项目四：回转工作台的螺距误差测量与补偿

1、回转工作台位置精度的测量与补偿回转工作台位置精度的测量与补偿 项目四：项目四： 数控机床位置精度测试常用数控机床位置精度测试常用 的测量方法及评定标准的测量方法及评定标准 1 1 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 GB/T12421.2-99国家标准评定方法 目标位置Pi ：运动部件编程要达到的位置。下标i表示沿轴 线选择的目标位置中的特定位置。 实际位置Pij（i=0m，j=1n）：运动部件第j次向第i个目 标位置趋近时的实际测得的到达位置。 位置偏差Xij ：运动部件到达的实际位置减去目标位置之 差，Xij =Pij Pi。 单向趋近：运动部件以相同的方向沿轴线（指

2、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或Xij。 双向趋近： 运动部件从二个方向沿轴线或绕轴线趋近 某目标位置的一系列测量。 某一位置的单向平均位置偏差或 ： 运动部件由n 次单向趋近某一位置Pi所得的位置偏差的算术平均值。 = 或 = _ i x _ i x 1 1 n j ij x n _ i x 1 1 n j ij x n 某一位置的双向平均位置偏差 ：运动部件从二个 方向趋近某一位置P Pi i所得的单向平均位置偏差 和 的算术平均值。= （ + ）/2 某一位置的反向差值Bi ：运动部件从二

3、个方向趋近某 位置时两单向平均位置偏差之差。 Bi= _ i x _ i x _ i x _ i x _ i x _ i x _ i x _ i x 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。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： _ B _ B _ B m i i B m 1 1 = 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 n j i ij xx n 1 2 )(

4、 1 1 n j i ij xx n 1 2 )( 1 1 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 Si Ri =max.2 Si+ 2 Si+Bi； Ri；Ri 轴线双向重复定位精度R ，则有 R=max.Ri 轴线双向定位精度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) x x x x x 定位精度和重复定位精度的确定JISB6330-1980标准 （日本） 定位精度A：在测量行程范围内（运动

5、轴）测2点，一次 往返目标点检测（双向）。测试后，计算出每一点的目标值 与实测值之差，取最大位置偏差与最小位置偏差之差除以2， 加正负号（）作为该轴的定位精度。即： A=1/2 Max. （Max. Xj-Min. Xj），（Max. Xj- Min. Xj） 重复定位精度R：在测量行程范围内任取左中右三点，在 每一点重复测试2次，取每点最大值最小值之差除以2就是重 复定位精度；即 R=1/2 Max.（Max. Xi - Min.Xi） 2 2 数控机床软件补偿原理数控机床软件补偿原理 一般来讲，数控机床的优势在于软件（数控系统）和硬 件（机床）的有机结合，才能很好的发挥数控机床的各种特性

6、及先进的功能。一台数控设备经过一年的运行，很多移动部件 都发生了不同程度的磨损，其位置精度都会发生变化。即使未 到大修年限，一般精密级的数控机床，都会重新进行位置精度 的测试及补偿，其也属于机床维修及维护的重要一部分，当然 ，大修的数控机床就必须进行位置精度的测试及补偿了。本章 着重介绍一下精度补偿的一般性原理及方法 。 2.12.1螺距补偿原理螺距补偿原理 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 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，如图4所示，指令要求 沿X轴运动到目标位

7、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：Pij=Pi+ ，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。 _ i x _ i x _ i x _ i x X PiPij0 螺矩误差补偿原理螺矩误差补偿原理 Pi 2.22.2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，会引起伺服电动机的空转，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

8、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 _ B 图4 螺矩误差补偿原理 运动值，然后按指令进行运动。如图5所示，工作台正向 移动到O点，然后反向移动到Pi点，反向时，电机（丝杆）先 反向移动，后移动到Pi点；该过程CNC系统实际指令运动值L为： _ B L=PL=Pi i+ + _ B 反向间隙补偿在坐标轴处于任何方式时均有效。在系统进行 了双向螺距补偿时，双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙， 因此，此时不需设置反向间隙的补偿值。 工作台 0 Pi X L 图图5反向间隙补偿反向间隙补偿 2.3 2

9、.3 误差补偿的适用范围误差补偿的适用范围 从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的三种控制方 法可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显 著的效果，可明显提高数控机床的定位精度和重复定位精度 。对全闭环数控系统，由于其控制精度高，采用误差补偿的 效果不显著，但也可进行误差补偿。 角度单位：角度单位： 弧度（弧度（radrad）球面度（球面度（srsr） 秒（秒（）分（）分（）度（）度（） 角度量值的传递过程：角度量值的传递过程： 逐级用高精度角度标准检定低精度角度标准。逐级用高精度角度标准检定低精度角度标准。 自然基准：自然基准：3603600 0圆周角圆周角 圆周封闭原则：同一圆

10、周上所有夹角的误差之和等于零圆周封闭原则：同一圆周上所有夹角的误差之和等于零 3 角度及角位移测量概述角度及角位移测量概述 1 1、角度块规、角度块规 2 2、多面棱体、多面棱体 3 3、度盘、度盘 4 4、多齿分度盘、多齿分度盘 5 5、圆感应同步器、圆感应同步器 6 6、圆光栅、圆光栅 7 7、角编码器、角编码器 基准元件基准元件 1 1、角度块规、角度块规 基准元件基准元件 角度块可用来检定万能角度尺、角度样板，也可用于精密角度块可用来检定万能角度尺、角度样板，也可用于精密 机床中的角度调整。机床中的角度调整。 角度块与量块一样，可以单独使用，也可组合使用。角度块与量块一样，可以单独使用

11、，也可组合使用。 角度块规有三类：角度块规有三类： 三角形、约翰逊型、三角形、约翰逊型、NPLNPL式矩形式矩形 2 2、多面棱体、多面棱体 基准元件基准元件 多面棱体常与自准直仪配合使用。以自准直仪的光轴对准多面棱体常与自准直仪配合使用。以自准直仪的光轴对准 棱体工作面来定位。棱体工作面来定位。 应用：应用：常用于检定安装后的分度器件常用于检定安装后的分度器件 是常用的角度标准器，是以底面为基面的正棱柱体。分度精是常用的角度标准器，是以底面为基面的正棱柱体。分度精 度可达度可达 0.5 1 。 材料：石英、光学玻璃、高强度合金钢等。材料：石英、光学玻璃、高强度合金钢等。 3 3、度盘、度盘

12、基准元件基准元件 是角度测量中常用的基准元件。在圆周上刻有一系列等间隔是角度测量中常用的基准元件。在圆周上刻有一系列等间隔 的刻线，每一刻线均通过圆心，最小分度间隔的刻线，每一刻线均通过圆心，最小分度间隔3030、20 、10 、5 、4 。 材料：玻璃、金属材料：玻璃、金属 应用：常用于角度及圆分度误差的静态测量。应用：常用于角度及圆分度误差的静态测量。 4 4、多齿分度盘、多齿分度盘 基准元件基准元件 由两个直径、齿数和齿形均相同的上、下端齿盘组成。上下由两个直径、齿数和齿形均相同的上、下端齿盘组成。上下 两齿盘啮合时，不能再转动及侧向位移，其分度完全靠两齿盘相两齿盘啮合时，不能再转动及侧

13、向位移，其分度完全靠两齿盘相 对转过的齿数来决定。对转过的齿数来决定。 齿数：齿数：360360、720720、14401440 最小分度间距：最小分度间距：1 10 0、30 30 、15 15 特点：自动定心、平均效应特点：自动定心、平均效应 分度精度：分度精度： 0.1 a)整体结构整体结构 b)弹性齿弹性齿 c)刚性齿刚性齿 5 5、圆感应同步器、圆感应同步器 基准元件基准元件 包括激磁绕组（定子）和感应绕组（转子）两部分。包括激磁绕组（定子）和感应绕组（转子）两部分。 常用于加工现场的测量。常用于加工现场的测量。 6.6.圆光栅：光栅盘的分辨力多为圆光栅：光栅盘的分辨力多为1010

14、,20,20 , ,可用于可用于静态测量静态测量 和动态测量。因其能自动瞄准读数，常用于高精度智能化和动态测量。因其能自动瞄准读数，常用于高精度智能化 仪器及加工机械中。仪器及加工机械中。 7.7.角编码器：将角位置定义成数字代码的装置，使用方便，角编码器：将角位置定义成数字代码的装置，使用方便， 但难以实现微小分度。但难以实现微小分度。 基准元件基准元件 自准直仪自准直仪 利用光学自准直原理测量微小角度变化的仪利用光学自准直原理测量微小角度变化的仪 器。也可以对平面度和直线度进行间接测量。器。也可以对平面度和直线度进行间接测量。 因读数系统的不同可分为因读数系统的不同可分为光学自准直仪光学自

15、准直仪和和数数 显自准直仪显自准直仪。 光学自准直仪光学自准直仪数显自准直仪数显自准直仪 4 自准直仪概述自准直仪概述 光学自准直仪结构光学自准直仪结构 自准直仪通常有三部分组成：自准直仪通常有三部分组成： 体外反射镜、物镜光管部件、测微目镜部件体外反射镜、物镜光管部件、测微目镜部件 1-测微鼓轮； 2-活动分划板； 3-目镜； 4-固定分划板； 5-定位螺钉； 6-十字线分划板（带保护玻璃）； 7-滤光片； 8-光源； 9-立方直角棱镜； 10、11-体内反射镜； 12-物镜； 13-体外反射镜； 光学自准直仪原理光学自准直仪原理 光学自准直仪原理光学自准直仪原理 自准直法就是通过将自准直法

16、就是通过将被测量被测量转换为反射镜的转换为反射镜的倾斜量倾斜量 进行测量的，如测量直线度、平面度误差。进行测量的，如测量直线度、平面度误差。 1 1、使用前用汽油和脱脂棉或绸布清洁仪器主体和、使用前用汽油和脱脂棉或绸布清洁仪器主体和 附件，清洁被测表面。附件，清洁被测表面。 2 2、仪器的安放位置一定要稳固可靠，位置合适，、仪器的安放位置一定要稳固可靠，位置合适， 宜于观察，测量过程中不得移动仪器主体。宜于观察，测量过程中不得移动仪器主体。 3 3、使用过程中严禁碰撞。、使用过程中严禁碰撞。 4 4、使用中注意不要过分用力和随意乱动，并注意、使用中注意不要过分用力和随意乱动，并注意 防锈和清洁

17、保养。防锈和清洁保养。 注意事项注意事项 1、安装基盘 5 操作步骤操作步骤 2、打表 操作步骤操作步骤 3、安装多面棱体 操作步骤操作步骤 4、安装多面棱体防护罩 操作步骤操作步骤 5、安装自准直仪支架 操作步骤操作步骤 6、安放自准直仪 1、找像 1）调整水平调整板， 使主体物镜中心和多面 棱体的反射镜中心大致 处于同一高度。 2）移动仪器主体，使 多面棱体的反射面对称 地处于主体入射光瞳的 中心，其光轴与多面棱 体的旋转轴线成90度。 经过以上两步调整后，在目镜中能看到十字线像 2、读数 十字线的像 成在分划板之 后，转动测微 鼓轮，使指标 线在视场内移 动，直到指标 线套在十字线 内，

18、即可从刻 线分划板及测 微鼓轮上的刻 度读出数值。 6 参数设置参数设置 进入参数设置界面后，选择“系统参数系统参数”，不然无 法将坐标轴参数、误差补偿参数等展开。 参数设置参数设置 将光标移动到“误差补偿参数”后，按“ENTERENTER”键 将“误差补偿参数”展开。 参数设置参数设置 选择“补偿轴3” 参数设置参数设置 参数设置参数设置 参数设置参数设置 该参数用于设置当前轴反向间隙补偿的使能与禁止。 0：反向间隙补偿禁止 1：反向间隙补偿使能 该参数一般设置为机床进给轴（直线轴、摆动轴 或旋转轴）在常用工作区间内的反向间隙测量值。 如果采用双向螺距误差补偿，则无需进行反向间隙 补偿，该参数可设置为0。 数据单位为毫米毫米或度度。 参数设置参数设置 当反向间隙较大时，通过设置该参数可将反向间隙 的补偿分散到多个插补周期内进行，以防止轴反向时 由于补偿造成的冲击。如果该参数设定值大于零，则 反向间隙补偿将在个插补周期内完成： 反向间隙补偿值反向间隙补偿率 如果反向间隙补