论文部分内容阅读
摘要： 机床坐标系的原点为机械原点，是X、Y、Z三个坐标轴平面的交点。机械原点在机床制造出来时就已确定，不能随意改变。加工中心加工零件时，必须确定工件坐标系，工件坐标系是以机械原点为参考点建立的，机床进行原点复归后，找到机械原点，因此原点复归的精度直接影响工件的定位精度。基于此，本文笔者阐述了加工中心机械原点偏移和电气原点偏移的原因，列举一些实例，提出了相应的解决方法，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
关键词：原点偏移 机械原点 电气原点 栅点
中图分类号 TG5 文献标识码A
一、机械原点偏移
1、机械原点位置变化的原因
（1）滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙 当丝杠转动时，螺母随丝杠的转动作直线运动。滚珠丝杠螺母副的传动误差主要由螺母副本身的制造误差及安装误差形成。它的接触变形较大，因此其润滑、摩擦条件、表面粗糙度及材料质量、热处理硬度都会间接影响传动精度和间隙。
（2）机械进给部分的热变形 机床持续工作，由摩擦温升引起的变形而产生机械原点偏移。其热源有电机发热，滚珠丝杠螺母副、轴承以及导轨等相对运动部分的摩擦发热，还受到由切屑带来的切削热的影响。
2、减少机械原点位置变动的方法
（1）减少滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙 例如北三机ZH5120A原点复归后，加工时Z轴有时上升，有时下降，上下变化1.2mm，操作工反映机床原点偏移，反复调整工件原点位置无效。原因为Z轴丝杠没有固紧，有传动间隙，使机械原点变动，并且有传动误差，Z轴回指定点时，在指定点上下变化所致。固紧Z轴丝杠，减少丝杠安装部分和驱动部分的间隙，即可使机械原点不再变动，同时也消除了定位误差，可进行稳定加工。
（2）减少机械进给部分的热变形 例如夏季时，日本远洲DTCL加工的零件由三坐标测量机测出其定位尺寸偏差0.0l mm。原因为随气温的变化，丝杠伸长量为0.01 mm，需调整其工件坐标原点的相对位置。解决方法是减少机床热变形的影响，使机械坐标原点固定。a.改进机床布局，采用热对称结构。DTCL X、Y、Z轴的机床原点位于各坐标轴的中心，即原点碰块在坐标轴的中心。b.控制温升，对机床发热部件采取散热来吸收热源发出的热量，各进给电机有风扇来散热。c.对切削部位采取强冷措施，采用多喷嘴、大流量冷却液冷却并排除炽热的切屑。
（3）从设备维护上考虑 a.定期点检，减少机械传动部分的几何误差。适时加油，减少相对运动件间的摩擦，降低摩擦温升。b.采用定位误差补偿法，定期测定各坐标轴的原点复归误差，在CNC系统中进行计算机辅助补偿，由计算机将误差曲线存储起来，根据轴编码器测出的坐标位置，加上误差曲线所对应的值，即为真正的机械原点位置。定位误差补偿还可以补偿坐标轴由于磨损等引起的精度损失，进行坐标轴校准。
机械原点偏移还有直线导轨误差的原因，当导轨面存在直线度误差、平面度误差、两导轨间的平行度误差等都会使导轨副的运动件偏离给定方向运行。或者产生运动轨迹的不直线性，使运动件上下或左右摆动，从而使机械原点变动，产生机械原点偏移。
二、电气原点偏移
1、电气原点偏离一个栅点间隔
机床在作原点复归时，由于行程开关动作的延时，行程开关离开原点碰块停止的位置，有时在此栅点，有时在下一个栅点，当在下一个栅点时，则电气原点位置偏移了一个栅点间隔。栅点间隔为编码器每转一圈所有脉冲数的等量间隔。
2、电气原点的随机偏移
（1）伺服进给系统位移误差 如：电机的轴编码器有故障或电源电压太低，使其不能正常工作，数控系统主控制板的位置控制部分不良。
（2）接口误差 连接电缆接触不良，造成信号传递失灵。
（3）電磁干扰 a.电源有干扰。交流供电电源受邻近大功率用电设备启制动影响，造成电源电压波动，以及电器开关通断电时由电火花产生的高频电磁干扰。其中一部分直接通过电源装置本身的供电线路进入内部电子线路，引起控制失常；另一部分通过电磁感应从缺乏屏蔽隔离措施的一些控制信号耦合到控制系统中，造成误动作。b.系统信号的干扰。机床接地中要求数控系统信号地、功率地、强电地、机床地等连接到公共接地点上，总公共接地点必须与大地接触良好。如果屏蔽地连接不良，电子元器件相互之间通过公共的导线阻抗，信号产生畸变或交叉干扰。c.各工作部件间的干扰。如轴编码器的信号线和电源电缆靠得太近易受电磁干扰产生错误信号。
三、电气原点偏移的解决方法
（1）电气原点偏离一个栅点间隔的解决方法 a.调整挡块安装位置，使原点磁场离开的位置在栅点的中心。b.设定栅点掩蔽量，在栅点掩蔽的位置有栅点时，此点被忽略，相当于碰块延长，延长量为栅点掩蔽量，设定原点碰块离开的位置在栅点的中心。确定原点碰块离开的位置是否在栅点的中心位置，可在机床原点复归后，从伺服画面读出栅格量的值，若该值为丝杠螺距的一半左右即可。若差得太多，反复调整栅点掩蔽量，机床原点复归后，直到读出栅格量的值为丝杠螺距的一半左右。
（2）电气原点的随机误差的解决方法 电气原点随机偏差的原因都是电气元器件不能正常工作所致，排除了异常情况，就可解决电气原点的随机偏差。对于伺服进给系统位移误差：检查轴编码器和数控系统主控制板，不良时更换；检查轴编码器的电源电压，使其正常工作。对于接口误差：检查连接电缆是否接触不良，使其正常工作。对于干扰：采用抗干扰的电源，如交流电源滤波器；减少系统信号的干扰，如机床屏蔽地接触不良；减少各工作部件间的干扰，如轴编码器的信号线和电源电缆不要靠得太近；尽量避免强电信号对弱电信号的干扰，在两种信号线的布局、走向上应加以区别，可分别独立配线、相互间隔一定距离。
结束语
总而言之，在对工件进行机械加工的过程中，由于工件材质、形状和加工区域等因素的不一致，坐标系和坐标原点的建立和确定往往存在一定的难度，而且在大批量的生产加工中，由于工件夹位置漂移的不可避免性，使得重复加工的精度无法达到统一，所以我们必须要在以后的实际工作中进一步强化对加工中心原点偏移的控制。
参考文献
[1]何永华.数控机床坐标系的探究[J].希望月报（上半月），2007.08.
[2]张国政，杨海卉.笛卡尔坐标系在数控机床中的应用[J].重庆科技学院学报，2012.02.
关键词：原点偏移 机械原点 电气原点 栅点
中图分类号 TG5 文献标识码A
一、机械原点偏移
1、机械原点位置变化的原因
（1）滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙 当丝杠转动时，螺母随丝杠的转动作直线运动。滚珠丝杠螺母副的传动误差主要由螺母副本身的制造误差及安装误差形成。它的接触变形较大，因此其润滑、摩擦条件、表面粗糙度及材料质量、热处理硬度都会间接影响传动精度和间隙。
（2）机械进给部分的热变形 机床持续工作，由摩擦温升引起的变形而产生机械原点偏移。其热源有电机发热，滚珠丝杠螺母副、轴承以及导轨等相对运动部分的摩擦发热，还受到由切屑带来的切削热的影响。
2、减少机械原点位置变动的方法
（1）减少滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙 例如北三机ZH5120A原点复归后，加工时Z轴有时上升，有时下降，上下变化1.2mm，操作工反映机床原点偏移，反复调整工件原点位置无效。原因为Z轴丝杠没有固紧，有传动间隙，使机械原点变动，并且有传动误差，Z轴回指定点时，在指定点上下变化所致。固紧Z轴丝杠，减少丝杠安装部分和驱动部分的间隙，即可使机械原点不再变动，同时也消除了定位误差，可进行稳定加工。
（2）减少机械进给部分的热变形 例如夏季时，日本远洲DTCL加工的零件由三坐标测量机测出其定位尺寸偏差0.0l mm。原因为随气温的变化，丝杠伸长量为0.01 mm，需调整其工件坐标原点的相对位置。解决方法是减少机床热变形的影响，使机械坐标原点固定。a.改进机床布局，采用热对称结构。DTCL X、Y、Z轴的机床原点位于各坐标轴的中心，即原点碰块在坐标轴的中心。b.控制温升，对机床发热部件采取散热来吸收热源发出的热量，各进给电机有风扇来散热。c.对切削部位采取强冷措施，采用多喷嘴、大流量冷却液冷却并排除炽热的切屑。
（3）从设备维护上考虑 a.定期点检，减少机械传动部分的几何误差。适时加油，减少相对运动件间的摩擦，降低摩擦温升。b.采用定位误差补偿法，定期测定各坐标轴的原点复归误差，在CNC系统中进行计算机辅助补偿，由计算机将误差曲线存储起来，根据轴编码器测出的坐标位置，加上误差曲线所对应的值，即为真正的机械原点位置。定位误差补偿还可以补偿坐标轴由于磨损等引起的精度损失，进行坐标轴校准。
机械原点偏移还有直线导轨误差的原因，当导轨面存在直线度误差、平面度误差、两导轨间的平行度误差等都会使导轨副的运动件偏离给定方向运行。或者产生运动轨迹的不直线性，使运动件上下或左右摆动，从而使机械原点变动，产生机械原点偏移。
二、电气原点偏移
1、电气原点偏离一个栅点间隔
机床在作原点复归时，由于行程开关动作的延时，行程开关离开原点碰块停止的位置，有时在此栅点，有时在下一个栅点，当在下一个栅点时，则电气原点位置偏移了一个栅点间隔。栅点间隔为编码器每转一圈所有脉冲数的等量间隔。
2、电气原点的随机偏移
（1）伺服进给系统位移误差 如：电机的轴编码器有故障或电源电压太低，使其不能正常工作，数控系统主控制板的位置控制部分不良。
（2）接口误差 连接电缆接触不良，造成信号传递失灵。
（3）電磁干扰 a.电源有干扰。交流供电电源受邻近大功率用电设备启制动影响，造成电源电压波动，以及电器开关通断电时由电火花产生的高频电磁干扰。其中一部分直接通过电源装置本身的供电线路进入内部电子线路，引起控制失常；另一部分通过电磁感应从缺乏屏蔽隔离措施的一些控制信号耦合到控制系统中，造成误动作。b.系统信号的干扰。机床接地中要求数控系统信号地、功率地、强电地、机床地等连接到公共接地点上，总公共接地点必须与大地接触良好。如果屏蔽地连接不良，电子元器件相互之间通过公共的导线阻抗，信号产生畸变或交叉干扰。c.各工作部件间的干扰。如轴编码器的信号线和电源电缆靠得太近易受电磁干扰产生错误信号。
三、电气原点偏移的解决方法
（1）电气原点偏离一个栅点间隔的解决方法 a.调整挡块安装位置，使原点磁场离开的位置在栅点的中心。b.设定栅点掩蔽量，在栅点掩蔽的位置有栅点时，此点被忽略，相当于碰块延长，延长量为栅点掩蔽量，设定原点碰块离开的位置在栅点的中心。确定原点碰块离开的位置是否在栅点的中心位置，可在机床原点复归后，从伺服画面读出栅格量的值，若该值为丝杠螺距的一半左右即可。若差得太多，反复调整栅点掩蔽量，机床原点复归后，直到读出栅格量的值为丝杠螺距的一半左右。
（2）电气原点的随机误差的解决方法 电气原点随机偏差的原因都是电气元器件不能正常工作所致，排除了异常情况，就可解决电气原点的随机偏差。对于伺服进给系统位移误差：检查轴编码器和数控系统主控制板，不良时更换；检查轴编码器的电源电压，使其正常工作。对于接口误差：检查连接电缆是否接触不良，使其正常工作。对于干扰：采用抗干扰的电源，如交流电源滤波器；减少系统信号的干扰，如机床屏蔽地接触不良；减少各工作部件间的干扰，如轴编码器的信号线和电源电缆不要靠得太近；尽量避免强电信号对弱电信号的干扰，在两种信号线的布局、走向上应加以区别，可分别独立配线、相互间隔一定距离。
结束语
总而言之，在对工件进行机械加工的过程中，由于工件材质、形状和加工区域等因素的不一致，坐标系和坐标原点的建立和确定往往存在一定的难度，而且在大批量的生产加工中，由于工件夹位置漂移的不可避免性，使得重复加工的精度无法达到统一，所以我们必须要在以后的实际工作中进一步强化对加工中心原点偏移的控制。
参考文献
[1]何永华.数控机床坐标系的探究[J].希望月报（上半月），2007.08.
[2]张国政，杨海卉.笛卡尔坐标系在数控机床中的应用[J].重庆科技学院学报，2012.02.