项目六数控机床位置精度检测与补偿.ppt

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1、项目六数控机床位置精度检测与补偿v任务任务1项目教学单元设计项目教学单元设计v学习目标学习目标v1.掌握数控机床定位精度、重复定位精度的掌握数控机床定位精度、重复定位精度的测量方法。测量方法。v2.掌握编制测量位置精度数控程序方法。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。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教学内容教学内容v双频激光干涉仪及步矩规的原理与操作，数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控机床重复定位精度，定位精度及反向差值的检查与

2、误差补偿。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度及轴线的反向差值）是数控机床精度的核心。心。项目六数控机床位置精度检测与补偿v知识点知识点1步距规与双频激光干涉仪步距规与双频激光干涉仪v步距规、线纹尺、双频激光干涉仪步距规、线纹尺、双频激光干涉仪-用来测量数控用来测量数控机床的定位精度，重复定位精度。机床的定位精度，重复定位精度。v考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三类类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，包括本指影

3、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、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。直线度、垂直度等。项目六数控机床位置精度检测与补偿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

4、。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。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：定位精度是指实际位置与指令位置的一致程定位精度是指实际位置与指令位置的一致程度度,其不一致的量值即为定位误差。定位误差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。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

5、件加工的精度。定位误差将直接影响零件加工的精度。定位定位精度的高低用定位误差的大小来衡量。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：定位误差按其出现的规律可分为两大类：(1)系统性误差系统性误差误差的大小和方向或是保持不变，或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，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。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。此类误差一般可以通过误差补偿方法弥补。(2)随机性误差随机性误差误差的大小和方向是不规律地变化的误差的大小和

6、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：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。致性，是一项非常重要的精度指标。项目六数控机

7、床位置精度检测与补偿v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，间隙太大还隙，它会造成工作台定位误差，间隙太大还会造成系统振荡。会造成系统振荡。项目六数控机床位置精度检测与补偿v步距规步距规-实物长度标准器（比较对照的标准实物长度标准器（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。光干涉仪，

8、提高后者的测量准确。卧式步距规卧式步距规立式步距规立式步距规项目六数控机床位置精度检测与补偿立卧两用步距规立卧两用步距规圆柱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。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，不仅但可以检验步距规是一种高精度量具，不仅但可以检验数控机床的数控机床的定位精度定位精度，还可以检验，还可以检验三座标三座标测测量机的位移精度。步距规的工作量块有钢质量机的位移精度。步距规的工作量块有

9、钢质和陶瓷两种。因钢质量块易生锈不易养护且和陶瓷两种。因钢质量块易生锈不易养护且不耐磨损，绝大多数客户选用不耐磨损，绝大多数客户选用陶瓷量块陶瓷量块步距步距规。现新制定的陶瓷规。现新制定的陶瓷量块量块标准已列入标准已列入国家标国家标准准。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线纹尺线纹尺-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。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，

10、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。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下：产生粗大误差的主要原因如下：客观原因：电压突变、客观原因：电压突变、机械冲击、外界震动、

11、电磁（静电）干扰、仪器故障等引起机械冲击、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；产生了粗大误差；主观原因：使用了有缺陷的量具；操作主观原因：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。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

12、分为显微镜（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。离进行比较测出偏差。如图二，将线纹尺安如图二，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，部件在位置动部件上，部件在位置读数显微镜读数，读数显微镜读数，部件移动至目标位置部件移动至目标位置读数显微镜再次读数，读数显微镜再次读数，用两次读数差与移动距离进行比较。用两次读数差与移动距离进行比较。v线纹尺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技术规格技术规格v规格规格1

13、:50mm100mm200mm400mm500mmv分格值分格值:1mmv(国标号国标号:JJG73-2005)v规格规格2:30mm分格值：分格值：0.1mmv10mm分格值：分格值：0.1mmv10mm分格值：分格值：0.05mmv1mm分格值：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，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

14、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激光光干干涉涉仪仪一一般般采采用用的的是是氦氦氖氖激激光光器器，其其名名义义波波 长长 为为 0.633微微 米米（1微微 米米=110-6米米）。）。测测量量系系统统组组成成-激激光光头头、遥遥控控装装置置、计计算算机机、显显示示器器、空空气气传传感感器器、温温度度传传感感器器及及图图形形绘绘制仪等。制仪等。项目六数控机床位置精度检测与补偿其其原原理理是是：把把两两束束相相干干光光波波形形合合并并相相干干（或或引引起起相

15、相互互干干涉涉），其其合合成成结结果果为为两两个个波波形形的的相相位位差差，用用该该相相位位差差来来确确定定两两个个光光波波的的光光路路差差值值的的变变化化。当当两两个个相相干干光光波波在在相相同同相相位位时时，即即两两个个相相干干光光束束波波峰峰重重叠叠，其其合合成成结结果果为为相相长长干干涉涉，其其输输出出波波的的幅幅值值等等于于两两个个输输入入波波幅幅值值之之和和；当当两两个个相相干干光光波波在在相相反反相相位位时时，即即一一个个输输入入波波峰峰与与另另一一个个输输入入波波谷谷重重叠叠时时，其其合合成成结结果果为为相相消消干干涉涉，其其幅幅值值为为两两个个输输入入波波幅幅值值之之差差，因

16、因此此，若若两两个个相相干干波波形形的的相相位位差差随随着着其其光光程程长长度度之之差差逐逐渐渐变变化化而而相相应应变变化化时时，那那么么合合成成干干涉涉波波形形的的强强度度会会相相应应周周期期性性的的变变化化，即即产产生生一一系系列列明明暗暗相相间间的的条条纹纹，激激光光器器内内的的检检波波器器，根根据据记记录录的的条条纹数来测量长度，其长度为条纹数乘以半波长。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定位精度测量工具和方法工具工具-测量定位精度和重复定位精度的测量定位精度

17、和重复定位精度的仪器是激光干涉仪、线纹尺、步距规。其中仪器是激光干涉仪、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器，其在全行程上的测量点数不应少于5点点（515个），测量间距按下式确定：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某测量点的实际距离Pi=iP+kv式中，式中，P-为测量间距（步矩），是整数；为测量间距（步矩），是整数；vi-目标位置序号目标位置序号vK-在各目标位置时取不同的值，是

18、小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。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差值（带正负号）。v量块精度量块精度:(0.001+L/150000)mm*L为检测长度为检测长度(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。本实验采用步距规进行测量。自制步距规结构图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

19、验所用步距规尺寸实验所用步距规尺寸P1，P2，Pi按按100mm间间距设计，测量出距设计，测量出P1，P2，Pi的实际尺寸作为定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）。位精度检测时的目标位置坐标（测量基准）。v以加工中心以加工中心X轴定位精度的测量为例。轴定位精度的测量为例。v测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线与与X轴轴线校平行，令轴轴线校平行，令X轴回零；将杠杆千分表固定轴回零；将杠杆千分表固定在主轴箱上（不移动），表头接触在在主轴箱上（不移动），表头接触在P0点，表针置点，表针置零零。项目六数控机床位置精度检测与补偿v机

20、床控制盘上用程序控制工作台按标准循环机床控制盘上用程序控制工作台按标准循环图（见图图（见图6-2）移动，）移动，v移动距离依次为移动距离依次为P1，P2，Pi，v表头则依次接触到表头则依次接触到P1，P2，Pi点，点，v表盘在各点的读数则为该位置的单向位置偏表盘在各点的读数则为该位置的单向位置偏差。差。v按标准循环图测量按标准循环图测量5次，将各点读数（单向位次，将各点读数（单向位置偏差）记录在记录表中。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 jj=1,2,.n图图6-2标准检验循环图标准检验循环图项目六数

21、控机床位置精度检测与补偿v最后要按国家标准最后要按国家标准GB/T17421.22000评定评定方法方法”对数据进行处理，可确定该轴线的定对数据进行处理，可确定该轴线的定位精度和重复定位精度。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偿目标位置目标位置Pi：运动部件编程时要达到的位置，下标：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表示沿轴线选择的目标位置中的第i个位置。个位置。v实际位置实际位置Pij（i=0m，j=1n）：）：v运动部件第运动部件第j次向第次向第i个目标位置趋近时，实际测得的个目标位置趋近时，实际测得的位置位置(厂家给定值厂家给定值)。v位置

22、偏差位置偏差Xij：v运动部件到达的实际位置与其目标位置之差，运动部件到达的实际位置与其目标位置之差，Xij=PijPi。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。符号一系列测量。符号“”表示从正向趋近所得参数，表示从正向趋近所得参数，符号符号“”表示从负向趋近所得参数，如表示从负向趋近所得参数，如Xij-正向正向偏差、偏差、Xij-反向偏差。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双向趋近：运动部件

23、从两个方向沿轴线或绕轴线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。项目六数控机床位置精度检测与补偿v两个方向沿轴线两个方向沿轴线轴线轴线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知识点知识点2传动误差分析及测量补偿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因滚珠丝杆副而产生的进给传动误差v有两种：有两种：va.螺距误差螺距误差-丝杠导程的实际值与理论值的丝杠导程的实际值与理论值的偏差。偏差。vb.反向间隙反向间隙-丝杠与螺母无相对转动时，丝丝杠与螺母无相对转动时，丝杠与螺母之间的轴线窜动。杠与螺母之间的轴线

24、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，丝杠转动一为什么叫反向间隙？丝杠反向转动时，丝杠转动一角度角度，而螺母不直线移动，直到把轴向窜动量走，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。所以叫反向间隙。v消除（减小）反向间隙的方法：消除（减小）反向间隙的方法：v双螺母垫片调隙式结构双螺母垫片调隙式结构v双螺母螺纹调隙式结构双螺母螺纹调隙式结构v双螺母齿差调隙式结构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因电动机丝杠连接

25、及转动而产生的间隙误差差v电动机与丝杠的连接方式通常有三种电动机与丝杠的连接方式通常有三种:v联轴器联轴器-传动比传动比1:1特点是特点是:具有较大的扭具有较大的扭转刚度；传动机构本身无间隙，传动精度高；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。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同步带传动同步带传动-传动比由同步带的齿数比确传动比由同步带的齿数比确定，有间隙。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，安装动相比它结构更简单，制

26、造成本更低，安装调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的调整更方便。并且传动不打滑、不需要大的张紧力；传动效率可以达到张紧力；传动效率可以达到9899.5%，最高，最高线速度可以达到线速度可以达到80m/s，故广泛用于一般数，故广泛用于一般数控机床和高速、高精度的数控机床传动。控机床和高速、高精度的数控机床传动。项目六数控机床位置精度检测与补偿v齿轮传动齿轮传动-传动比由齿轮副的齿数比确定，传动比由齿轮副的齿数比确定，有间隙，传递扭矩大。有间隙，传递扭矩大。项目六数控机床位置精度检测与补偿v优点：优点：可以降低丝杠、工作台的惯量在系统中所可以降低丝杠、工作台的惯量在系统中所占的比重，提高进给系统

27、的快速性。占的比重，提高进给系统的快速性。可以充分利可以充分利用伺服电动机高转速、低扭矩的性能，使其变为低用伺服电动机高转速、低扭矩的性能，使其变为低转速、大扭矩输出，获得更大的进给驱动力。转速、大扭矩输出，获得更大的进给驱动力。在在开环步进系统中还可起到机械、电气间的匹配作用，开环步进系统中还可起到机械、电气间的匹配作用，使数控系统的分辨率和实际工作台的最小移动单位使数控系统的分辨率和实际工作台的最小移动单位统一。统一。进给电动机和丝杠中心可以不在同一直线进给电动机和丝杠中心可以不在同一直线上，布置灵活。上，布置灵活。项目六数控机床位置精度检测与补偿v缺点：缺点：传动装置结构复杂，降低传动效

28、率，增加传动装置结构复杂，降低传动效率，增加噪声。噪声。传动级数的增加必将带来传动部件的间隙传动级数的增加必将带来传动部件的间隙和摩擦的增加，从而影响进给系统的性能。和摩擦的增加，从而影响进给系统的性能。传动传动齿轮副有间隙存在，在开环、半闭环系统中，将影齿轮副有间隙存在，在开环、半闭环系统中，将影响加工精度；在闭环系统中，由于位置反馈的作用，响加工精度；在闭环系统中，由于位置反馈的作用，间隙产生的位置滞后量虽然能通过系统的闭环自动间隙产生的位置滞后量虽然能通过系统的闭环自动调节得到补偿，但它将带来反向时冲击，甚至导致调节得到补偿，但它将带来反向时冲击，甚至导致系统产生振荡而影响系统的稳定。系

29、统产生振荡而影响系统的稳定。项目六数控机床位置精度检测与补偿v3.因伺服机构的类型不同而产生的间隙误差因伺服机构的类型不同而产生的间隙误差v伺服机构分为三种类型：伺服机构分为三种类型：v开环系统开环系统-在开环系统中，不进行位置和速度的检测，在开环系统中，不进行位置和速度的检测，电动机将依据电脉冲驱动进给运动达到期望的位置。电动机将依据电脉冲驱动进给运动达到期望的位置。开环系统采用步进电动机作为动力源，并且假定只开环系统采用步进电动机作为动力源，并且假定只要输入一定数量的电脉冲，机床就有相应的位移量。要输入一定数量的电脉冲，机床就有相应的位移量。由于没有检测元器件，构成这样的系统成本较低，由于

30、没有检测元器件，构成这样的系统成本较低，但是它的缺点是一旦产生误差，就会逐渐积累。所但是它的缺点是一旦产生误差，就会逐渐积累。所以间隙补偿效果明显。以间隙补偿效果明显。项目六数控机床位置精度检测与补偿开环伺服系统的结构开环伺服系统的结构项目六数控机床位置精度检测与补偿特点：结构简单，步进驱动、步进电机，无位置速度反馈。特点：结构简单，步进驱动、步进电机，无位置速度反馈。步进电机步进电机-步进步进电机电机是将电是将电脉冲脉冲信号转变为角位移或线位移信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于

31、脉冲信号的停止的位置只取决于脉冲信号的频率频率和脉冲数，而不受负载和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的目的；同；同时可以通过控制时可以通过控制脉冲频率脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，来控制电机转动的速度和加速度

32、，从而达到调速的目的。从而达到调速的目的。项目六数控机床位置精度检测与补偿v全闭环系统为了测量直线进给运动，沿导轨移动方全闭环系统为了测量直线进给运动，沿导轨移动方向安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移。向安装直线位移传感器，直接测量工作台的位移。项目六数控机床位置精度检测与补偿特点：精度高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有直线特点：精度高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有直线位移、速度检测装置，价格贵，调试困难，位移、速度检测装置，价格贵，调试困难，间隙补偿效果不间隙补偿效果不明显。明显。v伺服电机伺服电机-伺服电机（伺服电机（servomotor）是指在伺服系统中）是指在伺服系

33、统中控制控制机械元件机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压电压信信号转化为号转化为转矩转矩和转速以驱动控制对象。伺服和转速以驱动控制对象。伺服电机电机转子转速受转子转速受输入输入信号信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速性，可把所收到的电信

34、号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。下降。项目六数控机床位置精度检测与补偿v而半闭环系统则把角位移传感器安装在滚珠而半闭环系统则把角位移传感器安装在滚珠丝杠端部，测量其角位移，显然，这时传感丝杠端部，测量其角位移，显然，这时传感器测出角位移的值不能反映滚珠丝杠本身的器测出角位移的值不能反映滚珠丝杠本身的行程误差及其变形，以及滚珠丝杠副以后传行程误差及其变形，以及滚珠丝杠副以后传动链所

35、产生的那部分工作台的位移误差。动链所产生的那部分工作台的位移误差。项目六数控机床位置精度检测与补偿特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及特点：精度较高，采用交流或直流伺服驱动及伺服电机，有角位移、角速度检测装置，结伺服电机，有角位移、角速度检测装置，结构紧凑，构紧凑，间隙补偿效果比较明显。间隙补偿效果比较明显。项目六数控机床位置精度检测与补偿v4.数控机床位置精度的测量方法及评定标准数控机床位置精度的测量方法及评定标准vGB/T17421.22000项目六数控机床位置精度检测与补偿v知识点知识点3.v1.螺距补偿螺距补偿v数控机床软件补偿的基本原理是在机床的机数控机床软件补偿的基本原理是在机

36、床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测床坐标系中，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，测量出量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置各目标位置Pi的平均位置偏差的平均位置偏差vv=项目六数控机床位置精度检测与补偿v把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补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，指令要求沿指令上，如下图所示，指令要求沿Z轴运动轴运动到目标位置到目标位置Pi，目标实际位置为，目标实际位置为Pij,该点的平该点的平均位置偏差为均位置偏差为项目六数控机床位置精度检测与补偿v将该值输入系统，则系统将该值输入系统，则系统CNC在计算时自动

37、在计算时自动将目标位置将目标位置Pi的平均位置偏差叠加到插补指的平均位置偏差叠加到插补指令上，实际运动位置为令上，实际运动位置为:使误差部分抵消，实现误差的补偿。使误差部分抵消，实现误差的补偿。项目六数控机床位置精度检测与补偿v2.反向间隙补偿反向间隙补偿反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变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，在轴线测量行程隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线

38、测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置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。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。标反向运动值，然后按指令进行运动。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某一位置的单向平均位置偏差某一位置的单向平均位置偏差或或()：v运动部件运动部件n次单向趋近某一位置次单向趋近某一位置Pi所得的位置偏差的算术平所得的位置偏差的算术平均值，均值，v即即=,=项目六

39、数控机床位置精度检测与补偿v某一位置的双向平均位置偏差：运动部件从某一位置的双向平均位置偏差：运动部件从两个方向趋近某一位置两个方向趋近某一位置Pi所得的单向平均位所得的单向平均位置偏差置偏差和和的算术平均值的算术平均值,v即即=（+）/2项目六数控机床位置精度检测与补偿v某一位置的反向差值某一位置的反向差值Bi：运动部件从两个方：运动部件从两个方向趋近某一位置时两单向平均位置偏差之差向趋近某一位置时两单向平均位置偏差之差值，值，v即即Bi=-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

40、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在制作准步距规过程中，应进行多次时效处理，最好进行一次冷处理，将其残余应力降低到最低程度，以提高其尺寸稳定性。制成后，用工具显微镜一类的高分辨率测量仪器测出其同侧相邻端面的距离（精确到0.001mm），并将测出值刻在准步距规相应位置上。如有条件，最好用三坐标测量仪测取相

41、邻侧端面间的距离。项目六数控机床位置精度检测与补偿v很多生产厂家的现场条件属非标准环境，达不到上述标准环境条件要求，其操作人员的熟练程度和应对条件变化的处置能力也有差距，其检测结果的准确性就值得怀疑了。有些使用者用同一台激光干涉仪检测同一台数控机床，上午检测和下午检测的结果竟相差10m以上，不知该如何处理。项目六数控机床位置精度检测与补偿v有些计量部门曾用激光干涉仪对测长机、三坐标测量机和数控机床的坐标精度进行检定/校准时，也发现其测量结果与采用实物标准器（如二等标准线纹尺、二等量块、精密步距规等）进行校准时的测量结果有很大差别，数值相差甚至大到1020m/1000mm。原因可能是多方面的，既有环境影响因素，如温度变化梯度较大，也有人的操作方式不当等影响因素，甚至还可能有仪器本身的温度传感器不够稳定或帖附位置不恰当等因素影响。所以在激光干涉仪使用中，有必要先用步距规进行校对。校对方法很简单：把步距规当做被检测对象，用激光干涉进行检测，如果测量结果与步距规实际值一致，说明激光干涉仪在本环境条件和使用方式下可准确使用。如果测量结果与步距规实际值相差较大，需对激光干涉仪进行误差修正，然后再用修正过的激光干涉仪再次测量步距规，直至测量结果与步距规实际值一致或误差小到可以忽略。项目六数控机床位置精度检测与补偿v三坐标测量机项目六数控机床位置精度检测与补偿作业v1.