項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償課件

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償任務(wù)1項目教學(xué)單元設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握數(shù)控機床定位精度、重復(fù)定位精度的測量方法。2.掌握編制測量位置精度數(shù)控程序方法。3.掌握數(shù)控機床螺距誤差和反向間隙的補償方法，并檢驗補償效果。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償教學(xué)內(nèi)容雙頻激光干涉儀及步矩規(guī)的原理與操作，數(shù)控機床重復(fù)定位精度，定位精度及反向差值的檢查與誤差補償。數(shù)控機床位置精度（重復(fù)定位精度、定位精度及軸線的反向差值）是數(shù)控機床精度的核心。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償知識點1步距規(guī)與雙頻激光干涉儀步距規(guī)、線紋尺、雙頻激光干涉儀--用來測量數(shù)控機床的定位精度，重復(fù)定位精度?？己艘慌_數(shù)控機床等級的精度組成一般來講分為三類1、幾何精度指影響機床加工精度的組成零部件的精度，包括本身的尺寸、形狀精度及部件裝配后的位置及相互間的運動精度，如平面度、重回度、相交度、平行度、直線度、垂直度等。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償定位精度：

定位精度是指實際位置與指令位置的一致程度,其不一致的量值即為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等產(chǎn)生的誤差，還包括移動部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。定位誤差將直接影響零件加工的精度。定位精度的高低用定位誤差的大小來衡量。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償定位誤差按其出現(xiàn)的規(guī)律可分為兩大類：

(1)系統(tǒng)性誤差誤差的大小和方向或是保持不變，或是按一定的規(guī)律變化。前者稱為常值系統(tǒng)性誤差，后者稱為變值系統(tǒng)性誤差。此類誤差一般可以通過誤差補償方法彌補。

(2)隨機性誤差誤差的大小和方向是不規(guī)律地變化的。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償重復(fù)定位精度：

它是指在數(shù)控機床上，反復(fù)運行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復(fù)定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的精度指標(biāo)。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償步距規(guī)--實物長度標(biāo)準(zhǔn)器（比較對照的標(biāo)準(zhǔn)件），用于檢測數(shù)控機床、坐標(biāo)測量機、影像測量儀等精密儀器，更適用于現(xiàn)場校對激光干涉儀，提高后者的測量準(zhǔn)確。臥式步距規(guī)立式步距規(guī)項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償立臥兩用步距規(guī)圓柱步距規(guī)項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償步距規(guī)，也叫節(jié)距規(guī)，階梯規(guī)。由一系列平行平面構(gòu)成的多尺度端面量具?？捎梢幌盗辛繅K按一定間距疊制成，也可以由整體加工而成。

自制步距規(guī)項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償線紋尺-----以線紋尺刻線為標(biāo)準(zhǔn)，與運動部件移動的距離進行比較測出偏差。該方法解決了任意點直線位置精度的測量，但測量裝置安裝受線紋尺規(guī)格（≤1m）和機床結(jié)構(gòu)限制，測量范圍小，雖然可采用接長法擴大測量范圍，但會引入新的測量誤差，使測量精度和效率大大下降，同時該方法對每一點偏差都要進行方向判別和計算，極易帶入粗大誤差。一般用于較低精度、較小范圍的直線位置精度測量。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償粗大誤差：在一定的測量條件下，超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差，一般地，給定一個顯著性的水平，按一定條件分布確定一個臨界值，凡是超出臨界值范圍的值，就是粗大誤差，它又叫做粗誤差或寄生誤差。產(chǎn)生粗大誤差的主要原因如下：⑴客觀原因：電壓突變、機械沖擊、外界震動、電磁（靜電）干擾、儀器故障等引起了測試儀器的測量值異?；虮粶y物品的位置相對移動，從而產(chǎn)生了粗大誤差；⑵主觀原因：使用了有缺陷的量具；操作時疏忽大意；讀數(shù)、記錄、計算的錯誤等。另外，環(huán)境條件的反常突變因素也是產(chǎn)生這些誤差的原因。線紋尺項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償技術(shù)規(guī)格規(guī)格1:50mm100mm200mm400mm500mm分格值:1mm(國標(biāo)號:JJG73-2005)規(guī)格2:30mm分格值：0.1mm10mm分格值：0.1mm10mm分格值：0.05mm1mm分格值：0.01mm項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償雙頻激光干涉儀---通過光路干涉原理進行測試。精度優(yōu)于百萬分之0.5mm。主要用來測試機床的位置精度，也可以測試直線度、垂直度等。在使用激光干涉儀前，先用步距規(guī)校對一下激光干涉儀，然后再用校對過的激光干涉儀對數(shù)控機床進行測量和修正，將會大大提高數(shù)控機床定位精度。此方法簡便易行，切實有效。因為單獨使用激光干涉儀在許多現(xiàn)場環(huán)境下往往不夠準(zhǔn)確。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償激光干涉儀一般采用的是氦氖激光器，其名義波長為0.633微米（1微米=1×10-6米

）。測量系統(tǒng)組成---激光頭、遙控裝置、計算機、顯示器、空氣傳感器、溫度傳感器及圖形繪制儀等。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償其原理是：把兩束相干光波形合并相干（或引起相互干涉），其合成結(jié)果為兩個波形的相位差，用該相位差來確定兩個光波的光路差值的變化。當(dāng)兩個相干光波在相同相位時，即兩個相干光束波峰重疊，其合成結(jié)果為相長干涉，其輸出波的幅值等于兩個輸入波幅值之和；當(dāng)兩個相干光波在相反相位時，即一個輸入波峰與另一個輸入波谷重疊時，其合成結(jié)果為相消干涉，其幅值為兩個輸入波幅值之差，因此，若兩個相干波形的相位差隨著其光程長度之差逐漸變化而相應(yīng)變化時，那么合成干涉波形的強度會相應(yīng)周期性的變化，即產(chǎn)生一系列明暗相間的條紋，激光器內(nèi)的檢波器，根據(jù)記錄的條紋數(shù)來測量長度，其長度為條紋數(shù)乘以半波長。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償定位精度測量工具和方法

工具----測量定位精度和重復(fù)定位精度的儀器是激光干涉儀、線紋尺、步距規(guī)。其中因用步距規(guī)測量定位精度時操作簡單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無論采用哪種測量儀器，其在全行程上的測量點數(shù)不應(yīng)少于5點（5～15個），測量間距按下式確定：

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償本實驗采用步距規(guī)進行測量。

自制步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖

步距規(guī)指以一定距離為周期重復(fù)出現(xiàn)的測距誤差。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償實驗所用步距規(guī)尺寸P1，P2，…，Pi按100mm間距設(shè)計，測量出P1，P2，…，Pi的實際尺寸作為定位精度檢測時的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測量基準(zhǔn)）。

以加工中心X軸定位精度的測量為例。測量時，將步距規(guī)置于工作臺上，并將步距規(guī)軸線與X軸軸線校平行，令X軸回零；將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動），表頭接觸在P0點，表針置零。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償機床控制盤上用程序控制工作臺按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖（見圖6-2）移動，移動距離依次為P1，P2，…，Pi，表頭則依次接觸到P1，P2，…，Pi點，表盤在各點的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差。按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖測量5次，將各點讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償圖6-2

標(biāo)準(zhǔn)檢驗循環(huán)圖

位置i（m=5）i0123…m=5循環(huán)jj=1,2,..n圖6-2標(biāo)準(zhǔn)檢驗循環(huán)圖項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償最后要按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.2—2000評定方法”對數(shù)據(jù)進行處理，可確定該軸線的定位精度和重復(fù)定位精度。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償目標(biāo)位置Pi：運動部件編程時要達到的位置，下標(biāo)i表示沿軸線選擇的目標(biāo)位置中的第i個位置。

實際位置Pij（i=0~m，j=1~n）：運動部件第j次向第i個目標(biāo)位置趨近時，實際測得的位置(廠家給定值)。

位置偏差Xij：運動部件到達的實際位置與其目標(biāo)位置之差，Xij=Pij–Pi。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償單向趨近：運動部件以相同的方向沿軸線（指直線運動）或繞軸線（指旋轉(zhuǎn)運動）趨近某目標(biāo)位置的一系列測量。符號“↑”表示從正向趨近所得參數(shù)，符號“↓”表示從負向趨近所得參數(shù)，如Xij↑-正向偏差、Xij↓-反向偏差。雙向趨近：運動部件從兩個方向沿軸線或繞軸線趨近某目標(biāo)位置的一系列測量。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償兩個方向沿軸線軸線P項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償兩個方向繞軸線P項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償知識點2傳動誤差分析及測量補償1.因滾珠絲桿副而產(chǎn)生的進給傳動誤差有兩種：a.螺距誤差---絲杠導(dǎo)程的實際值與理論值的偏差。b.反向間隙---絲杠與螺母無相對轉(zhuǎn)動時，絲杠與螺母之間的軸線竄動。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償為什么叫反向間隙？絲杠反向轉(zhuǎn)動時，絲杠轉(zhuǎn)動一角度α，而螺母不直線移動，直到把軸向竄動量走完螺母才會移動。只是在反向時才會有的現(xiàn)象----所以叫反向間隙。消除（減?。┓聪蜷g隙的方法：雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償2.因電動機絲杠連接及轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的間隙誤差電動機與絲杠的連接方式通常有三種:聯(lián)軸器----傳動比1:1特點是:具有較大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動機構(gòu)本身無間隙，傳動精度高；而且結(jié)構(gòu)簡單，安裝、調(diào)整方便。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償同步帶傳動----傳動比由同步帶的齒數(shù)比確定，有間隙。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點，與齒輪傳動相比它結(jié)構(gòu)更簡單，制造成本更低，安裝調(diào)整更方便。并且傳動不打滑、不需要大的張緊力；傳動效率可以達到98~99.5%，最高線速度可以達到80m/s，故廣泛用于一般數(shù)控機床和高速、高精度的數(shù)控機床傳動。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償齒輪傳動----傳動比由齒輪副的齒數(shù)比確定，有間隙，傳遞扭矩大。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償優(yōu)點：①可以降低絲杠、工作臺的慣量在系統(tǒng)中所占的比重，提高進給系統(tǒng)的快速性。②可以充分利用伺服電動機高轉(zhuǎn)速、低扭矩的性能，使其變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速、大扭矩輸出，獲得更大的進給驅(qū)動力。③在開環(huán)步進系統(tǒng)中還可起到機械、電氣間的匹配作用，使數(shù)控系統(tǒng)的分辨率和實際工作臺的最小移動單位統(tǒng)一。④進給電動機和絲杠中心可以不在同一直線上，布置靈活。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償缺點：①傳動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低傳動效率，增加噪聲。②傳動級數(shù)的增加必將帶來傳動部件的間隙和摩擦的增加，從而影響進給系統(tǒng)的性能。③傳動齒輪副有間隙存在，在開環(huán)、半閉環(huán)系統(tǒng)中，將影響加工精度；在閉環(huán)系統(tǒng)中，由于位置反饋的作用，間隙產(chǎn)生的位置滯后量雖然能通過系統(tǒng)的閉環(huán)自動調(diào)節(jié)得到補償，但它將帶來反向時沖擊，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償3.因伺服機構(gòu)的類型不同而產(chǎn)生的間隙誤差伺服機構(gòu)分為三種類型：開環(huán)系統(tǒng)-在開環(huán)系統(tǒng)中，不進行位置和速度的檢測，電動機將依據(jù)電脈沖驅(qū)動進給運動達到期望的位置。開環(huán)系統(tǒng)采用步進電動機作為動力源，并且假定只要輸入一定數(shù)量的電脈沖，機床就有相應(yīng)的位移量。由于沒有檢測元器件，構(gòu)成這樣的系統(tǒng)成本較低，但是它的缺點是一旦產(chǎn)生誤差，就會逐漸積累。所以間隙補償效果明顯。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償開環(huán)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償特點：結(jié)構(gòu)簡單，步進驅(qū)動、步進電機，無位置速度反饋。步進電機----步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償全閉環(huán)系統(tǒng)為了測量直線進給運動，沿導(dǎo)軌移動方向安裝直線位移傳感器，直接測量工作臺的位移。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償特點：精度高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機，有直線位移、速度檢測裝置，價格貴，調(diào)試?yán)щy，間隙補償效果不明顯。伺服電機----伺服電機（servomotor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償而半閉環(huán)系統(tǒng)則把角位移傳感器安裝在滾珠絲杠端部，測量其角位移，顯然，這時傳感器測出角位移的值不能反映滾珠絲杠本身的行程誤差及其變形，以及滾珠絲杠副以后傳動鏈所產(chǎn)生的那部分工作臺的位移誤差。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償特點：精度較高，采用交流或直流伺服驅(qū)動及伺服電機，有角位移、角速度檢測裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，間隙補償效果比較明顯。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償4.數(shù)控機床位置精度的測量方法及評定標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421.2—2000項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償知識點3.1.螺距補償數(shù)控機床軟件補償?shù)幕驹硎窃跈C床的機床坐標(biāo)系中，在無補償?shù)臈l件下，在軸線測量行程內(nèi)將測量行程等分為若干段，測量出各目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差

=項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補指令上，如下圖所示，指令要求沿Z軸運動到目標(biāo)位置Pi，目標(biāo)實際位置為Pij,該點的平均位置偏差為項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償將該值輸入系統(tǒng)，則系統(tǒng)CNC在計算時自動將目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差疊加到插補指令上，實際運動位置為: 使誤差部分抵消，實現(xiàn)誤差的補償。項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償2.反向間隙補償反向間隙補償又稱為齒隙補償。機械傳動鏈在改變轉(zhuǎn)向時，由于反向間隙的存在，會引起伺服電機的空轉(zhuǎn)，而無工作臺的實際運動，又稱失動。反向間隙補償原理是在無補償?shù)臈l件下，在軸線測量行程內(nèi)將測量行程等分為若干段，測量出各目標(biāo)位置Pi的平均反向差值，作為機床的補償參數(shù)輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)軸反向運動時，自動先讓該坐標(biāo)反向運動值，然后按指令進行運動。

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償·某一位置的單向平均位置偏差↑或(↓)：運動部件n次單向趨近某一位置Pi所得的位置偏差的算術(shù)平均值，即

↑=↑,

↓=↓項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償某一位置的雙向平均位置偏差：運動部件從兩個方向趨近某一位置Pi所得的單向平均位置偏差

↑和↓的算術(shù)平均值,即

=（↑+↓）/2

項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償某一位置的反向差值Bi：運動部件從兩個方向趨近某一位置時兩單向平均位置偏差之差值，即

Bi=↑-↓項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床位置精度檢測與補償項目六數(shù)控機床