{数控加工管理}数控机床精度检验与补偿

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1、学习单元7数控机床精度检验与补偿,数控机床精度的概念 测量仪器仪表 用步距规作精度检验与螺距补偿的方法 定位精度的确定 学生对数控机床进行定位精度检验和螺距补偿,考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三类： 1、几何精度 指影响机床加工精度的组成零部件的精度，包括本身的尺寸、形状精度及部件装配后的位置及相互间的运动精度，如平面度、重回度、相交度、平行度、直线度、垂直度等。 2、位置精度 简单的讲，位置精度就是指机床刀具趋近目标位置的能力。它是通过对测量值进行数据统计分析处理后得出来的结果。一般由定位精度、重复定位精度及反向间隙三部分组成。 3、工作精度 通过用机床加工规定的试件，对加工后的

2、试件进行精度测量，评价是否符合规定的设计要求。,1、数控机床精度的概念,定位精度：定位精度是指实际位置与指令位置的一致程度,其不一致量即为定位误差其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。 重复定位精度：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标,1、数控机床精度的概念,反向间隙：在进给轴运动方向发生改

3、变时，机械传动系统都存在一定的间隙，这个间隙称为反向间隙，它会造成工作台定位误差，间隙太大还会造成系统振荡。,1、数控机床精度的概念,2、测量仪器仪表,2.1百分表 用于测量精度要求不高的场合，用于测量反向间隙。 2.2激光干涉仪 激光干涉仪量程大（几十米），测量精度高（0.01微米级）可以用于反向间隙和螺距误差。新型的激光干涉仪还具有测量机床几何误差、补偿数据自动生成和输入的功能。,2.2激光干涉仪,2、测量仪器仪表,2.2激光干涉仪,2、测量仪器仪表,2.2激光干涉仪,2、测量仪器仪表,激光干涉仪功能 直线定位精度、重复定位精度测量 螺距误差测试、补偿 旋转工作台测试 角度测量 直线度测量

4、 垂直度测量,2、测量仪器仪表,2.3球杆仪,2、测量仪器仪表,2.3球杆仪,2、测量仪器仪表,2.3球杆仪测试系统,2、测量仪器仪表,球杆仪功能 循圆测试提供快速且有效的方法来进行工具机循迹精度的量测。循圆测试能显示在循圆路径两轴同动的情形。当机器多轴沿着循圆轨迹移动时，任一轴会以正弦波形的加速度、速度及位置变化运行。量测循圆路径资料将可显示机器移动路径与理想圆路径的偏离量，绘制出的外型将可用来诊断与伺服不匹配、背隙、反向凸波、直角度误差、周期性误差、黏滞度、机器振动的关联性。,2、测量仪器仪表,2.3球杆仪测试图片,2、测量仪器仪表,2.3球杆仪测试图片,2、测量仪器仪表,2.4步距规,功

5、能：确定定位精度和重复定位精度，进行反向间隙补偿和螺距补偿,2、测量仪器仪表,用步距规测量定位精度因其操作简单而在批量生产中被广泛采用 3.1测量方法 步距规结构如图1所示：尺寸P1、P2、. Pi按100mm间距设计，加工后测量出P1、P2、. Pi的实际尺寸作为定位精度检测时的目标位置坐标（测量基准）。测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线与Z轴轴线校平行，令Z轴回零；将杠杆千分表固定在主轴箱上（不移动），表头接触在P0点，表针置零；用程序控制工作台按标准循环图（图2）移动，移动距离依次为P1、P2、. Pi，表头则依次接触到P1、P2、. Pi点，表盘在各点的读数则为该位置的单向位

6、置偏差，按标准循环图测量5次，将各点读数（单向位置偏差）记录在记录表中，按“GB/T12421.299标准”对数据进行处理，可确定该坐标的定位精度和重复定位精度。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.3螺距补偿原理 数控机床软件补偿的基本原理是在机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置Pi的平均位置偏差 把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如下图所示，指令要求沿Z 轴运动到目标位置Pi，目标实际位置为Pij,该点的平均位置偏差为 将该值输入系统，则系统CNC 在计算时自动将目标位置P

7、i 的平均位置偏差叠加到插补指令上，实际运动位置为， 使误差部分抵消，实现误差的补偿。 螺距误差可进行单向和双向补偿。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.4反向间隙补偿原理 反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，由于反向间隙的存在，会引起伺服电机的空转，而无工作台的实际运动，又称失动。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置Pi 的平均反向差值，作为机床的补偿参数输入系统。CNC 系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动值，然后按指令进行运动。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.5用步距规检测机床精

8、度及进行补偿的操作步骤 以华中数控系统车床的Z轴定位精度测量和补偿为例，具体操作步骤如下： （1）进入系统，将轴补偿参数全部清零； （2）将顶尖锥面擦拭干净，分别装入主轴锥孔以及尾座锥孔内，并锁紧； （3）Z轴回零，尾座放在离溜板箱30MM间隙处，锁紧尾座，Z轴不能移动； （4）擦拭干净步距规两端顶尖孔，嵌入两端顶尖之间，转动尾座套筒，上紧步距规，并锁紧尾座套筒； （5）将杠杆千分表固定在刀架上，调整杠杆千分表的位置，使之与步距规之间进出自由；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（6）根据步距规的实际间距数值，编写合理的数控加工程序； （7）调整杠杆千分表的表头对零，自动运行程序，使Z轴

9、的正反向都移动相同的数值，在换向时注意消除反向间隙； （8）测量5 个循环，并将读数记录到“实验记录表”中。停止运行，将表头移开测量面。 （9）按”定位精度和重复定位精度的确定 GB/T17421.299 标准”对数据进行处理，先计算出“平均位置偏差”、 “反向差值Bi ”和“平均反向值Bi”；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（10）误差补偿 反向间隙补偿： 将记录表中计算所得的轴线平均反向差值写入系统Z 轴补偿参数表的“反向间隙（内部脉冲当量）”后的数据栏；一般做单向螺距补偿，如果做双向螺距补偿，该栏目填写0，因为双向螺距补偿已经包含了反向间隙。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的

10、方法,单向螺距补偿： 将“螺距补偿类型”设为“1”，“补偿点数”设为“6”，“补偿间隔” 根据步距规的实际间隔设置，“参考点偏差号” 为“5”； 将“记录表”中“平均位置偏差 ”的值填入“Z 轴补偿参数表”的“偏差值”内；即： 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 5 ” 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 4 ” 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 3 ” 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 2 ” 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 1 ” 将 值填入“偏差值（内部脉冲当量） 0 ” 断电保存参数；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（11）单向补偿后，按前面所述实验步骤再次进行定位精

11、度的测量并进行数据处理。 计算出Z 轴线单向补偿后的定位精度和重复定位精度。在实验过程中，杠杆千分表的读数是否接近于零，如果接近，表明螺距误差补偿和反向间隙补偿正确。 （12）填写检验报告 按指导书和检验报告要求对实验数据进行处理并填写检验报告。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法, GB/T17421.2-99国家标准评定方法 目标位置Pi ：运动部件编程要达到的位置。下标i表示沿轴线选择的目标位置中的特定位置。 实际位置Pij（i=0m，j=1n）：运动部件第j次向第i个目标位置趋近时的实际测得的到达位置。 位置偏差Xij ：运动部件到达的实际位置减去目标位置之差，Xij =Pij P

12、i。,4、定位精度和重复定位精度的确定,单向趋近：运动部件以相同的方向沿轴线（指直线运动）或绕轴线（指旋转运动）趋近某目标位置的一系列测量。符号表示从正向趋近所得参数，符号表示从负向趋近所得参数，如Xij或Xij。 双向趋近： 运动部件从二个方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量。 某一位置的单向平均位置偏差或 ： 运动部件由n次单向趋近某一位置Pi所得的位置偏差的算术平均值。 = 或 =,4、定位精度和重复定位精度的确定,某一位置的双向平均位置偏差 ：运动部件从二个方向趋近某一位置Pi所得的单向平均位置偏差 和 的算术平均值。= （ + ）/2 某一位置的反向差值Bi ：运动部件从二个

13、方向趋近某 位置时两单向平均位置偏差之差。 Bi= ,4、定位精度和重复定位精度的确定,轴线反向差值B和轴线平均反向差值 ：运动部件沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的绝对值Bi中的最大值即为轴线反向差值B。沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的Bi的算术平均值即为轴线平均反向差值 B=max. Bi 在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值Si或Si：,=,4、定位精度和重复定位精度的确定,通过对某一位置Pi的n次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值。即,Si=,Si=,在某一位置的单向重复定位精度Ri或Ri及双向重复定位精度Ri,Ri=4 Si 和 Ri=4 Si Ri =max

14、.2 Si+ 2 Si+Bi； Ri；Ri,4、定位精度和重复定位精度的确定,轴线双向重复定位精度R ，则有 R=max.Ri 轴线双向定位精度A： 由双向定位系统偏差和双向定位标准不确定度估算值的2倍的组合来确定的范围。 即 A= max (I +2 Si；I +2 Si)min (I -2 Si；I -2Si),4、定位精度和重复定位精度的确定,定位精度和重复定位精度的确定JISB6330-1980标准（日本） 定位精度A：在测量行程范围内（运动轴）测2点，一次往返目标点检测（双向）。测试后，计算出每一点的目标值与实测值之差，取最大位置偏差与最小位置偏差之差除以2，加正负号（）作为该轴的定

15、位精度。即： A=1/2 Max. （Max. Xj-Min. Xj），（Max. Xj-Min. Xj） 重复定位精度R：在测量行程范围内任取左中右三点，在每一点重复测试2次，取每点最大值最小值之差除以2就是重复定位精度；即 R=1/2 Max.（Max. Xi - Min.Xi）,4、定位精度和重复定位精度的确定,5、学生对数控机床进行定位精度检验和螺距补偿,指导老师现场指导学生用步距规对数控机床进行定位精度的检验 填写检测数据 指导学生对数据进行处理； 将处理的数据设置到数控系统参数中，对机床进行螺距补偿； 再次检测补偿后机床的定位精度 填写检验报告,位置偏差,单向平均位置偏差,标准不确定度,单向重复定位偏差,反向差值,双向重复定位精度,双向平均位置偏差,平均反向差值,