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1、2024/7/2612024/7/261模块五模块五 数控机床精度检验与调试实训数控机床精度检验与调试实训任任务三三 数控机床螺距数控机床螺距误差和反向差和反向间隙的隙的补偿2024/7/2622024/7/262任务实施任务实施4任务引入任务引入1任务目标任务目标2知识内容知识内容3知识拓展知识拓展5知识巩固知识巩固62024/7/2632024/7/263 为了提高数控机床的加工精度，确保加工出来的产品符合要求，对数控机床的各项精度进行检测与补偿调整至关，而检测的方法与手段也有很多种，但目前国际市场上利用先进技术对于数控机床精度的检测与补偿，当属于使用激光干涉仪和球杆仪，因此，对这两种设备
2、进行了解认识、操作使用显得十分重要。返回2024/7/2642024/7/264 任务目标任务目标认识数控系统螺距误差的检测过程。12掌握激光干涉仪对机床螺距误差补偿的操作。返回2024/7/2652024/7/265 按照数控机床故障频率的高低，机床的使用期可分为3 个阶段，即初始运行期（早期故障期）、相对稳定运行期（偶发故障期）和衰老期（耗损故障期），故障发生规律如下 知识内容知识内容2024/7/2662024/7/266 初始运行期：数控机床整机安装调试后运行一年左右的时间被称为早期故障期，这段时间机床的故障率相对较高。 相对稳定运行期：机床经过了早期故障期后进入偶发故障期，也被称为相
3、对稳定期（一般为710 年），此阶段机床仍然有故障发生，但故障频率相对减少。2024/7/2672024/7/267 衰老期：机床经过了偶发故障期进入衰老期，这段时间由于机床的磨损、电器元器件品质下降，数控机床的故障率又开始升高。 滚珠丝杠作为数控机床承载运动的部件，其故障发生的规律也大致符合该故障发生规律。2024/7/2682024/7/268 数控机床的定位精度是机床各个坐标轴在数控系统控制下达到的位置精度。根据实测的定位精度数值，可以判断机床在加工中所能达到的最好加工精度。同时数控机床各轴运动的准确程度，决定数控机床的定位精度, 对数控加工质量至关重要。2024/7/2692024/7
4、/2691 滚珠珠丝杠的特点与工作原理杠的特点与工作原理1.1 滚珠丝杠的特点滚珠丝杠的特点 滚珠丝杠对性能的要求很严格，如需要传动可靠性高，摩擦损失小，传动效率高等。在机床各轴运行中，必须保证丝杠做工细腻，才能使其光滑、反应灵敏，从而实现机床的高精度（精度为 =0.920.96）。同时在对丝杠施加预紧力后，只有确保消除轴向的间隙，才能保证小的反向误差和高定位精度的实现。2024/7/26102024/7/26101.2 滚珠珠丝杠的杠的结构及工作原理构及工作原理 （1）按滚珠丝杠的传动形式可分为：丝杠转动传动和螺母套转动传动。丝杠转动传动：就是丝杠转动，丝杠带动螺母套并将其固定在工作台上，使
5、工作台移动。此种传动方式大多在机床丝杠行程较短的情况下使用。这种类型安装方式是比较常见的，如普通的数控车床，铣床。 2024/7/26112024/7/2611螺母套转动传动：电机和螺母套做成一体，电机带动螺母在丝杠上进行运动，由此带动机床运动部件运动。这种传动方式一般用于丝杠较长的机床上，如龙门铣床，目的是为了防止丝杠因刚性不足而产生震动和变形。2024/7/26122024/7/2612（2）按。滚珠丝杠螺母结构可分为：内循环和外循环。外循环方式的滚珠丝杠螺母由丝杠、滚珠、回珠管和螺母组成。外循环方式中螺母螺旋槽的两端用回珠管连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路
6、；2024/7/26132024/7/2613内循环方式的关键是滚珠丝杠螺母在侧孔中装有圆柱凸轮式反向器，反向器上铣有S 形回珠槽，可将相邻两螺纹滚道连接起来。滚珠从螺纹滚道进入反向器，借助反向器迫使滚珠越过丝杠牙顶进入相邻滚道，实现循环2024/7/26142024/7/26142 螺距螺距误差与差与补偿分析研究分析研究 由于数控机床在起初安装的时候丝杠和螺母未能预紧到理想的状态，或者由于丝杠与螺母的相互运动，致使丝杠与螺母之间产生了间隙，使得机床运动部件在工作的时候不能达到预定的位置而产生误差，通常称此误差为螺距误差。2024/7/26152024/7/2615如果机床存在螺距误差，在机床
7、发出运动命令时，运动部件不能立刻开始运动，而是要先克服间隙的距离后才能开始运行，由此会产生机床的行程误差，而不能达到预定的位置。螺距误差的大小大致由丝杠和螺母的磨损程度和间隙决定。总结螺距误差与补偿主要有如下几种类型。2024/7/26162024/7/26162.1 平行型螺距平行型螺距误差与差与补偿 如图2（a）所示，该轴的正向运行和反向运行的定位曲线基本平行，说明反向间隙在全行程中基本一致，如果经过多次测量较稳定， 就可以对该轴的反向间隙进行消除（此补偿方法只限于反向间隙误差小的情况之下）；2024/7/26172024/7/2617如果反响误差比较大，应该对丝杠的机械安装结构进行预紧和
8、校正，使正反向误差曲线趋于重合，从而消除机床反向间隙。通过螺距误差补偿的方法可以拉平误差曲线，使误差的增量大大减小。2024/7/26182024/7/26182.2 喇叭型螺距喇叭型螺距误差与差与补偿 如图2（b）所示，机床的被测轴在全行程的各段误差不均匀，在机床反向运行的时候误差很大，即反向间隙很大。这是由于该轴导轨副或丝杠副一头紧一头松造成的。在该轴的误差测量中，由于定位精度不是很理想，随着在该轴的运动距离增大，其精度随之变大，从而形成了喇叭型正反向定位曲线。2024/7/26192024/7/2619这时，必须进行机械调整，如果不恰当地使用反向间隙补偿，则必然形成C 型交叉型曲线。并且
9、只有在机械调整后重新测定误差，才能进行相应的螺距和反向间隙补偿。2024/7/26202024/7/26202.5 不规则型螺距误差与补偿如图2（e）所示，正向和反向的曲线很不规则，主要是因为驱动系统刚性太差，丝杠制造精度低所致。这种情况仅靠反向间隙补偿功能是难以奏效的，而必须对传动系统进行改进，提高其刚性和精度。如果一定要用反向间隙补偿，也只能通过计算平均反向值来进行补偿。2024/7/26212024/7/26212.3 交叉型螺距交叉型螺距误差与差与补偿 由于导轨副或者丝杠副一头紧或者一头松，而且丝杠和丝杠副的配合不是很好，所以在机床的重复运动过程中，机床的重复定位和定位精度得不到实现，
10、经过检测得到的测量曲线如图2（c）所示为交叉型。此种情况可以对丝杠的机械安装结构进行预紧和校正，然后重新测量，按照得到的参数对机床进行误差补偿。2024/7/26222024/7/2622 2.4 鼓型螺距误差如图2（d）所示，在测量中，正向和反向的曲线不重合，但是两个端点重合的很好，这种情况往往是由于丝杠太长，而且刚性不足造成的。在两端反向间隙小，而在中间反向间隙大，这种情况可以通过适当的预紧丝杠来得到改善；或者在加工零件的时候尽量将其放在工作台中间，以此减小误差。2024/7/26232024/7/26232.4 基本重合型螺距基本重合型螺距误差与差与补偿 如图2（f）所示，正向和反向误差
11、曲线基本重合，表明机床传动系统刚性和精度都很好，正向运行和反向运行的运行曲线基本吻合，不需要进行反向间隙补偿。但是由于机床的定位精度不是很好，所以需要进行螺距补偿。这时可以按照误差进行尝试性的补偿。上述几种曲线图形是对单轴进行测量后得到情况的综合。2024/7/26242024/7/26242.5 双双轴螺距螺距误差差补偿 对于一些高端数控机床系统, 如西门子、F A N U C等公司还提供了机床丝杠的双轴螺距误差补偿功能,此功能是在机床的双轴分别设定补偿量, 从而在正、反方向移动时分别进行补偿, 使机床的各项精度得到提高。进行机床双轴螺距误差补偿的时候，应该注意的是：要同时进行双轴的螺距补偿
12、。如果不进行妥善的误差预测，而盲目地运行机床，很有可能造成机床的双轴扭曲，从而造成生产事故。2024/7/26252024/7/2625 在对轴进行螺距补偿和反向间隙补偿前，应当先尽可能消除丝杠的轴向窜动，具体做法为：在丝杠顶端的凹槽中粘住一颗铁珠，用百分表打在丝杠端部的铁珠上面，然后正反向移动坐标轴，检查是否有轴向窜动。若有窜动，首先松开一端丝杠螺母，紧固另一端丝杠螺母，然后再按丝杠预紧量进行预紧。然而多数情况下是由于丝杠顶端的轴承损坏导致了机床的轴向窜动4。2024/7/26262024/7/26262024/7/26272024/7/2627线轴的的补偿1参数参数设定定 直线轴的数控精度
13、补偿必须设定的参数有：(1)No1800.4切削进给和快速移动是否分别进行反向间隙补偿，0：否，1：是。(2)No1851。各轴的反向间隙补偿量，单位：m2024/7/26282024/7/2628(3)No1852。各轴快速移动时的反向间隙补偿量，单位：m。 根据进给速度的变化，在快速移动或切削进给时用不同的反向间隙值可实现较高精度的加工。此参数设定为1时，需要对参数No1851和No1852。分别进行补偿，若切削进给时测量的反向间隙为A，快速移动时测量的反向间隙为曰，根据进给率的变化和移动方向的变化，反向间隙的补偿值如表1所示。2024/7/26292024/7/2629图图1切削进给和快
14、速移动时的反向间隙比较切削进给和快速移动时的反向间隙比较2024/7/26302024/7/2630(4)No3620 各轴参考点的螺距误差补偿号码，范围：0-1023。(5)No3621 各轴负方向最远端的螺距误差补偿点号码，范围：0- 1023。(6)No3622 各轴正方向最远端的螺距误差补偿点号码，范围：0-1023。(7)No3623 各轴螺距误差补偿倍率，范围：0-100。(8)No3624 各轴的螺距误差补偿点的间距，范围：099 999 999。2024/7/26312024/7/26312补偿前的准前的准备工作工作(1)参数检查 No1851。、No1852及螺距误差补偿值清
15、零。 (2)机械检查检查机床是否振动，在JOG方式、手脉方式下以各种倍率移动机床各轴，检查是否在某种速度下存在振动。2024/7/26322024/7/2632检查导轨防护罩是否有明显划痕及运行时是否发出响声。观测电机负载电流是否稳定，运行中变化不能超出30。机床快速连续运行30rain，使机床基本达到正常使用状态的热平衡。2024/7/26332024/7/26333设定定补偿参数和程序参数和程序(1)设定参数 在补偿之前需要先确定各轴的行程和方向，确定了行程和方向后有效补偿距离也就随之确定，通常补偿的原点为各轴的参考点，补偿的方向非正即负。根据有效补偿距离确定激光干涉仪的测量点数、补偿点数
16、和补偿点间距，再将确定的值分别设定在参数No3620、No3621、No3622、No3624中。确认以上参数后输入检测程序，以X轴为例进行参数设定。2024/7/26342024/7/2634 假设机床的x轴行程为+10000一810000，补偿的原点为X轴的参考点X轴的有效补偿距离就是0一800000，如果测量10个点，每点的距离为80000，每间隔20000补偿1点，共补偿40个点。No3620=100此参数在01023之间根据需要设定No3621=61 负向最远端No3622=101 正向最远端No3624=20 000补偿间隔200002024/7/26352024/7/2635(2
17、)编写程序N0050 M98 P0002 L10 调用00002子程序并连续循环10次(共测量10个点)N0060 GO X- 5 X轴向负方向移动5000N0070 X5 X轴向正方向移动5000(消除反向间隙)N0080 G04 X5 暂停5s(等待激光干涉仪测量并计数)N0090 M98 P0003 L10 调用00003子程序并连续循环10次(共测量10个点)N0100 M99 循环(5遍以上测量)2024/7/26362024/7/2636O0002（2号子程序）N10 G91 G0 X-80 X轴向负向移动80000(测量点闻隔)N20 G04 X5. 暂停5s(等待激光干涉仪测量
18、并计数)N30 M99 返回主程序O0003（3号子程序）N10 G91 GO X80. X轴向正方向移动80000(测量点间隔)N20 G04 X5. 暂停5s(等待激光干涉仪测量并计数)N30 M99 返回主程序2024/7/26372024/7/26374测量和量和补偿数据数据(1)测量 数控精度标准有3个基本的概念和指标，即定位精度、重复定位精度和反向间隙。从参考点开始向各点逐点快速移动可以检测出定位精度。运行到负向最末点，调头返回逐点移动可以检测出反向间隙。不间断反复检测5次可检测出比较准确的重复定位精度。如图2所示，X轴实测定位精度3m，重复定位精度1m，反向间隙3m。2024/7
19、/26382024/7/2638得出第一次测量的图形和数据后，第一项工作是反向间隙补偿，从图2中可以看出，往返2条线之间的最大间隙是3m，最小间隙是1m，综合定位精度等因素考虑，快速移动时取中间值2m补偿，分别设置No1851=3和No1852=2。补偿后结果如图3所示，X轴实测反向间隙为1m。2024/7/26392024/7/26392024/7/26402024/7/26402024/7/26412024/7/2641(2)螺距误差补偿补偿完反向间隙后，接下来就是螺距误差补偿，根据测量结果得出一组测量数据，如表2所示。表2中的数据表示误差大小，单位为m。2024/7/26422024/7
20、/2642根据测量数据，将补偿数据填入补偿表(表3)即可，测量数据反映的是实测误差值，所以补偿数据为测量数据取负，通常将每点补偿数据分散填入每个测量点的多个补偿点中，例如，-800000点测量数据为1，补偿数据就应该为-1，根据No3624=20 000有的设置，每间隔20000有一个补偿点，应该补偿4个点，-800000为负向最远端，所以应该根据No3621=61的设置，从0061开始补偿，0061=0、0062=-1、0063=0、0064=O，4个点补偿和为-1，正好是测量点-800000的补偿数据。2024/7/26432024/7/26432024/7/26442024/7/2644
21、 经过数控精度补偿过后，X轴实测10点的定位精度15m，重复定位精度1m，反向间隙1m。2024/7/26452024/7/26455通常影响数控机床精度的因素通常影响数控机床精度的因素(1)参数 FANUC系统关于精度的参数有很多，主要分为位置精度和轮廓精度，数控补偿也主要是对位置精度进行调整，其中位置增益、负载惯量最为重要，其次加减速的定义、到位宽度及一些伺服参数都对精度有一定的影响。2024/7/26462024/7/2646(2)机械精度 机械装配精度对机床精度的影响最大，导轨之间的平行度、导轨和丝杠间的平行度、丝杠精度等都直接影响机床的精度，机械精度是保证机床精度的基础。2024/7/26482024/7/2648(3)温差 丝杠等传动部件存在热伸缩性，在温度差异很大的情况下，机床精度会出现不稳定的情况。(4)其它情况 导轨防护罩安装不合理，丝杠预紧不当等也会影响机床精度。如图6、7所示。2024/7/26492024/7/26492024/7/26502024/7/2650返回2024/7/26512024/7/2651（1）简述螺距误差的补偿原理 （2）使用激光干涉仪对机床的螺距误差和反向间隙进行补偿；知识巩固知识巩固返回2024/7/26522024/7/2652感谢您的聆听！感谢您的聆听！郑伟鸿：郑伟鸿：邮箱：邮箱：网址：网址：
