數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償

1、畢 業(yè) 論 文 題目：題目：數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償 姓名： 系部： 機(jī)電工程系 班級： 08 數(shù)控（2）班 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書 機(jī)電工程系部 數(shù)控 專業(yè) 2008 級（ 2011 屆）2 班 學(xué)生 題 目：數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償 專題題目 原始依據(jù)： 工作基礎(chǔ)： 隨著我國數(shù)控裝備技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為一種高精度、高效率、 穩(wěn)定性強(qiáng)的自動化加工設(shè)備，已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)必不可少的現(xiàn)代化裝備。數(shù)控機(jī)床的位置 精度是影響其高精度的一個重要方面，因此有必要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行位置精度的檢測和補(bǔ)償。 研究條件：計算機(jī)、與課題相

2、關(guān)的文獻(xiàn)資料、數(shù)控機(jī)床 autocad2006 軟件等 應(yīng)用環(huán)境：數(shù)控加工中車床、銑床、加工中心 工作目的：通過對數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償研究，盡量避免在實際 加工中，問題的出現(xiàn)的精度問題。并能提高產(chǎn)品的精度及質(zhì)量，并對數(shù)控加工 產(chǎn)生積極的指導(dǎo)意義的目標(biāo)。 主要內(nèi)容和要求： 此論文的主要研究內(nèi)容是： 1） 、數(shù)控位置精度概述 數(shù)控機(jī)床的位置精度通常是指數(shù)控軸的定位精度、重復(fù)精度以及反向間隙。 定位精度是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床位置精度，是表明所測量的機(jī) 床各運(yùn)動部件在數(shù)控機(jī)床的控制下所能達(dá)到的精度。 根據(jù)實測的位置精度，可以判斷出這 臺機(jī)床在以后的自動加工中能達(dá)到的最好的加工精

3、度。 2） 、數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償?shù)姆椒?1 目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析，利用激光干涉測量 原理，以激光實時波長為測量基準(zhǔn)，有效提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍 2 通過數(shù)控系統(tǒng)具備的螺距補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能對機(jī)床的定位精 度加以補(bǔ)償，通常的辦法是使用renishaw激光干涉儀檢測各直線運(yùn)動軸的位 置精度，然后將實測值與理論值之差值，在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度曲線。 3） 、影響數(shù)控機(jī)床位置精度的因素 在實際工作中，由于機(jī)床床身安裝的水平誤差大，影響控制系統(tǒng)回油節(jié)流的 穩(wěn)定性，導(dǎo)致工作臺出現(xiàn)快速行程達(dá)不到要求或不運(yùn)動，往返速度差大進(jìn)而影 響工作臺的定位精度。 4）

4、 、如何提高數(shù)控機(jī)床位置精度 1、反向偏差 在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、伺服 液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動傳動副的反向間隙等誤差的 存在，造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動時形成反向偏差，通常也稱反 向間隙或失動量。 2、定位精度 數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動所 能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度，它與機(jī)床的 幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差 具有決定性的影響。 主要指標(biāo)和具體要求主要指標(biāo)和具體要求： :查閱課題相關(guān)文獻(xiàn) 15 篇以上（期刊 5 篇以

5、上） ，并注明出處 :通過網(wǎng)絡(luò)、實地考察等手段了解焊接機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與前景 :深入了解文獻(xiàn)涉及的主要原理、技術(shù)方法等進(jìn)行總結(jié)、歸納述評，闡明 當(dāng)前有關(guān)的最先成果和動態(tài) :考慮以較小的格式在網(wǎng)上發(fā)布。 日程安排： ：11 月 25 日-12 月 20 日，閱讀有關(guān)文獻(xiàn)資料，進(jìn)行課題/論文調(diào)研； ：12 月 21 日-12 月 25 日，撰寫選題報告； ：12 月 26 日-1 月 15 日，撰寫開題報告； ：1 月 1 日-3 月 27 日，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，撰寫設(shè)計說明或畢業(yè)論文，整理 并修改畢業(yè)設(shè)計/畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。 : 3 月 28 日-4 月 4 月 3 日，論文審核； : 4 月，準(zhǔn)

6、備答辯 主要參考文獻(xiàn)和書目： 1范超毅，加工中心位置精度及其補(bǔ)償方法在不同場合的應(yīng)用j，機(jī)械設(shè)計與制造 2008(2) ，2528。 2陳吉紅、楊克沖，數(shù)控機(jī)床實驗指南m，武漢：華中科技大學(xué)出版社， 2003，203216。 3 叔子、楊克沖,機(jī)械工程控制基礎(chǔ)m，湖北：華中科技大學(xué)出版社，2003，140一 150。 4 張劍、潘月斗、許鎮(zhèn)琳、王天將,數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)高精度位置檢測研究與實現(xiàn)j， 制造業(yè)自動化，2004(10)，26。 5 周漢輝，數(shù)控機(jī)床精度校準(zhǔn)技術(shù)j，計量技術(shù) 2002,(2)，58-65。 6 劉煥牢、師漢民、李斌，數(shù)控機(jī)床定位誤差的高精度測量及補(bǔ)償技術(shù)j，組合機(jī) 床與自

7、動化加工技術(shù)2005,(1)，18-20。 7 王懷明、趙先仲、孫中文、劉新宇，數(shù)控機(jī)床位置精度的計算機(jī)輔助處理j，現(xiàn)代 制 造工程 2002,(9)35-36。 8 陽曼、李克天、yang man.li ke-tian ，新開數(shù)控機(jī)床位置精度測試與補(bǔ)償實驗 的探索j，廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)2005,（5）7-8。 9 高士廉，重視對數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測j，制造技術(shù)與機(jī)床 2002,(8)14。 10 鄧樹光，數(shù)控機(jī)床位置精度的測試與補(bǔ)償j，cad/cam 與制造業(yè)信息，2004,(6)48- 49。 11 李玉文，數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸位置精度的自動檢測j，設(shè)備管理與維修2005,(12)

8、7- 10。 12 于訓(xùn)方、李文深，數(shù)控系統(tǒng)的位置精度補(bǔ)償制造技術(shù)與機(jī)床j，機(jī)械制造， 2003，(6)22-25。 13 李翠芝、姜增輝，sinmerik840d 的定位精度補(bǔ)償j，機(jī)械工程師 2005,(9)28- 31。 14陳國琛、汪宏強(qiáng).數(shù)控機(jī)床位置精度檢測與調(diào)試j.制造技術(shù)與機(jī)床.2004(05).7-8。 15姜秀麗 靳宣強(qiáng). 淺析數(shù)控機(jī)床位置精度的影響因素及測定方法d. 現(xiàn)代制造技術(shù) 與裝備，2007-6-181 指導(dǎo)教師簽字 ： 年 月 日 教研室主任簽字： 年 月 日 江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū) 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 機(jī)電工程 系 數(shù)控技術(shù) 專業(yè) 08 級（

9、11 屆）02 班 學(xué)生 題題 目目：數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償 本課題來源及研究現(xiàn)狀：本課題來源及研究現(xiàn)狀： 1)1)課題來源及意義：課題來源及意義： 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中已得 到廣泛的應(yīng)用,精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,對數(shù)控機(jī)床 的精度也提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床的地位精度是影響其高精度的一個重要 方面，因此有需要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行位置精度的檢測和補(bǔ)償。因此對數(shù)控機(jī)床的 位置精度的檢測和補(bǔ)償是提高加工質(zhì)量的有效途徑。運(yùn)用數(shù)控機(jī)床位置精度的 檢測和補(bǔ)償方法，不但可以提高機(jī)床精度，而且對于進(jìn)一步認(rèn)識數(shù)控系統(tǒng)功能 和數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有積

10、極現(xiàn)實意義。 2)2)課題研究現(xiàn)狀課題研究現(xiàn)狀： 對于數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測：由于雙頻激光干涉儀的檢測精度較高，故在國 際上常采用雙頻光干涉儀進(jìn)行測量。鑒于國內(nèi)目前雙頻激光干涉儀數(shù)量較少， 而由于線紋尺-顯微鏡法和塊規(guī)法操作簡單投入經(jīng)費(fèi)少，故國內(nèi)常采用線紋尺- 顯微鏡法和塊規(guī)法進(jìn)行檢測。對于數(shù)控機(jī)床位置精度的補(bǔ)償，現(xiàn)在有機(jī)械式補(bǔ) 償法，軟件式補(bǔ)償法，絲桿螺距誤差補(bǔ)償法，電氣補(bǔ)償法等。 課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段：課題研究目標(biāo)、內(nèi)容、方法和手段： 1.1.課題研究目標(biāo)：課題研究目標(biāo)： 針對數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償，研究其對數(shù)控機(jī)床加工過程中的影 響，對此進(jìn)行解決，盡量避免此類問題的發(fā)生。

11、 2 2課題研究的內(nèi)容課題研究的內(nèi)容： 1） 、數(shù)控位置精度概述 數(shù)控機(jī)床的位置精度通常是指數(shù)控軸的定位精度、重復(fù)精度以及反向間隙。 定位精度是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床位置精度，是表明所測量 的機(jī)床各運(yùn)動部件在數(shù)控機(jī)床的控制下所能達(dá)到的精度。 根據(jù)實測的位置精度， 可以判斷出這臺機(jī)床在以后的自動加工中能達(dá)到的最好的加工精度。 2） 、數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償?shù)姆椒?目前多采用雙頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析，利用激光干涉測量原理， 以激光實時波長為測量基準(zhǔn)，有效提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢測步 驟如下：安裝雙頻激光干涉儀；在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量 裝置：

12、調(diào)整激光頭，使測量軸線與機(jī)床移動軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn) 直；待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)；按規(guī)定的測量程序運(yùn)動機(jī)床進(jìn)行測量：數(shù)據(jù) 處理及結(jié)果輸出。 通過數(shù)控系統(tǒng)具備的螺距補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能對機(jī)床的定位精度 加以補(bǔ)償，通常的辦法是使用 renishaw 激光干涉儀檢測各直線運(yùn)動軸的位 置精度，然后將實測值與理論值之差值，在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度曲線。 根據(jù)此曲線進(jìn)行定位精度及反向間隙的補(bǔ)償。 num 數(shù)控系統(tǒng)除可對線性軸進(jìn) 行定位精度及反向間隙的補(bǔ)償外，也可對旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行定位精度及反向間隙的補(bǔ) 償。可以使用電子角度儀檢測實測值與理論值的差值，同樣在坐標(biāo)紙上繪出雙 向定位精度曲線，再根

13、據(jù)此曲線進(jìn)行反向間隙及螺距誤差的補(bǔ)償。 3） 、影響數(shù)控機(jī)床位置精度的因素 數(shù)控機(jī)床位置誤差的影響主要是工作臺的定位，數(shù)控機(jī)床工作臺的定位精度 是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動所能達(dá)到的位置精度，是數(shù) 控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度，它與機(jī)床的幾何精度共同對機(jī)床切削 精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差具有決定性的影響。數(shù)控 機(jī)床工作臺的運(yùn)動一般南數(shù)控裝置根據(jù)程序的坐標(biāo)代碼做差補(bǔ)運(yùn)算，利用輸出 的控制信號控制工作臺的進(jìn)給運(yùn)動。在實際工作中，由于機(jī)床床身安裝的水平 誤差大，影響控制系統(tǒng)回油節(jié)流的穩(wěn)定性，導(dǎo)致工作臺出現(xiàn)快速行程達(dá)不到要 求或不運(yùn)動，往返速度差大進(jìn)而影響工作

14、臺的定位精度。一臺數(shù)控機(jī)床可以從 它所能達(dá)到的定位精度判斷出它的加工精度，所以提高機(jī)床工作臺的定位精度， 對工作臺的定位精度和機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的累積誤差進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工 質(zhì)量的必要途徑。 4） 、如何提高數(shù)控機(jī)床位置精度 1、反向偏差 在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、伺 服液壓馬達(dá)和步進(jìn)電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動傳動副的反向間隙等誤差 的存在，造成各坐標(biāo)軸在由正向運(yùn)動轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動時形成反向偏差，通常也稱 反向間隙或失動量。對于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床, 反向偏差的存在就 會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度, 從而影響產(chǎn)品的加工精度。如在 g01

15、切削運(yùn)動時, 反向偏差會影響插補(bǔ)運(yùn)動的精度, 若偏差過大就會造成“圓 不夠圓，方不夠方”的情形；而在 g00 快速定位運(yùn)動中，反向偏差影響機(jī)床的 定位精度，使得鉆孔、鏜孔等孔加工時各孔間的位置精度降低。同時，隨著設(shè) 備投入運(yùn)行時間的增長, 反向偏差還會隨因磨損造成運(yùn)動副間隙的逐漸增大而 增加, 因此需要定期對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反向偏差進(jìn)行測定和補(bǔ)償。 2、定位精度 數(shù)控機(jī)床的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動所 能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度，它與機(jī)床的 幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤差 具有決定性的影響。一臺數(shù)控機(jī)床

16、可以從它所能達(dá)到的定位精度判出它的加工 精度，所以對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工質(zhì)量的必要途徑。 3.3.課題研究的方法課題研究的方法： 通過分析數(shù)控機(jī)床位置精度曲線特征和位置精度與加工精度的關(guān)系，闡述 合理的調(diào)試方法和步驟以及驗收中的注意事項，說明提高數(shù)控機(jī)床的機(jī)械進(jìn)給 系統(tǒng)精度仍然是保證數(shù)控機(jī)床位置精度的首要任務(wù)。 4.4.課題研究的手段課題研究的手段： 1、圖書館電子資源庫檢索并閱讀相應(yīng)文獻(xiàn)資料； 2、通過工廠實踐方面的觀察與分析。 設(shè)計（論文）提綱及進(jìn)度安排：設(shè)計（論文）提綱及進(jìn)度安排： 論文提綱：論文提綱： 進(jìn)度安排進(jìn)度安排： 1：11 月 25 日-12 月 20 日

17、，閱讀有關(guān)文獻(xiàn)資料，進(jìn)行課題調(diào)研； 2：12 月 21 日-12 月 25 日，撰寫選題報告； 3：12 月 26 日-1 月 15 日，撰寫開題報告； 4：1 月 1 日-3 月 27 日，進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，實驗實踐的驗證，撰寫設(shè)計 說明整理并修改畢業(yè)設(shè)計，準(zhǔn)備答辯。 5:3 月 28 日-4 月 4 月 3 日，論文審核； 主要參考文獻(xiàn)和書目： 1范超毅，加工中心位置精度及其補(bǔ)償方法在不同場合的應(yīng)用j，機(jī)械設(shè)計與制造 2008(2) ，2528。 2陳吉紅、楊克沖，數(shù)控機(jī)床實驗指南m，武漢：華中科技大學(xué)出版社，2003，203 216。 3 叔子、楊克沖,機(jī)械工程控制基礎(chǔ)m，湖北：華中科技大學(xué)

18、出版社，2003，140一 150。 4 張劍、潘月斗、許鎮(zhèn)琳、王天將,數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)高精度位置檢測研究與實現(xiàn)j， 制造業(yè)自動化，2004(10)，26。 5 周漢輝，數(shù)控機(jī)床精度校準(zhǔn)技術(shù)j，計量技術(shù) 2002,(2)，58-65。 6 劉煥牢、師漢民、李斌，數(shù)控機(jī)床定位誤差的高精度測量及補(bǔ)償技術(shù)j，組合機(jī)床 與自動化加工技術(shù)2005,(1)，18-20。 7 王懷明、趙先仲、孫中文、劉新宇，數(shù)控機(jī)床位置精度的計算機(jī)輔助處理j，現(xiàn)代 制 造工程 2002,(9)35-36。 8 陽曼、李克天、yang man.li ke-tian ，新開數(shù)控機(jī)床位置精度測試與補(bǔ)償實驗的 探索j，廣東工業(yè)大學(xué)

19、學(xué)報(社會科學(xué)版)2005,（5）7-8。 9 高士廉，重視對數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測j，制造技術(shù)與機(jī)床 2002,(8)14。 10 鄧樹光，數(shù)控機(jī)床位置精度的測試與補(bǔ)償j，cad/cam 與制造業(yè)信息，2004,(6)48- 49。 11 李玉文，數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)軸位置精度的自動檢測j，設(shè)備管理與維修2005,(12)7-10。 12 于訓(xùn)方、李文深，數(shù)控系統(tǒng)的位置精度補(bǔ)償制造技術(shù)與機(jī)床j，機(jī)械制造， 2003，(6)22-25。 13 李翠芝、姜增輝，sinmerik840d 的定位精度補(bǔ)償j，機(jī)械工程師 2005,(9)28-31。 14陳國琛、汪宏強(qiáng).數(shù)控機(jī)床位置精度檢測與調(diào)試j.制造技術(shù)

20、與機(jī)床.2004(05).7-8。 15姜秀麗 靳宣強(qiáng). 淺析數(shù)控機(jī)床位置精度的影響因素及測定方法d. 現(xiàn)代制造技術(shù)與 裝備，2007-6-181 指導(dǎo)教師審核意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 注：本表可自主延伸 摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中 已得到廣泛的應(yīng)用,精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高,對數(shù) 控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床的地位精度是影響其高精度的一 個重要方面，因此有需要對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行位置精度的檢測和補(bǔ)償。因此對數(shù)控 機(jī)床的位置精度的檢測和補(bǔ)償是提高加工質(zhì)量的有效途徑。運(yùn)用數(shù)控機(jī)床位置 精度的檢測和補(bǔ)償方法，不但

21、可以提高機(jī)床精度，而且對于進(jìn)一步認(rèn)識數(shù)控系 統(tǒng)功能和數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有積極現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞：位置精度；檢測；補(bǔ)償 abstractabstract along with the rapid development of chinas economy, nc machine tool machine tools, as a new generation in machinery has been widely applied in precision machining technology, rapid development and improvement of accuracy proce

22、ssing spare parts for cnc precision, also puts forward a higher request. nc machine tool position precision is affecting its precision is an important aspect, therefore need to be on the nc machine tool position precision testing and compensation. so the numerically-controlled machine tools position

23、 precision testing and compensation is the effective way of improving processing quality. using cnc machine position precision testing and compensation method, not only can improve machine, but also for further understanding precision cnc system function and structure of nc machine has positive real

24、istic significance. keywords: position precision; detection; compensation 前言 數(shù)控機(jī)床的位置精度(主要是定位精度和重復(fù)定位精度)是影響其高精度的 一個重要方面,也是精密零件加工制造時要考慮的一個重要項目。因此對數(shù)控機(jī) 床位置精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是提高加工質(zhì)量的有效途徑。本論文通過誤差補(bǔ)償 系統(tǒng)對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行檢測和補(bǔ)償,可以使其定位精度得到提高,而且對于進(jìn)一步 認(rèn)識數(shù)控系統(tǒng)功能和數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)具有積極現(xiàn)實的意義。 對于數(shù)控機(jī)床定位精度的檢測：由于雙頻激光干涉儀的檢測精度較高，故 在國際上常采用雙頻光干涉儀進(jìn)行測量。鑒于國內(nèi)目

25、前雙頻激光干涉儀數(shù)量較 少，而由于線紋尺-顯微鏡法和塊規(guī)法操作簡單投入經(jīng)費(fèi)少，故國內(nèi)常采用線紋 尺-顯微鏡法和塊規(guī)法進(jìn)行檢測。對于數(shù)控機(jī)床位置精度的補(bǔ)償，現(xiàn)在有機(jī)械式 補(bǔ)償法，軟件式補(bǔ)償法，絲桿螺距誤差補(bǔ)償法，電氣補(bǔ)償法等。 目目 錄錄 第一章 數(shù)控位置精度概述.1 第二章 數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償?shù)姆椒?2 2.1 數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用的評定標(biāo)準(zhǔn) .2 2.2 重復(fù)定位精度測定的根據(jù) .2 2.3 定位精度測定的根據(jù) .2 2.4用雙頻激光干涉儀檢測機(jī)床位置精度.2 2.5 目標(biāo)位置及循環(huán)方式 .3 2.6 測量方法 .3 2.7 用雙頻激光干涉儀測量位置精度的誤差來源及采取措施 .

26、5 2.8反向間隙的補(bǔ)償.6 2.9 誤差補(bǔ)償 .9 第三章 影響數(shù)控機(jī)床位置精度的因素.11 3.1 定位精度 .11 3.2 反向偏差 .11 第四章 如何提高數(shù)控機(jī)床位置精度.12 4.1 反向偏差的及測定補(bǔ)償 .12 4.2 定位精度的測定及補(bǔ)償 .14 4.3 實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動螺距誤差補(bǔ)償具體步驟 .15 4.4 螺距誤差補(bǔ)償功能使用.25 致謝.26 參考文獻(xiàn).27 第一章 數(shù)控位置精度概述數(shù)控位置精度概述 數(shù)控機(jī)床的位置精度通常是指數(shù)控軸的定位精度、重復(fù)精度以及反向間 隙。定位精度是衡量數(shù)控機(jī)床性能的重要指標(biāo)。數(shù)控機(jī)床位置精度，是表明所 測量的機(jī)床各運(yùn)動部件在數(shù)控機(jī)床的控制下所能

27、達(dá)到的精度。 根據(jù)實測的位置 精度，可以判斷出這臺機(jī)床在以后的自動加工中能達(dá)到的最好的加工精度通過 數(shù)控系統(tǒng)具備的螺距補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能對機(jī)床的定位精度加以補(bǔ)償， 通常的辦法是使用 激光干涉儀檢測各直線運(yùn)動軸的位置精度， 然后將實測值 與理論值之差值，在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度曲線。根據(jù)此曲線進(jìn)行定位精 度及反向間隙的補(bǔ)償。 數(shù)控系統(tǒng)除可對線性軸行定位精度及反向間隙的補(bǔ)償外， 也可對旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行定位精度及反向間隙的補(bǔ)償?？梢允褂秒娮咏嵌葍x檢測實測 值與理論值的差值， 同樣在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度曲線， 再根據(jù)此曲線 進(jìn)行反向間隙及螺距誤差的補(bǔ)償。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新

28、一代工作母機(jī)，在機(jī)械制造中 已得到廣泛的應(yīng)用，精密加工技術(shù)的迅速發(fā)展和零件加工精度的不斷提高，對 數(shù)控機(jī)床的精度也提出了更高的要求。盡管用戶在選購數(shù)控機(jī)床時，都十分看 重機(jī)床的位置精度，特別是各軸的定位精度和重復(fù)定位精度。但是這些使用中 的數(shù)控機(jī)床精度到底如何呢?大量統(tǒng)計資料表明：65.7%以上的新機(jī)床，安裝時 都不符合其技術(shù)指標(biāo)；90%使用中的數(shù)控機(jī)床處于失準(zhǔn)工作狀態(tài)。因此，對機(jī)床 工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對機(jī)床精度進(jìn)行經(jīng)常的測試是非常必要的，以便及時發(fā)現(xiàn) 和解決問題，提高零件加工精度。 目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢驗通常采用國際標(biāo)準(zhǔn) iso230-2 或國家標(biāo)準(zhǔn) gb10931-89 等。同一臺機(jī)床

29、，由于采用的標(biāo)準(zhǔn)不同，所得到的位置精度也不相 同，因此在選擇數(shù)控機(jī)床的精度指標(biāo)時，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床 的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指各數(shù)控軸的反向偏差和定位精度。對于這二者的測定和補(bǔ)償 是提高加工精度的必要途徑。 第二章 數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償?shù)姆椒〝?shù)控機(jī)床位置精度的檢測和補(bǔ)償?shù)姆椒?數(shù)控機(jī)床的位置精度是一項很重要的技術(shù)指標(biāo)，它表明所測量的機(jī)床各 運(yùn)部件在數(shù)控裝置控制下所能達(dá)到的準(zhǔn)確度。也就是說根據(jù)位置誤差的實測數(shù) 值，可以判斷出機(jī)床以后自動加工能達(dá)到最好的工件加工水平。因此對數(shù)控機(jī) 床驗收和定期校準(zhǔn)時，位置精度的檢測顯得尤為重要。 2.1數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用的評定標(biāo)準(zhǔn) 位置精度主要

30、評定項目包括：軸線的重復(fù)定位精度、軸線的定位精度和反 向差值。我國機(jī)床驗收和定期校準(zhǔn)通常采用gbt174212-2000(等同于 is02302：1997)1國家標(biāo)準(zhǔn)評定方法。 22重復(fù)定位精度測定 目標(biāo)位置的單向重復(fù)定位精度ri或ri及雙向重復(fù)定位精度ri： ri=4si和ri=4si ri=2si+2si +bi；ri ；rimax 軸線單向重復(fù)定位精度r或ri以及雙向重復(fù)定位精度尺，則有： r=ri和r=rimax r=rimax 23定位精度測定 軸線單向定位精度a或a： a=xi +2simaxxi 一2smin 和a=xi +2simaxxi 一2smin 軸線雙向定位精度a：由雙

31、向定位系統(tǒng)偏差和雙向定位標(biāo)準(zhǔn)不確定度估算值的2 倍的組合來確定的范圍。即： a=xi +2si；xi+2si-xi +2si；xi+2simin 2.4用雙頻激光干涉儀檢測機(jī)床位置精度 由于激光具有高亮度、方向性強(qiáng)、單色性好和相干性高的特點(diǎn)，使雙頻激 光干涉儀具有精度高、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、實時動態(tài)測速高等一系 列無可比擬的優(yōu)勢，且該儀器為模塊化結(jié)構(gòu)，安裝位置靈活，便于分析機(jī)床誤 差來源；測量時可以在工作部件運(yùn)動過程中自動采集數(shù)據(jù)，更接近機(jī)床的實際 使用狀態(tài)。因此，用雙頻激光干涉儀檢測機(jī)床位置精度是一種用傳統(tǒng)測量手段 難以實現(xiàn)的技術(shù)。 2.5目標(biāo)位置及循環(huán)方式 目標(biāo)位置及循環(huán)方式的選擇

32、用雙頻激光干涉儀測量位置精度時，首先應(yīng)根 據(jù)被測軸工作范圍適當(dāng)確定m個測量位置，每個目標(biāo)位置只應(yīng)隨即選取，以便把 周期誤差也包含在內(nèi)。目標(biāo)位置按下式確定： pi=(i-1)p+r 式中：i-現(xiàn)行目標(biāo)位置的序號； p-目標(biāo)位置的間距，使測量行程內(nèi)的目標(biāo)位置之間有均勻的間距： r-在各目標(biāo)位置取不同的值，以獲得全測量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔， 以保證周期誤差(例如滾珠絲杠導(dǎo)程遺跡直線或回轉(zhuǎn)感應(yīng)器的節(jié)距所引起的誤差)被 充分地采樣。 循環(huán)方式一般按標(biāo)準(zhǔn)檢驗循環(huán)(見圖2-1)在所有目標(biāo)位置上進(jìn)行測量。每個 目標(biāo)位置在每個方向上應(yīng)測量5次。每個測量循環(huán)都從固定的零點(diǎn)開始。當(dāng)測量 開始，第一次對激光干

33、涉儀清零后，在測量過程中不再清零，以免測量數(shù)據(jù)作 廢；并且在每個循環(huán)的起點(diǎn)和終點(diǎn)處返回以前，必須先作一定距離的“超越”， 再返回原處，以保證在該循環(huán)中每個目標(biāo)位置的趨近方向一致。 2.6測量方法 (1)安裝雙頻激光干涉儀測量系統(tǒng)各組件，并在需測量的機(jī)床坐標(biāo)軸線方向 安裝光學(xué)測量裝置。將反射鏡置于機(jī)床運(yùn)動部件的某個位置，讓激光束經(jīng)過反 射鏡形成一束反射光，將干涉鏡置于激光器與反射鏡之間，形成另一or目標(biāo)位 置束反射光，兩束光同時進(jìn)入激光器的回光孔產(chǎn)生干 (2)調(diào)整激光頭，使雙頻激光干涉儀的光軸與機(jī)床移動的軸線在一條直線上， 也就是將光路調(diào)準(zhǔn)直；調(diào)整光路時先把反射鏡固定好不動，調(diào)整激光器，當(dāng)反 射

34、鏡在機(jī)床零位和最大位移時，使激光器發(fā)出的激光束經(jīng)過反射鏡反射回的反 射光都能射入激光器的回光孔內(nèi)(在電腦中顯示射入回光孔內(nèi)的光為100時調(diào) 整完畢)，然后在激光器和反射鏡之間放上干涉鏡，這時激光器和反射鏡都固定 不動，調(diào)整干涉鏡使從干涉鏡中反射回來的反射光也進(jìn)入激光器的回光孔中(同 樣在電腦中顯示射入回光孔內(nèi)的光為100時調(diào)整完畢)，此時光路已調(diào)整好。 (3)根據(jù)定義的目標(biāo)位置編制循環(huán)移動程序，記錄各個位置的測量值(機(jī)器 自動記錄). (4)選擇所選計算標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，計算出機(jī)床的位置精度。測 量示意圖如圖2所示；用圖線表示的位置精度測量結(jié)果圖如圖2-3所示。 圖2-1 標(biāo)準(zhǔn)檢測循環(huán)

35、 2-2 激光干涉儀測量示意圖 2-3 位置精度測量結(jié)果圖 2.7 用雙頻激光干涉儀測量位置精度應(yīng)考慮的誤差來源及采取的措施 (1)激光波長引起的測量誤差。這是因為作為長度基準(zhǔn)的激光波長，受環(huán)境 條件和激光器本身影響而產(chǎn)生波動，因此用雙頻激光干涉儀測量時必須對激光 波長行補(bǔ)償。方法是將空氣溫度傳感器盡量安放在測量區(qū)段，以保證自動補(bǔ)償 裝置最大限度的補(bǔ)償。 (2)材料溫度的影響。機(jī)床本身的溫度是影響機(jī)床測試精度的最重要的誤差 來源，所以在對機(jī)床進(jìn)行檢測時，一是盡量穩(wěn)定機(jī)床的工作條件，使其接近機(jī) 床工作狀態(tài)；再就是必須將材料溫度傳感器安放在機(jī)床有代表性(一般放在反射 鏡所在的位置上)，使自動補(bǔ)償裝

36、置能進(jìn)行最大限度的材料補(bǔ)償。 (3)死行程誤差。激光測量行程的死行程區(qū)是指干涉鏡至測量長度的零位之 間的距離l。(如圖2-4) 4)。如果干涉鏡和反射鏡間沒有運(yùn)動，圍繞激光束行程的大氣壓條件發(fā)生 變化，則遍于整個光路(l1+l2)的波長將發(fā)生變化。測量系統(tǒng)只對測程l：而不 對行程l1，的光速進(jìn)行補(bǔ)償，結(jié)果造成基準(zhǔn)位置(零點(diǎn))的偏移。另外機(jī)床工作 臺的熱膨脹也會造成同樣的誤差。工作臺的溫升使干涉鏡相對反射鏡移動，同 樣測量系統(tǒng)的材料溫度補(bǔ)償只考慮：，這也會引起零點(diǎn)的偏移。因此為了減 小死行程誤差，必須將干涉鏡盡量靠近零點(diǎn)。 (4)余弦誤差。如果激光束和機(jī)床運(yùn)動軸線沒有對準(zhǔn)，也就是測量軸線與機(jī) 床

37、移動的軸線不平行；這時實際移動距離不等于測出的距離。其偏差值與測量 軸線與運(yùn)動軸線之間夾角的余弦成比例。因此消除余弦誤差的唯一方法是測量 前精確調(diào)整光路，以確保很好的對準(zhǔn)。 (5)阿貝誤差。如果在一個偏離被測位移的位置上進(jìn)行測量時，部件的任何 角運(yùn)動將產(chǎn)生一個誤差，這個誤差就是阿貝誤差。要減小阿貝誤差就必須減小 阿貝偏移，也就是偏離距離。 通過數(shù)控系統(tǒng)具備的螺距補(bǔ)償功能和反向間隙補(bǔ)償功能對機(jī)床的定位精度 加以補(bǔ)償，通常的辦法是使用renishaw激光干涉儀檢測各直線運(yùn)動軸的位置精 度，然后將實測值與理論值之差值，在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度曲線。根據(jù) 此曲線進(jìn) 圖2-4 死行程誤差 行定位精度及

38、反向間隙的補(bǔ)償。num 數(shù)控系統(tǒng)除可對線性軸進(jìn)行定位精度 及反向間隙的補(bǔ)償外，也可對旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行定位精度及反向間隙的補(bǔ)償?？梢允?用電子角度儀檢測實測值與理論值的差值，同樣在坐標(biāo)紙上繪出雙向定位精度 曲線，再根據(jù)此曲線進(jìn)行反向間隙及螺距誤差的補(bǔ)償。 2.8反向間隙的補(bǔ)償 采用百分表等儀器，對機(jī)床的x、y、z各軸分別進(jìn)行不同長度間隔的反向間 隙測繪，記錄其各軸的反向間隙數(shù)值。然后，計算出這些數(shù)值的平均數(shù)和最小 數(shù)值，再進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償。打開num1060數(shù)控系統(tǒng)，在操作面板上按“f11”鍵， 即“utility”鍵，進(jìn)入其子菜單。選擇菜單中的第0項、utility 管理菜單， 進(jìn)入其下一級子菜單。選

39、擇utility5，即機(jī)床參數(shù)設(shè)置，在參數(shù)號p18中修改相 應(yīng)軸的反向間隙。當(dāng)反向差值小于零時，對機(jī)床參數(shù)p18應(yīng)該軸的字補(bǔ)償一個正 值；反之，則補(bǔ)償一個負(fù)值。這樣就完成了反向間隙的補(bǔ)償。% 定位精度的補(bǔ) 償數(shù)控系統(tǒng)的伺服控制原理如圖1所示。其中，位置控制是在每個采樣周期內(nèi)， 將插補(bǔ)計算出的理論位置與實際反饋位置相比較，用其差值去控制電動機(jī)。而 位置控制通常要完成各坐標(biāo)方向的螺距誤差補(bǔ)償和反向間隙補(bǔ)償，來提高定位 精度（圖2-5）。 圖 2-5 圖2-5中，系統(tǒng)將軸補(bǔ)償值cm加到耦合器反饋值xm上，得出機(jī)床的實際位 置m；另一方面，系統(tǒng)將插補(bǔ)器輸出值xr加到軸間補(bǔ)償及動態(tài)計算器輸出值 cr上，

40、得出系統(tǒng)的指令位置r。最后，經(jīng)過計算=r-m，得出位控輸出值。 num數(shù)控系統(tǒng)在定位精度補(bǔ)償方面與同類數(shù)控系統(tǒng)相比，具有很大的優(yōu)點(diǎn)。它 使用絕對補(bǔ)償方式，系統(tǒng)在兩個補(bǔ)償點(diǎn)間無限細(xì)分線性插補(bǔ)，所以其補(bǔ)償精度 以及補(bǔ)償效率遠(yuǎn)高于其它使用相對補(bǔ)償方式只對點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臄?shù)控系統(tǒng)，并且 可以減少補(bǔ)償點(diǎn)和補(bǔ)償次數(shù)，有可能僅補(bǔ)償一次，就可以完成全行程的定位精 度補(bǔ)償。如圖2-6所示的絕對補(bǔ)償方式，只要對圖中曲線的a、b、c三個點(diǎn)進(jìn)行 補(bǔ)償就可以校正定位精度曲線。 圖2-6 誤差測量是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，誤差的測量和補(bǔ)償必須對同一基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行，一 般選取機(jī)床的回零點(diǎn)為補(bǔ)償和測量的基準(zhǔn)點(diǎn)*本系統(tǒng)采用步距規(guī)作為機(jī)床各軸的

41、位置檢測元件，步距規(guī)經(jīng)精密加工后，用三坐標(biāo)測量機(jī)或激光干涉儀校準(zhǔn)，校 準(zhǔn)精度0.1um制造簡單，操作方便，并且可以滿足大多數(shù)數(shù)控機(jī)床的要求，特別 適用于大批量的數(shù)控機(jī)床機(jī)電聯(lián)調(diào)4同時可對已出廠的機(jī)床進(jìn)行精度評定，生成 相應(yīng)系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償文件，修改機(jī)床螺距誤差補(bǔ)償表，達(dá)到提高機(jī)床精度的目 的4并已作為華中數(shù)控系統(tǒng)的一個功能模塊，增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)的功能4步距規(guī)測 量安裝見圖1步距規(guī)測量誤差主要由以下幾方面組成：a測量基準(zhǔn)面和步距規(guī)軸 線垂直度誤差；b測量時步距規(guī)軸線和測量軸線的平行度誤差，c以及由于不在 同一直線測量而引起的阿貝誤差，d杠桿千分表帶來的誤差等4使用前需要對步 距規(guī)的規(guī)距用激光干涉儀校

42、準(zhǔn)，一般精度可達(dá)到3um，測量和補(bǔ)償流程見圖2- 7。 步距測量示意圖 圖2-7測量補(bǔ)償過程 測量時應(yīng)考慮機(jī)床參考點(diǎn)的偏移值和機(jī)床回零后的最終運(yùn)動方向。該軟件 具有很好的人機(jī)對 話功能，測量參數(shù)設(shè)置后，自動生成相應(yīng)的測試g代碼，完成測試循環(huán),在 此過程中需要從杠桿千分表讀入數(shù)據(jù)，輸入計算機(jī)，測試結(jié)束可自動輸出機(jī)床 定位精度評定結(jié)果,且可生成誤差補(bǔ)償文件，完成螺距誤差的補(bǔ)償,如有必要還可 重復(fù)測試補(bǔ)償后的機(jī)床精度值，下面是使用該系統(tǒng)進(jìn)行評定和補(bǔ)償?shù)膶嵗?2.9誤差補(bǔ)償 對武漢華中數(shù)控股份有限公司生產(chǎn)的數(shù)10;臺各類數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了應(yīng)用試驗， 以數(shù)控鉆銑床（型號hb-xzk7532）x 軸為例說明

43、。啟動機(jī)床，進(jìn)入誤差補(bǔ)償 測試功能模塊*按提示將已知的步距規(guī)參數(shù)、測量軸名稱（x）、以及要求的測 量循環(huán)次數(shù)（缺省5次）等參數(shù)輸入,在提示測量開始后，即可運(yùn)行機(jī)床，完成 機(jī)床的精度評價，同時可對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償，并給出補(bǔ)償后的精度評價結(jié)果。 圖2-8為機(jī)床補(bǔ)償前的精度評價結(jié)果，圖2-9為機(jī)床在上述測量基礎(chǔ)上經(jīng)過誤差 補(bǔ)償后結(jié)果，圖2-8和2-9（a）圖中-x為負(fù)向平均位置偏差，x為正向平均位 置偏差。 圖2-8補(bǔ)償前機(jī)床精度評價結(jié)果 圖2-9補(bǔ)償后精度評價結(jié)果 可以看出，定位精度a由0.151mm達(dá)到補(bǔ)償后的0.033mm 。反向間隙b由補(bǔ)償 前的0.058達(dá)到0.005mm，效果良好，足以滿

44、足普通精度級機(jī)床要求(重復(fù)定位精 度是由隨機(jī)誤差造成的，不在本系統(tǒng)補(bǔ)償范圍；前后相差0.002mm，說明系統(tǒng)的 穩(wěn)定性很好。大量實例表明補(bǔ)償后定位精度可在0.050mm內(nèi)，反向間隙在 0.009mm內(nèi)，顯著提高華中型數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動精度，從而提高加工精度和質(zhì)量。 對系統(tǒng)硬件進(jìn)行改進(jìn)，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、處理。同時，采用更高精度的 測量方法，就能對高精度數(shù)控機(jī)床、各類加工中心進(jìn)行評價和位置精度的補(bǔ)償。 第三章 影響數(shù)控機(jī)床位置精度的因素影響數(shù)控機(jī)床位置精度的因素 隨著機(jī)械電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床做為一種高精度、高效率的自動 化加工裝備，已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)必不可缺的現(xiàn)代化加工裝置。在現(xiàn)今的機(jī)械制

45、 造業(yè)中高加工效率、降低加工成本、提高加工質(zhì)量是競爭和發(fā)展的基礎(chǔ)，而數(shù) 控機(jī)床位置精度的高低是影響其加工工件精度的一個重要因素。因而高工件的 加工精度，提高數(shù)控機(jī)床的位置精度尤為重要。分析數(shù)控機(jī)床位置精度的影響 岡素、誤差的形成及補(bǔ)償方法已迫在眉睫。目前數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測通常 采用國際標(biāo)準(zhǔn)is02302或國家標(biāo)準(zhǔn)gbffl74212。同一臺機(jī)床，由于采用的標(biāo) 準(zhǔn)不同，所采用的位置精度檢測方法、誤差補(bǔ)償措施也不相同，因此在選擇數(shù) 控機(jī)床的精度指標(biāo)時，也要注意它所采用的標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控機(jī)床的位置標(biāo)準(zhǔn)通常指 各數(shù)控軸的定位精度和反向偏差。對于這二者的測定和補(bǔ)償是提高加工精度的 必要途徑。 3.1定位精

46、度 定位精度的影響因素數(shù)控機(jī)床位置誤差的影響主要是工作臺的定位，數(shù)控 機(jī)床工作臺的定位精度是指所測量的機(jī)床運(yùn)動部件在數(shù)控系統(tǒng)控制下運(yùn)動 所能達(dá)到的位置精度，是數(shù)控機(jī)床有別于普通機(jī)床的一項重要精度，它與機(jī)床 的幾何精度共同對機(jī)床切削精度產(chǎn)生重要的影響，尤其對孔隙加工中的孔距誤 差具有決定性的影響。數(shù)控機(jī)床工作臺的運(yùn)動一般南數(shù)控裝置根據(jù)程序的坐標(biāo) 代碼做差補(bǔ)運(yùn)算，利用輸出的控制信號控制工作臺的進(jìn)給運(yùn)動。在實際工作中， 由于機(jī)床床身安裝的水平誤差大，影響控制系統(tǒng)回油節(jié)流的穩(wěn)定性，導(dǎo)致工作 臺出現(xiàn)快速行程達(dá)不到要求或不運(yùn)動，往返速度差大進(jìn)而影響工作臺的定位精 度。一臺數(shù)控機(jī)床可以從它所能達(dá)到的定位精度

47、判斷出它的加工精度，所以提 高機(jī)床工作臺的定度和機(jī)床進(jìn)給傳動鏈的累積誤差進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是保證加工 質(zhì)量的必要途徑。 3.2反向偏差 在數(shù)控機(jī)床上，由于各坐標(biāo)軸進(jìn)給傳動鏈上驅(qū)動部件(如伺服電動機(jī)、步進(jìn) 電動機(jī)等)的反向死區(qū)、各機(jī)械運(yùn)動傳動副的反向間隙等誤差的存在，造成各坐 標(biāo)軸在由正向運(yùn)動轉(zhuǎn)為反向運(yùn)動時形成反向偏差，通常也稱反向間隙。而數(shù)控 機(jī)床的控制系統(tǒng)按照有無位置檢測和反饋裝置可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制 系統(tǒng)，其本質(zhì)區(qū)別則是閉環(huán)控制系統(tǒng)能根據(jù)反饋信息來對各種誤差起到補(bǔ)償作 用，進(jìn)而對機(jī)床的精度影響則會大大減小。對于采用開環(huán)伺服控制系統(tǒng)的數(shù)控 機(jī)床，由于沒有位置檢測的反饋裝置，控制系統(tǒng)得不到

48、反饋信息，發(fā)生控制失 誤脈沖，引起反向偏差，反向偏差的存在就會影響到機(jī)床的定位精度和重復(fù)定 位精度，從影響產(chǎn)品的加工精度。如在切削運(yùn)動時，反向偏差會影響插補(bǔ)運(yùn)動 的精度，若偏差過大就會造成“圓不夠圓，方不夠方”的情形；而在機(jī)床的快 速定位運(yùn)動中，反向偏差影響機(jī)床的定位精度，使得鉆孔、鏜孑l等孔加工時各 孔間的位置精度降低。同時，隨著設(shè)備投入運(yùn)行時間的增長，反向偏差還會隨 因磨損造成運(yùn)動副間隙的逐漸增大而增加，因此需要定期對機(jī)床各坐標(biāo)軸的反 向偏差進(jìn)行測定和補(bǔ)償。 第四章 如何提高數(shù)控機(jī)床位置精度如何提高數(shù)控機(jī)床位置精度 4.1 反向偏差的測定及補(bǔ)償 4.1.1 反向偏差的測定 反向偏差的測定方

49、法：在所測量坐標(biāo)軸的行程內(nèi)，預(yù)先向正向或反向移 動一個距離并以此停止位置為基準(zhǔn)，再在同一方向給予一定移動指令值，使之 移動一段距離，然后再往相反方向移動相同的距離，測量停止位置與基準(zhǔn)位置 之差。在靠近行程的中點(diǎn)及兩端的三個位置分別進(jìn)行多次測定(一般為七次)， 求出各個位置上的平均值，以所得平均值中的最大值為反向偏差測量值。在測 量時一定要先移動一段距離，否則不能得到正確的反向偏差值。 測量直線運(yùn)動軸的反向偏差時，測量工具通常采有千分表或百分表，若 條件允許，可使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行測量。當(dāng)采用千分表或百分表進(jìn)行測量 時，需要注意的是表座和表桿不要伸出過高過長，因為測量時由于懸臂較長， 表座易受

50、力移動，造成計數(shù)不準(zhǔn)，補(bǔ)償值也就不真實了。若采用編程法實現(xiàn)測 量，則能使測量過程變得更便捷更精確。 例如，在三坐標(biāo)立式機(jī)床上測量 x 軸的反向偏差，可先將表壓住主軸的圓 柱表面，然后運(yùn)行如下程序進(jìn)行測量： n10 g91 g01 x50 f1000；工作臺右移 n20 x50；工作臺左移，消除傳動間隙 n30 g04 x5；暫停以便觀察 n40 z50；z 軸抬高讓開 n50 x-50：工作臺左移 n60 x50：工作臺右移復(fù)位 n70 z-50：z 軸復(fù)位 n80 g04 x5：暫停以便觀察 n90 m99； 需要注意的是，在工作臺不同的運(yùn)行速度下所測出的結(jié)果會有所不同。一 般情況下，低速的

51、測出值要比高速的大，特別是在機(jī)床軸負(fù)荷和運(yùn)動阻力較大 時。低速運(yùn)動時工作臺運(yùn)動速度較低，不易發(fā)生過沖超程(相對“反向間隙”)， 因此測出值較大；在高速時，由于工作臺速度較高，容易發(fā)生過沖超程，測得 值偏小。 回轉(zhuǎn)運(yùn)動軸反向偏差量的測量方法與直線軸相同，只是用于檢測的儀器不 同而已。 4.2.2 反向偏差的補(bǔ)償 國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床，定位精度有不少0.02mm，但沒有補(bǔ)償功能。對這類機(jī)床， 在某些場合下，可用編程法實現(xiàn)單向定位，清除反向間隙，在機(jī)械部分不變的 情況下，只要低速單向定位到達(dá)插補(bǔ)起始點(diǎn)，然后再開始插補(bǔ)加工。插補(bǔ)進(jìn)給 中遇反向時，給反向間隙值再正式插補(bǔ)，即可提高插補(bǔ)加工的精度，基本上可 以保證

52、零件的公差要求。 對于其他類別的數(shù)控機(jī)床，通常數(shù)控裝置內(nèi)存中設(shè)有若干個地址,專供存 儲各軸的反向間隙值。當(dāng)機(jī)床的某個軸被指令改變運(yùn)動方向時，數(shù)控裝置會自 動讀取該軸的反向間隙值，對坐標(biāo)位移指令值進(jìn)行補(bǔ)償、修正，使機(jī)床準(zhǔn)確地 定位在指令位置上，消除或減小反向偏差對機(jī)床精度的不利影響。 一般數(shù)控系統(tǒng)只有單一的反向間隙補(bǔ)償值可供使用，為了兼顧高、低速的 運(yùn)動精度，除了要在機(jī)械上做得更好以外，只能將在快速運(yùn)動時測得的反向偏 差值作為補(bǔ)償值輸入，因此難以做到平衡、兼顧快速定位精度和切削時的插補(bǔ) 精度。 對于 fanuc0i、fanuc18i 等數(shù)控系統(tǒng)，有用于快速運(yùn)動(g00)和低速切削 進(jìn)給運(yùn)動(g0

53、1)的兩種反向間隙補(bǔ)償可供選用。根據(jù)進(jìn)給方式的不同，數(shù)控系統(tǒng) 自動選擇使用不同的補(bǔ)償值，完成較高精度的加工。 將 g01 切削進(jìn)給運(yùn)動測得的反向間隙值 a 輸入?yún)?shù) no11851(g01 的測試 速度可根據(jù)常用的切削進(jìn)給速度及機(jī)床特性來決定)，將 g00 測得的反向間隙值 b 輸入?yún)?shù) no11852。需要注意的是，若要數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行分別指定的反向間隙 補(bǔ)償，應(yīng)將參數(shù)號碼 1800 的第四位(rbk)設(shè)定為 1；若 rbk 設(shè)定為 0，則不執(zhí)行 分別指定的反向間隙補(bǔ)償。g02、g03、g00 與 g01 使用相同的補(bǔ)償值。 4.2 定位精度的測定及補(bǔ)償 4.2.1 定位精度的測定 目前多采用雙

54、頻激光干涉儀對機(jī)床檢測和處理分析，利用激光干涉測量原 理，以激光實時波長為測量基準(zhǔn)，所以提高了測試精度及增強(qiáng)了適用范圍。檢 測方法如下： a. 安裝雙頻激光干涉儀； b. 在需要測量的機(jī)床坐標(biāo)軸方向上安裝光學(xué)測量裝置； c. 調(diào)整激光頭，使測量軸線與機(jī)床移動軸線共線或平行，即將光路預(yù)調(diào)準(zhǔn) 直； d. 待激光預(yù)熱后輸入測量參數(shù)； e. 按規(guī)定的測量程序運(yùn)動機(jī)床進(jìn)行測量； f. 數(shù)據(jù)處理及結(jié)果輸出。 4.2.2 度的補(bǔ)償 若測得數(shù)控機(jī)床的定位誤差超出誤差允許范圍，則必須對機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ) 償。常用方法是計算出螺距誤差補(bǔ)償表，手動輸入機(jī)床 cnc 系統(tǒng)，從而消除定 位誤差，由于數(shù)控機(jī)床三軸或四軸補(bǔ)償點(diǎn)

55、可能有幾百上千點(diǎn)，所以手動補(bǔ)償需 要花費(fèi)較多時間，并且容易出錯。 4.3現(xiàn)數(shù)控機(jī)床自動螺距誤差補(bǔ)償具體步驟 現(xiàn)在通過 rs232 接口將計算機(jī)與機(jī)床 cnc 控制器聯(lián)接起來，用 vb 編寫的自 動校準(zhǔn)軟件控制激光干涉儀與數(shù)控機(jī)床同步工作，實現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床定位精度的 自動檢測及自動螺距誤差補(bǔ)償，其補(bǔ)償方法如下： 4.3.1準(zhǔn)備給被補(bǔ)償機(jī)床產(chǎn)品命名。 圖4-1 誤差補(bǔ)償步驟1 4.3.2選擇控制器 選擇與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)型號對應(yīng)的軟件。 圖4-2誤差補(bǔ)償步驟2 4.3.3選擇傳遞方法及設(shè)定選擇相應(yīng)的rs232通訊電纜聯(lián)接。 圖4-3誤差補(bǔ)償步驟3 為了對數(shù)控機(jī)床的主軸實現(xiàn)自動螺距誤差補(bǔ)償，自動補(bǔ)償軟件需

56、要設(shè)定通 訊參數(shù)，計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)之間通過相同的rs232通訊電纜相聯(lián)接，要求其所用 的參數(shù)相匹配。 1)波特率指計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的速度。 2)數(shù)據(jù)位指計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)的形式。數(shù)據(jù)位可以設(shè)為7或8位， 若用8個數(shù)據(jù)位傳送時間會長一點(diǎn)。 3)奇偶校驗位指計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)檢查接收數(shù)據(jù)是否發(fā)生錯誤的方式。當(dāng) 設(shè)定“奇”或“偶”時，表示校驗方式開啟，當(dāng)設(shè)定“無”時表示校驗方式 4)停止位指計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)在每傳送7 或8個數(shù)據(jù)位后要加停止位(1位、15位和2位)，為了能夠達(dá)到同步通訊， 在傳送中若發(fā)現(xiàn)某些數(shù)據(jù)錯誤，可以增加停止位來克服該問題。 5)硬件握手指計算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)之間的接收者

57、告訴傳送者暫停傳送方式。 為了保證接收端不丟失所傳送的任何數(shù)據(jù)，握手是先在通訊電纜的某一特定信 號線上改變其電壓值來進(jìn)行的，這些信號通常為rts和cts，但也可能為dsr和 dtr。 4.3.4試行檢查及接收數(shù)據(jù) 首先計算機(jī)從數(shù)控系統(tǒng)中接收某一參數(shù)，檢查計算機(jī)接收是否正常，然后 再從數(shù)控系統(tǒng)中獲取機(jī)床原參數(shù)。 圖4-4誤差補(bǔ)償步驟4 4.3.5確認(rèn)補(bǔ)償數(shù)據(jù)細(xì)節(jié) 接收到的參數(shù)被自動補(bǔ)償軟件看成為“老機(jī)床參數(shù)”，它們反映出機(jī)床數(shù) 控系統(tǒng)在補(bǔ)償前是如何配置的，獲取的機(jī)床參數(shù)存入計算機(jī)硬盤上，其文件類 型為omp，對同1型號產(chǎn)品僅需獲取1次，不必每次都獲取機(jī)床。 圖4-5誤差補(bǔ)償步驟5 4.3.6 選

58、擇被測量軸及鍵入細(xì)節(jié) 定義目標(biāo)位置是為了自動采集軟件能夠沿著被測量軸采集到離散的定位誤 差。而這些目標(biāo)位置與后來自動補(bǔ)償軟件計算出的補(bǔ)償值所在位置并無直接聯(lián) 系。因為每一個誤差補(bǔ)償值是根據(jù)在該點(diǎn)2邊目標(biāo)值的誤差進(jìn)行插補(bǔ)而計算得到 的。因此定義目求前提下進(jìn)行的。也不必與后來計算的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)相同。特別是 被補(bǔ)償軸的先決條件必須在保證重復(fù)定位精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要標(biāo)位置不必與誤差補(bǔ) 償點(diǎn)為相同，同時目標(biāo)點(diǎn)數(shù)也不必與后來計算的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)相同。特別是被補(bǔ)償 軸的先決條件必須在保證重復(fù)定位精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求前提下進(jìn)行的。 圖4-6誤差補(bǔ)償步驟6 4.3.7將被測量軸誤差補(bǔ)償參數(shù)清零 在進(jìn)行補(bǔ)償前，必須先將數(shù)控系統(tǒng)中被補(bǔ)

59、償軸的反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償 參數(shù)單元清零，避免在測量各目標(biāo)點(diǎn)位置誤差值時，原補(bǔ)償值仍起 作用。 1)逐點(diǎn)把反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償參數(shù)單元清零。 2)將補(bǔ)償軸的補(bǔ)償功能失效。 3)將補(bǔ)償比例因子設(shè)定為零。 上述工作完成后關(guān)機(jī)，重返參考點(diǎn)，確保絕對坐 標(biāo)與機(jī)器坐標(biāo)相同。 4.3.8調(diào)整激光和光學(xué)鏡首先確定被補(bǔ)償軸，并調(diào)整激光器和光學(xué)鏡達(dá)到測量狀 態(tài)。 4.3.9產(chǎn)生目標(biāo)點(diǎn) 為測量數(shù)控機(jī)床定位誤差，必須制定被測量軸一系列目標(biāo)位置，并讓機(jī)床 運(yùn)動部件依次在各目標(biāo)位置準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)。 目標(biāo)位置包括： 1)沿被測量軸的首位目標(biāo)位置。 2)沿被測量軸的最末目標(biāo)位置。 3)相鄰目標(biāo)位置之間距離。 4)所需目

60、標(biāo)點(diǎn)數(shù)。 當(dāng)被測量軸的首尾目標(biāo)點(diǎn)不能與機(jī)床行程軟、硬操作的限位設(shè)置在一起， 應(yīng)要考慮01 mm的越程值；一般數(shù)控系統(tǒng)要求誤差補(bǔ)償值根據(jù)參考點(diǎn)來計算。 因此參考點(diǎn)必須位于補(bǔ)償長度首尾之間。但在被測量軸目標(biāo)分布時其中的某一 目標(biāo)點(diǎn)并不一定要求在參考點(diǎn)上。 圖4-7誤差補(bǔ)償步驟9 圖4-8目標(biāo)分布 4.3.10自動制作零件程序 1)程序號或程序名用以識別存入數(shù)控系統(tǒng)中的軟件。 2)軸名是指被測量軸。 3)運(yùn)行次數(shù)采用1次。運(yùn)行次數(shù)越多，其補(bǔ)償效果就越精確。多數(shù)系統(tǒng)補(bǔ)償是 取正反方向上各目標(biāo)點(diǎn)的平均誤差值來計算補(bǔ)償值。 4)循環(huán)方向采用雙向。雙向是指機(jī)床運(yùn)動部件以正反兩個方向分別運(yùn)動到每一 個目標(biāo)位置