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1、四川工程职业技术学院机床数控改造电子教案机床数控改造电子教案数控维修教研室学习单元学习单元7 7数控机床精度检验与补偿数控机床精度检验与补偿http:/ 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http:/ 考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三类：1 1、几何精度、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 2、位置精度、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
2、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 3、工作精度、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。1 1、数控机床精度的概念、数控机床精度的概念http:/ 定位精度定位精度：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
3、、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 1、数控机床精度的概念、数控机床精度的概念http:/ 反向间隙反向间隙：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。1 1、数控机床精度的概念、数控机床精度的概念http:/ 2 2、测量仪器仪表、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
4、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。http:/ 2.2激光干涉仪2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.2激光干涉仪2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.2激光干涉仪2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 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垂直度测量2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.3球杆仪2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.3球杆仪2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.3球杆仪测试系统2 2、测量仪
5、器仪表、测量仪器仪表http:/ 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 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.3球杆仪测试图片2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.3球杆仪测试图片2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 2.4步距规功能：确定定位精度和重
6、复定位精度，进行反向间隙补偿和螺距补偿2 2、测量仪器仪表、测量仪器仪表http:/ 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 3.13.1测量方法测量方法 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
7、读数则为该位置的单向位置偏差，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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ P0105080PiP2P1图图1 步距规结构图步距规结构图位置i（m=5）i 0 1 2 3 m=5循环 jj=1,2,.n图图2标准检验循环图标准检验循环图3 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ 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
8、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Pi 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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ 3.4反向间隙补偿原理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
9、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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ 3.5用步距规检测机床精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，
10、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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ （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
11、 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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ （10）误差补偿反向间隙补偿：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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ 单向螺距补偿：单向螺距补偿：将“螺距补偿类型”设为“1”，“
12、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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ （11）单向补偿后，按前面所述实验步骤再次进行定位精度的测量并进行数据处
13、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 3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法http:/ GB/T17421.2-99GB/T17421.2-99国家标准评定方法国家标准评定方法目目标标位位置置P Pi i ：运运动动部部件件编编程程要要达达到到的的位位置置。下下标标i i表表示示沿沿轴轴线线选择的目标位置中的特定位置。选择的目标位置中的特定位置。实实际际位位置置P Pij
14、ij（i=0mi=0m，j=1nj=1n）：运运动动部部件件第第j j次次向向第第i i个个目目标标位置趋近时的实际测得的到达位置。位置趋近时的实际测得的到达位置。位位置置偏偏差差X Xijij ：运运动动部部件件到到达达的的实实际际位位置置减减去去目目标标位位置置之之差差，X Xijij = =P Pijij P Pi i。4 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http:/ 单单向向趋趋近近：运运动动部部件件以以相相同同的的方方向向沿沿轴轴线线（指指直直线线运运动动）或或绕绕轴轴线线（指指旋旋转转运运动动）趋趋近近某某目目标标位位置置的的一一系系列列测测量量。符符号
15、号表表示示从从正正向向趋趋近近所所得得参参数数，符符号号表表示示从从负负向向趋趋近近所所得参数，如得参数，如X Xijij或或X Xijij。 双双向向趋趋近近： 运运动动部部件件从从二二个个方方向向沿沿轴轴线线或或绕绕轴轴线线趋趋近某目标位置的一系列测量。近某目标位置的一系列测量。 某某一一位位置置的的单单向向平平均均位位置置偏偏差差或或 ： 运运动动部部件件由由n n次单向趋近某一位置次单向趋近某一位置P Pi i所得的位置偏差的算术平均值。所得的位置偏差的算术平均值。 = = 或或 = = 4 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http:/ 某某一一位位置置的的
16、双双向向平平均均位位置置偏偏差差 ：运运动动部部件件从从二二个方向趋近某一位置个方向趋近某一位置P Pi i所得的单向平均位置偏差所得的单向平均位置偏差 和和 的算术平均值。的算术平均值。= = （ + + ）/2/2 某某一一位位置置的的反反向向差差值值Bi Bi ：运运动动部部件件从从二二个个方方向向趋趋近近某某位置时两单向平均位置偏差之差。位置时两单向平均位置偏差之差。 B Bi i= = 4 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http:/ 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。
17、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 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http:/ 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 SiRi =max.2 Si+ 2 Si+Bi； Ri；Ri 4 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http:/ 轴线双向重复定位精度R ，则有R=max.Ri轴线双向定
18、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 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http:/ 定定位位精精度度和和重重复复定定位位精精度度的的确确定定JISB6330-1980JISB6330-1980标标准准（日本）（日本） 定定位位精精度度A A：在在测测量量行行程程范范围围内内（运运动动轴轴）测测2 2点点，一一次次往往返返目目标标点点检检测测（双双向向）。测测试试后后，计计算算出出每每一一点点的的目目标标值值与与实实测测值值之
19、之差差，取取最最大大位位置置偏偏差差与与最最小小位位置置偏偏差差之之差差除除以以2 2，加正负号（，加正负号（）作为该轴的定位精度。即：）作为该轴的定位精度。即：A=1/2 A=1/2 Max. Max. （Max. XMax. Xj j-Min. X-Min. Xj j），（），（Max. XMax. Xj j-Min. XMin. Xj j） 重重复复定定位位精精度度R R：在在测测量量行行程程范范围围内内任任取取左左中中右右三三点点，在在每每一一点点重重复复测测试试2 2次次，取取每每点点最最大大值值最最小小值值之之差差除除以以2 2就就是是重复定位精度；即重复定位精度；即R=1/2 Max.R=1/2 Max.（Max. XMax. Xi i - Min.X - Min.Xi i） 4 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http:/ 5 5、学生对数控机床进行定位精度检验和螺距补偿、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http:/ 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
