数控系统精度控制方法课件.ppt

1、1内容安排I.数控机床精度介绍数控机床精度介绍II.激光干涉仪介绍激光干涉仪介绍III.实例讲解实例讲解23一、数控机床的精度 数控机床正在向高精度化方向发展，数控机床正在向高精度化方向发展，数控机床精度的提高日益为人们所重视。数控机床精度的提高日益为人们所重视。本本课课主要介绍数控机床的精度标准和提主要介绍数控机床的精度标准和提高数控机床精度措施的基本概念。并重高数控机床精度措施的基本概念。并重点介绍数控机床的精度检测项目和评定点介绍数控机床的精度检测项目和评定方法。方法。41.1 概 述1.1.1 机床精度的基本概念工件的加工精度是指加工后的几何参数工件的加工精度是指加工后的几何参数(尺寸

2、、形尺寸、形状和表面相互位置状和表面相互位置)与理想几何参数符合的程度。与理想几何参数符合的程度。精度的高低用误差的大小来表达。误差是指实际值精度的高低用误差的大小来表达。误差是指实际值与理想值之间的差值，误差愈小，则精度愈高。工与理想值之间的差值，误差愈小，则精度愈高。工件的加工精度用尺寸精度、形状精度和位置精度三件的加工精度用尺寸精度、形状精度和位置精度三项指针来衡量。项指针来衡量。在机械加工中，工件和刀具直接或通过夹具安装在机床上，工件的加工精度主要取决于工件和刀具在切削成形运动过程中相互位置的正确程度。51.1.2 数控机床精度的主要检测项目1.几何精度机床的几何精度是指机床的主要运动

3、部件及其运动轨迹的形状精度和相对位置精度。它对工件的加工精度有直接影响，因而是衡量机床质量的基本指标。几何精度通常在运动部件不动或低速运动的条件下检查，其中主要包括：(1)导轨的直线度(2)导轨或主要运动部件运动基准间的相对位置精度(3)主轴的回转精度 2.定位精度机床的定位精度是指其主要运动部件沿某一坐标轴方向，向预定的目标位置运动时所达到的位置的精度。3.工作精度机床的工作精度是机床在实际切削加工条件下的一项综合考核。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定位精度是指实际位置与指令位置的一致程度,其不一致的量值即为定位误差。定位误差包括其不一致的量值即为定位误差。定位

4、误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等产生的误差，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。将直接影响零件加工的精度。定位精度的高低定位精度的高低用定位误差的大小来衡量。用定位误差的大小来衡量。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，或是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。称为变值系统性误差。

5、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方向是不规律地变化的。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

6、一致性，是一的偶然性误差，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。项非常重要的精度指标。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，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，间隙太大还会造成它会造成工作台定位误差，间隙太大还会造成系统振荡。系统振荡。项目六数控机床位置精度检测与补偿粗大误差：在一定的测量条件下，超出规定条件下预期的误粗大误差：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，按一定条差称为粗大误差，一般地，给定

7、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。误差，它又叫做粗误差或寄生误差。产生粗大误差的主要原因如下：客观原因：电压突变、产生粗大误差的主要原因如下：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；操作时疏忽了粗大误差；主观原因：使用了有缺陷的量

8、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。变因素也是产生这些误差的原因。111.2 数控机床的定位精度1.2.1 定位精度的基本概念定位精度的高低用定位误差的大小来衡量。按国家标准规定，对数控机床定位精度采用统计检验方法确定。1.定位误差的统计检验方法定位误差的统计检验方法(1)系统性误差(2)随机性误差 2.定位精度的确定定位精度的确定 定位精度主要用以下三项指标表示：(1)定位精度定位精度(2)重复定位精度重复定位精度(3)反向差值反向差值 3.实际检测中定位精度的计算实际检测中定

9、位精度的计算121.2.2 定位精度的检测数控机床的定位精度一般采数控机床的定位精度一般采用刻线基准尺和读数显微镜、用刻线基准尺和读数显微镜、激光干涉仪、光栅、感应同激光干涉仪、光栅、感应同步器等测量工具进行检测。步器等测量工具进行检测。利用刻线基准尺和读数显微利用刻线基准尺和读数显微镜的测量原理见图镜的测量原理见图8.3(a)。较高精度的数控机床常用双较高精度的数控机床常用双频激光干涉仪测量定位精度。频激光干涉仪测量定位精度。其测量原理见图其测量原理见图8.3(b)。图图8.4为激光干涉仪测量系统为激光干涉仪测量系统的原理图。的原理图。138.2.3 数控机床定位精度的评定按国家标准按国家标

10、准GBl093189“数字控制机床位置精度的评定方法数字控制机床位置精度的评定方法”的规定，数控坐标轴定位精度的评定项目有以下三项：的规定，数控坐标轴定位精度的评定项目有以下三项：轴线的重复定位精度R；轴线的定位精度A；轴线的反向差值B。检测时，在各坐标轴上选择若干测点，在每个测点位置上，使检测时，在各坐标轴上选择若干测点，在每个测点位置上，使移动部件按正、反两个方向移动趋近。测定定位误差。移动部件按正、反两个方向移动趋近。测定定位误差。用图表示的检测结果如图用图表示的检测结果如图8.5所示。所示。148.3 数控机床定位精度分析和提高措施8.3.1 开环系统的定位精度分析在开环伺服系统中，指

11、令脉冲经脉冲分配器、功率放大器、步进电动机、减速齿轮、滚珠丝杠螺母副转换为机床工作台(或刀架)的移动。在机床使用过程中，定位精度进一步受到负载变化、振动、热变形、机床导轨和丝杠螺母副的磨损以及数控装置组件特性变化等的影响。其中，主要的影响因素有下列各项。1.步进电动机的误差步进电动机的误差(1)步进电动机的步距角误差步进电动机的步距角误差(2)步进电动机的动态误差步进电动机的动态误差(3)步进电动机的起停误差步进电动机的起停误差 2.机械传动部分的误差机械传动部分的误差(1)齿轮副的传动误差及传动间隙齿轮副的传动误差及传动间隙(2)滚珠丝杠螺母副的传动误差及传动间隙滚珠丝杠螺母副的传动误差及传

12、动间隙 158.3.1 开环系统的定位精度分析开环系统的定位精度分析3.导轨副的误差当导轨副的导轨面存在直线度误差、平面度误差、两导轨间的平行度误差以及滚动体存在形状、尺寸误差时都会使运动件不能沿给定方向作直线运动，使导轨副的运动件偏离给定方向运行；或产生运动轨迹的不直线性，使运动件颠摆(上、下摆动)或摇摆(水平摆动)，这就产生了导向误差，直接影响了定位精度。4.机械传动部分的受力变形由于负载的变化(包括切削力、摩擦力以及加减速过程中的惯性力等)会引起弹性变形量的变化，造成移动部件的定位误差以及反向时的失动量。5.机械进给部分的热变形数控机床由于机动时间长，由摩擦温升引起的热变形常是定位误差的

13、主要组成部分。其中由丝杠和螺母相对运动摩擦引起的温升使丝杠产生的热伸长常会严重影响定位精度。168.3.2 失动量的来源和消除措施失动是指工作台或刀架反向移动时失动是指工作台或刀架反向移动时的位移损失。在开环系统中，反向的位移损失。在开环系统中，反向差值差值B反映了失动量的大小。反映了失动量的大小。失动量的来源可用图失动量的来源可用图8.6为例说明。为例说明。为了减少失动量，可以从以下几个为了减少失动量，可以从以下几个方面采取措施：方面采取措施：(1)从产生失动量的根源上采取措施。减小、消除各种机械间隙，采用各种消除间隙的结构。装配时预加载荷。减少丝杠的弹性变形。增大轴径可有效地减少变形。(2

14、)减少相对运动件之间的摩擦力。(3)对于点位控制系统可以采用单方向趋近法。(4)失动量中的常值系统性误差部分，可以通过误差补偿的方法消除或减少。178.3.3 全死循环控制系统的定位精度分析全死循环控制系统由于在工作台上安装了位置检测组件，把位全死循环控制系统由于在工作台上安装了位置检测组件，把位移信号反馈到输入端并与输入信号相比较，实现对工作台的反移信号反馈到输入端并与输入信号相比较，实现对工作台的反馈控制，因而机械传动系统各部分的误差对工作台的定位精度馈控制，因而机械传动系统各部分的误差对工作台的定位精度没有直接关系，定位误差主要取决于位置检测系统的误差。它没有直接关系，定位误差主要取决于

15、位置检测系统的误差。它主要包括有检测组件本身的误差，如分辨率、线性度等，以及主要包括有检测组件本身的误差，如分辨率、线性度等，以及由于检测组件的安装、调整所造成的误差。由于检测组件的安装、调整所造成的误差。全死循环控制系统中的失动量，虽然不直接影响定位精度，但全死循环控制系统中的失动量，虽然不直接影响定位精度，但过大的失动量会造成伺服系统的动态不稳定和振荡，使系统性过大的失动量会造成伺服系统的动态不稳定和振荡，使系统性能下降。一般死循环控制系统中，轮廓加工机床的失动量应控能下降。一般死循环控制系统中，轮廓加工机床的失动量应控制到小于或等于制到小于或等于4m，点位控制系统允许到，点位控制系统允许

16、到0.010.02mm。半死循环控制系统由于丝杠螺母副到工作台之间的传动链不在半死循环控制系统由于丝杠螺母副到工作台之间的传动链不在反馈控制环内，该部分的各种误差与开环控制系统一样，会影反馈控制环内，该部分的各种误差与开环控制系统一样，会影响定位精度。响定位精度。188.3.4 提高定位精度的措施定位误差补偿 可以采用以下两种基本的方法。可以采用以下两种基本的方法。(1)从产生误差的根源上采取措施减小或消除定位误差。(2)采用误差补偿方法提高定位精度。误差补偿的原理就是人为地制造一个大小相等、方向误差补偿的原理就是人为地制造一个大小相等、方向相反的误差去补偿原有的误差。相反的误差去补偿原有的误

17、差。1.电气补偿法(1)反向间隙误差补偿(2)螺距累积误差补偿 2.软件补偿法(1)反向间隙误差补偿(2)由螺距累积误差等引起的常值系统性定位误差的补偿 198.4 数控机床的工作精度8.4.1 数控机床的工作精度试验1.主要检测项目主要检测项目 现以加工中心为例，介绍其工作精度的主要检测项目。(1)镗孔孔距精度(2)斜线铣削精度 检测项目有：检测项目有：F四面的直线度；F相对面间的平行度；F相邻两面间的垂直度。(3)铣圆精度 2.各检验项目与机床精度的各检验项目与机床精度的关系关系图8.8表示在两孔中心位置A、B两点处机床定位精度对试件孔距精度的影响。208.4.2 机床进给伺服系统特性对加

18、工精度的影响控制系统应同时精确地控制各坐标控制系统应同时精确地控制各坐标轴运动的位置和速度。由于系统的轴运动的位置和速度。由于系统的稳态和动态特性，会影响坐标轴的稳态和动态特性，会影响坐标轴的协调运动和位置的精确性，产生轮协调运动和位置的精确性，产生轮廓的形状误差。以下仅讨论系统的廓的形状误差。以下仅讨论系统的稳态特性对轮廓误差的影响。稳态特性对轮廓误差的影响。1.跟随误差数控机床的伺服进给系统可简化为一阶系统来讨论。当恒速输入时，稳态情况下系统的运动速度与速度指令值相同，但是两者的瞬时位置有一恒定的滞后。在图8.9中，曲线1为某一坐标轴的位置命令输入曲线，曲线2为实际运动的位置时间曲线。2.

19、跟随误差与轮廓误差之间的关系轮廓误差是指实际轨迹与要求轨迹之间的最短距离。一般分析两种情况下的轮廓误差：加工直线轮廓和加工圆弧轮廓。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激光干涉仪原理与操作，数控机床重

20、复定位激光干涉仪原理与操作，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精度，定位精度及反向差值的检查与误差补偿。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 激光干涉仪激光干涉仪v双频激光干涉仪双频激光干涉仪-用来测量数控机床的定位精度，用来测量数控机床的定位精度，重复定位精度。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

21、影响机床加工精度的组成零部件的精度，包括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。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 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、重复定位精理后得出来的结果。一般

22、由定位精度、重复定位精度及反向间隙三部分组成。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。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激光干涉仪激光干涉仪-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，先用激光位移传感器或者电感测微仪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，

23、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，其名义激光干涉仪一般采用的是氦氖激光器，其名义波长为波长为0.633微米（微米（1微米微米=110-6米米）。）。测量系统组成测量系统组成-激光头、遥控装置、计算机、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显示器、空气传感器、温度传感器及图形绘制仪等。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

24、个光其合成结果为两个波形的相位差，用该相位差来确定两个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

25、程长度之差逐渐变化而相应变化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。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仪测量定位精度和重复定位精度的仪器是激光干涉仪。

26、其在全行程上的测量点数器是激光干涉仪。其在全行程上的测量点数不应少于不应少于5点（点（515个），测量间距按下式个），测量间距按下式确定：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；v i-目标位置序号目标位置序号v K-在各目标位置时取不同的值，是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机床控制盘上用

27、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控机床位

28、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，实际测得个目标位置趋近时，实际测得的位置的位置(厂家给定值厂家给定值)。v 位置偏

29、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=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

30、部件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

31、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-所所以叫反向间隙。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

32、动机丝杠连接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定，传动比由同步带的齿数比确定，有间隙。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

33、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

34、重，提高进给系统的快速性。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

35、复杂，降低传动效率，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

36、响系统的稳定。系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

37、统成本较低，由于没有检测元器件，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

38、止的位置只取决于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“步距步距角角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过，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控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；同时可以通过控制同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

39、的速度和加速度，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。伺服电机伺服电机-伺服电机（伺服电机（servo motor）是指在伺服系统中

40、）是指在伺服系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

41、把所收到的电信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

42、副以后传动链所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

43、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v v =ix _ix 11njijxn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,该点的该点的平均位置偏差为平均位置偏差为ix 项目六数控机床位置精度检测与补偿v将该值

44、输入系统，则系统将该值输入系统，则系统CNC 在计算时自动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。iijiPPx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

45、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。iLPB项目六数控机床位置精度检测与补偿iLPB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

46、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v很多生

47、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

48、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 激光干涉仪使用方法v 激光干涉仪简介v 检测螺距误差必 要性 v 工作原理 v 使用技巧 v实际应用 v 日常维护与保养激光干

49、涉仪 XL80基本组成：XL80 激光器 三脚架 XC-80 环境补偿装置线性测量 镜组v检测螺距误差必要性 开环和半闭环数控机床的定位精度主要 取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有一 定螺距误差，因此在加工过程中会造成零 件的外形轮廓偏差。由上面的原因可以得 知：螺距误差是指由螺距累积误差引起的 常值系统性定位误差。检测螺距误差是为 了减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏 差，即提高机床的精度。工作原理 MLl0激光干涉仪激光干涉仪是根据光学千涉基本原理设计而成。从 MLl0激光激光器射出的激光激光束有单一频率，其标称波长隽 0633pLIn，且其长期波长稳定健(真空状态)要高于 01ppm。当

50、此光束抵达偏振分光镜时，会被分为两道 光束一一道反射光束一道透射光。这两道光射向其反光镜，然后透过分光镜反射圈去，在激光激光头内的探测器形成一道 干涉干涉光束。若光程差没有任何变化，探测器会相长性和相 消性干涉干涉的两极找到稳定的信号。若光程差确实有变化，探测器会在每一次光程改变时，在相长性和相消性干涉干涉的 极找到变动的信号。这些变化会被计算并用来测量两个光 程闻的差异变化。测量的光程就是栅格数乘以光束大约一 半的波长。实 际 应 用v 目前为止，激光干涉仪激光干涉仪在我们机床装配 现场最常见的检测就是对数控机床的定位 精度、重复定位精度、反向精度的检测。对于附带有C轴带有铣削功能的机床还要