(bǔ)償后，x2點(diǎn)到x3點(diǎn)的非線性誤差曲線就變成圖la中的虛線因此在沖壓x3點(diǎn)時(shí)微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)為：LB (x3) = (Lx3-Lx2) - (Ex3-Ex2)  =Lx3- [LB (x2) +LB (xl) ] -Ex3(4)由歸納法可求得：當(dāng)沖壓任意點(diǎn)xk，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)，即x方向誤差補(bǔ)償式為：
  式中LB (xk) --x方向從k-l點(diǎn)到k點(diǎn)經(jīng)補(bǔ)償后需走的實(shí)際位移（以脈沖量計(jì)）Lxk--x方向當(dāng)前點(diǎn)（k點(diǎn)）的理論坐標(biāo)值（距坐標(biāo)原點(diǎn)）LB (xi) --x方向當(dāng)前k點(diǎn)以前，從i一1點(diǎn)到i點(diǎn)，經(jīng)補(bǔ)償后需走的實(shí)際位移Exk--x方向非線性誤差曲線上對(duì)應(yīng)于點(diǎn)xk的誤差值從式(5)可知，LB (xk)只與當(dāng)前點(diǎn)的理論坐標(biāo)值、當(dāng)前點(diǎn)的誤差值和當(dāng)前點(diǎn)以前所有沖壓點(diǎn)補(bǔ)償后實(shí)際從其前一沖壓點(diǎn)到該點(diǎn)的實(shí)際位移的和，當(dāng)前點(diǎn)的誤差值可從建立的表格中查出如果表格中該點(diǎn)不存在，利用其表格中的前后點(diǎn)用插補(bǔ)法求出，當(dāng)前點(diǎn)以前所有沖壓點(diǎn)補(bǔ)償后實(shí)際從其前一沖壓點(diǎn)到該點(diǎn)的實(shí)際位移的和可設(shè)一累加器存儲(chǔ)。因此用此式進(jìn)行誤差補(bǔ)償是很方便的。根據(jù)以上原理，同樣可推導(dǎo)出y方向誤差補(bǔ)償?shù)钠毡槭剑?br />  誤差補(bǔ)償式(5)、(6)是在工作臺(tái)從絕對(duì)原點(diǎn)開(kāi)始洽正向途料定位加工的情況下推導(dǎo)得到的。但實(shí)際加工中，工作臺(tái)不但從絕對(duì)原點(diǎn)開(kāi)始洽正向送料定位加工，而且要洽負(fù)向途料定位加工。一般途料定位加工過(guò)程如圖2所示。在一艘隋況下誤差補(bǔ)償式(5)、(6)是否成立，下面就給以討論?？诮^對(duì)原點(diǎn)O相對(duì)加工點(diǎn)、Y途料定位方向-X途料定位方向圖2沖壓途料定如圖3a'工作臺(tái)由絕對(duì)原點(diǎn)開(kāi)始洽正向途料定位加工定位加工點(diǎn)為x1為2，．．．，xn，n點(diǎn)沖壓加工后，y向途料，再?gòu)膎點(diǎn)沿負(fù)向途料定位加工，定位加工點(diǎn)為xn+l，xn+2，…，xn+k---。當(dāng)加工n點(diǎn)時(shí)：
  由于n點(diǎn)的誤差補(bǔ)償，n點(diǎn)到n+l點(diǎn)的誤差曲線平移到圖3b中的虛線，途料定位加工n+l點(diǎn)時(shí)，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)為:由n+l點(diǎn)的誤差補(bǔ)償，n+l點(diǎn)到n+2點(diǎn)的誤差曲線平移到圖3b中的虛線，途料定位加工n+2點(diǎn)時(shí)，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)為：
  由歸納法可得，當(dāng)途料定位加工任一點(diǎn)n+k時(shí)，微機(jī)應(yīng)發(fā)出的實(shí)際脈沖數(shù)，即x方向誤差補(bǔ)償式為：
  由此可知式(5)、(6)具有普通意義0 3.2反向間隙誤差補(bǔ)償由于絲杠螺母副之間的間隙存在，當(dāng)工作臺(tái)反向時(shí)，必產(chǎn)生反向間隙誤差而影響到工作臺(tái)途料定位精度。絲杠螺母副之間的間隙具有兩個(gè)特點(diǎn)：(1)具有相對(duì)的穩(wěn)定性，即在一定范圍內(nèi)間隙是一個(gè)常數(shù)；(2)隨著機(jī)械傳動(dòng)的磨損而相應(yīng)增加。因此，預(yù)先測(cè)出其間隙，利用反向間隙的統(tǒng)計(jì)平均值，對(duì)其產(chǎn)生的定位誤差進(jìn)行軟件補(bǔ)償。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，只需設(shè)計(jì)一方向寄存器，用來(lái)判斷工作臺(tái)是否換向。采用不換向不補(bǔ)償，每換向一次補(bǔ)償一次來(lái)消除絲杠螺母的反向間隙誤差。3.3x、y軸不垂直產(chǎn)生的定位誤差補(bǔ)償前面分析了由絲杠驅(qū)動(dòng)引起的工作臺(tái)x、y坐標(biāo)方向全程分布的非線性位移誤差的補(bǔ)償。當(dāng)x'y兩軸不垂直而產(chǎn)生的定位誤差補(bǔ)償沒(méi)包括在內(nèi)?？紤]兩軸不垂直而引起的幾何誤差是個(gè)線性函數(shù)，其值為：的Exn、Eyn中，就可同時(shí)消除x'y軸不垂直產(chǎn)生的定位誤差。這樣定位誤差的補(bǔ)償式即為：
  4結(jié)論此定位誤差補(bǔ)償方法用在我們開(kāi)發(fā)的兩臺(tái)數(shù)控沖床上，該數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量為1/15mm當(dāng)沖壓75mm的印花圓盒和60mm的印花圓盒蓋時(shí)，每分鐘沖壓1 80次，其定位精度達(dá)到+0.10mm，滿足了生產(chǎn)廠家的技術(shù)指標(biāo)。此定位誤差補(bǔ)償方法簡(jiǎn)單可靠容易用軟件編程實(shí)現(xiàn)在不增加任何硬件的基礎(chǔ)上，可在一定程度上提高數(shù)控沖床的定位精度。當(dāng)系統(tǒng)投入使用一定時(shí)間后，可重新對(duì)其工作臺(tái)定位誤差動(dòng)態(tài)測(cè)量，修正表格，消除傳動(dòng)件磨損引起的定位誤差的變化。本文以數(shù)控沖床為例，但其應(yīng)用可推廣到所有點(diǎn)位數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償。