项目六数控机床位置精度检测与补偿

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1、项目六数控机床位置精度检测与补偿v任务1 项目教学单元设计v学习目标v1.掌握数控机床定位精度、重复定位精度的 测量方法。v2.掌握编制测量位置精度数控程序方法。v3.掌握数控机床螺距误差和反向间隙的补偿 方法，并检验补偿效果。项目六数控机床位置精度检测与补偿v教学内容v双频激光干涉仪及步矩规的原理与操作，数 控机床重复定位精度，定位精度及反向差值 的检查与误差补偿。v数控机床位置精度（重复定位精度、定位精 度及轴线的反向差值）是数控机床精度的核 心。项目六数控机床位置精度检测与补偿v知识点1 步距规与双频激光干涉仪v步距规、线纹尺、双频激光干涉仪-用来测量数控 机床的定位精度，重复定位精度。

2、v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。项目六数控机床位置精度检测与补偿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，对加工后的试件进行 精度测量，评价是否符合规定的设计要求。项目六数控机床位置精度检测与补偿v定位精度： 定位精度是指实际位置与指令位置

3、的一致程 度,其不一致的量值即为定位误差。定位误差 包括伺服系统、检测系统、进给系统等产生 的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等 。定位误差将直接影响零件加工的精度。定 位精度的高低用定位误差的大小来衡量。项目六数控机床位置精度检测与补偿定位误差按其出现的规律可分为两大类：(1)系统性误差 误差的大小和方向或是保持不变，或 是按一定的规律变化。前者称为常值系统性误差， 后者称为变值系统性误差。此类误差一般可以通过误差补偿方法弥补。(2)随机性误差 误差的大小和方向是不规律地变化的 。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v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

4、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。项目六数控机床位置精度检测与补偿v反向间隙： 在进给轴运动方向发生改变时，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。项目六数控机床位置精度检测与补偿v步距规-实物长度标准器（比较对照的标准件 ），用于检测数控机床、坐标测量机、影像 测量仪等精密仪器，更适用于现场校对激光 干涉仪，提高后者的测量准确。卧式步距规立式步距规项目六数控

5、机床位置精度检测与补偿立卧两用步距规圆柱步距规项目六数控机床位置精度检测与补偿v步距规，也叫节距规，阶梯规。由一系列平 行平面构成的多尺度端面量具。可由一系列 量块按一定间距叠制成，也可以由整体加工 而成。 自制步距规项目六数控机床位置精度检测与补偿v步距规是一种高精度量具，不仅但可以检验 数控机床的定位精度，还可以检验三座标测 量机的位移精度。步距规的工作量块有钢质 和陶瓷两种。因钢质量块易生锈不易养护且 不耐磨损，绝大多数客户选用陶瓷量块步距 规。现新制定的陶瓷量块标准已列入国家标 准。 项目六数控机床位置精度检测与补偿项目六数控机床位置精度检测与补偿v线纹尺-以线纹尺刻线为标准，与运动部

6、件移动 的距离进行比较测出偏差。 该方法解决了任意点直 线位置精度的测量，但测量装置安装受线纹尺规格 （1m）和机床结构限制，测量范围小，虽然可采 用接长法扩大测量范围，但会引入新的测量误差， 使测量精度和效率大大下降，同时该方法对每一点 偏差都要进行方向判别和计算，极易带入粗大误差 。一般用于较低精度、较小范围的直线位置精度测 量。项目六数控机床位置精度检测与补偿v 粗大误差：在一定的测量条件下，超出规定条件下预期的 误差称为粗大误差，一般地，给定一个显著性的水平，按一 定条件分布确定一个临界值，凡是超出临界值范围的值，就 是粗大误差，它又叫做粗误差或寄生误差。 v 产生粗大误差的主要原因如

7、下：客观原因：电压突变 、机械冲击、外界震动、电磁（静电）干扰、仪器故障等引 起了测试仪器的测量值异常或被测物品的位置相对移动，从 而产生了粗大误差；主观原因：使用了有缺陷的量具；操 作时疏忽大意；读数、记录、计算的错误等。另外，环境条 件的反常突变因素也是产生这些误差的原因。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v 采用精密线纹尺（每毫米刻有细线）与读数 显微镜（将每毫米光学细分为0.001mm）， 以线纹尺刻线为标准，与运动部件移动的距 离进行比较测出偏差。 如图二，将线纹尺安 装在被测直线方向上，读数显微镜固定在移 动部件上，部件在位置读数显微镜读数， 部件移动至目标位置读数显微镜再次读数

8、，用两次读数差与移动距离进行比较。v线纹尺项目六数控机床位置精度检测与补偿项目六数控机床位置精度检测与补偿v技术规格 v规格1: 50mm 100mm 200mm 400mm 500mm v 分格值:1mm v (国标号:JJG73-2005) v规格2: 30mm 分格值：0.1mm v 10mm 分格值：0.1mmv 10mm 分格值：0.05mmv 1mm 分格值：0.01mm 项目六数控机床位置精度检测与补偿项目六数控机床位置精度检测与补偿读数显微镜项目六数控机床位置精度检测与补偿v双频激光干涉仪-通过光路干涉原理进行测试。精 度优于百万分之0.5mm。v 主要用来测试机床的位置精度，

9、也可以测试直线 度、垂直度等。在使用激光干涉仪前，先用步距规 校对一下激光干涉仪，然后再用校对过的激光干涉 仪对数控机床进行测量和修正，将会大大提高数控 机床定位精度。此方法简便易行，切实有效。因为 单独使用激光干涉仪在许多现场环境下往往不够准 确。项目六数控机床位置精度检测与补偿激光干涉仪一般采用的是氦氖激光器，其名义 波长为0.633微米（1微米=110-6米 ）。测量系统组成-激光头、遥控装置、计算机、 显示器、空气传感器、温度传感器及图形绘 制仪等。项目六数控机床位置精度检测与补偿其原理是：把两束相干光波形合并相干（或引起相互干涉）， 其合成结果为两个波形的相位差，用该相位差来确定两个

10、光 波的光路差值的变化。当两个相干光波在相同相位时，即两 个相干光束波峰重叠，其合成结果为相长干涉，其输出波的 幅值等于两个输入波幅值之和；当两个相干光波在相反相位 时，即一个输入波峰与另一个输入波谷重叠时，其合成结果 为相消干涉，其幅值为两个输入波幅值之差，因此，若两个 相干波形的相位差随着其光程长度之差逐渐变化而相应变化 时，那么合成干涉波形的强度会相应周期性的变化，即产生 一系列明暗相间的条纹，激光器内的检波器，根据记录的条 纹数来测量长度，其长度为条纹数乘以半波长。项目六数控机床位置精度检测与补偿项目六数控机床位置精度检测与补偿项目六数控机床位置精度检测与补偿v定位精度测量工具和方法工

11、具-测量定位精度和重复定位精度的仪 器是激光干涉仪、线纹尺、步距规。其中因 用步距规测量定位精度时操作简单而在批量 生产中被广泛采用。无论采用哪种测量仪器 ，其在全行程上的测量点数不应少于5点（5 15个），测量间距按下式确定： 项目六数控机床位置精度检测与补偿v某测量点的实际距离 Pi =iP+kv式中，P-为测量间距（步矩），是整数；v i -目标位置序号v K-在各目标位置时取不同的值，是小 数。以获得全测量行程上各目标位置的不均 匀间隔，从而保证周期误差被充分采样。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v出厂检验报告已标出步距规各工作尺寸偏差 值，处理测量结果时应将测得值加上工作尺 寸的偏

12、差值（带正负号）。v量块精度: (0.001+L/150000)mm* L 为检测长度 (mm)项目六数控机床位置精度检测与补偿v 本实验采用步距规进行测量。 自制步距规结构图 步距规指以一定距离为周期重复出现的测距误差。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v实验所用步距规尺寸P1，P2，Pi按100mm间 距设计，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）。 v以加工中心X轴定位精度的测量为例。v测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线 与X轴轴线校平行，令X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 。项目六数控机床位

13、置精度检测与补偿v机床控制盘上用程序控制工作台按标准循环 图（见图6-2）移动，v移动距离依次为P1，P2，Pi，v表头则依次接触到P1，P2，Pi点，v表盘在各点的读数则为该位置的单向位置偏 差。v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。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v图6-2 标准检验循环图 位置i（m=5） i 0 1 2 3 m=5循环 j j=1,2,.n图6-2标准检验循环图项目六数控机床位置精度检测与补偿v最后要按国家标准GB/T17421.22000评定 方法”对数据进行处理，可确定该轴线的定位 精度和重复定位精度。 项目六数控机床位置精度检测与补

14、偿目标位置Pi：运动部件编程时要达到的位置，下标i 表示沿轴线选择的目标位置中的第i个位置。v实际位置Pij（i=0m，j=1n）：v运动部件第j次向第i个目标位置趋近时，实际测得 的位置(厂家给定值)。v位置偏差Xij：v运动部件到达的实际位置与其目标位置之差， Xij=Pij Pi。项目六数控机床位置精度检测与补偿v 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-正向偏差 、Xij -反向偏差。v 双向趋近：运动部件从两个方向沿轴线或绕轴线趋 近某目标位置的

15、一系列测量。 项目六数控机床位置精度检测与补偿v两个方向沿轴线轴线P项目六数控机床位置精度检测与补偿v两个方向绕轴线P项目六数控机床位置精度检测与补偿v知识点2 传动误差分析及测量补偿v1.因滚珠丝杆副而产生的进给传动误差v有两种：va.螺距误差-丝杠导程的实际值与理论值的 偏差。vb. 反向间隙-丝杠与螺母无相对转动时，丝 杠与螺母之间的轴线窜动。项目六数控机床位置精度检测与补偿v为什么叫反向间隙？丝杠反向转动时，丝杠转动一 角度，而螺母不直线移动，直到把轴向窜动量走 完螺母才会移动。只是在反向时才会有的现象-所 以叫反向间隙。v消除（减小）反向间隙的方法：v双螺母垫片调隙式结构 v双螺母螺纹调隙式结构 v双螺母齿差调隙式结构 项目六数控机床位置精度检测与补偿v2.因电动机丝杠连接及转动而产生的间隙误 差v电动机与丝杠的连接方式通常有三种:v联轴器-传动比1:1 特点是:具有较大的扭转 刚度；传动机构本身无间隙，传动精度高； 而且结构简单，安装、调整方便。项目六数控机床位置精度检测与补偿v同步带传动-传动比由同步带的齿数比确定 ，有间隙。项目六数控机床位置精度检测与补偿具有带传动和链传动的共同优点，与齿轮传 动相比它结构更简单，制造成本更低，安装 调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的 张紧力；传动效率可以达到9899.5%，最高 线速度可以达到80m/s