反向間隙與螺距誤差的補償

反向間隙與螺距誤差的補償?shù)谝豁?，共四十八頁，編輯?023年，星期五模塊六

數(shù)控機床的誤差補償任務一

反向間隙與螺距誤差的補償?shù)诙摚菜氖隧?，編輯?023年，星期五知識內容4任務引入1任務目標2任務實施3任務拓展5任務鞏固6第三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五滾珠絲杠是滾動摩擦，摩擦因數(shù)小，動態(tài)響應快，易于控制，精度高。滾珠絲杠生產過程中，在滾道和珠子之間施加預緊力，可以消除間隙，所以滾珠絲杠可以達到無間隙配合。但是使用一段時間后容易產生間隙，對于較大的間隙可以通過絲杠預緊，來消除絲杠間隙。但預緊力不能大于軸向載荷的三分之一?，F(xiàn)在大多數(shù)數(shù)控制造商也提供了電氣上輔助補救措施——背隙補償功能（也有稱之為“反向間隙補償”），英文為Backlashcompensating。第四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五任務目標掌握反向間隙與螺距誤差的檢測方法1會應用手動與自動方法對反向間隙與螺距誤差進行補償2掌握激光干涉儀的操作方法3第五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五一、手動補償1.檢測方法(1)直線運動的檢測目標位置數(shù)量和正、負方向循環(huán)次數(shù)1)線性循環(huán)線性循環(huán)第六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2)階梯循環(huán)階梯循環(huán)(2)回轉運動的檢測檢測應在0°、90°、180°、270°等4個主要位置檢測。若機床允許任意分度，除4個主要位置外，可任意選擇3個位置進行。正、負方向循環(huán)檢測5次，循環(huán)方式與線性運動的方式相同。第七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2.反向偏差/間隙的檢測反向偏差亦稱為反向間隙或矢動量。由于各坐標軸進給傳動鏈上驅動部件(如伺服電機、伺服液壓馬達等)存在反向死區(qū)，各機械運動傳動副存在反向間隙，當各坐標軸進行轉向移動時會造成反向偏差。反向偏差的存在會影響半閉環(huán)伺服系統(tǒng)機床的定位精度和重復定位精度，特別容易出現(xiàn)過象限切削過渡偏差，造成圓度不夠或出現(xiàn)刀痕等現(xiàn)象。需要定期對機床各坐標軸的反向偏差進行測定和補償。反向偏差可用百分表/千分表進行簡單測量，也可以用激光干涉儀或球桿儀進行自動測量。第八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(1)測量方法1)測量條件按GB10931-1989規(guī)定。2)位置目標點：行程中點及兩端點。3)移動行程（距目標點距離)：0.2～1mm。4)手脈操作或調用循環(huán)程序（手脈操作時，手脈倍率選“×10”擋)。5)循環(huán)方式：階梯方式5～7次。6)計算方法及給定方式：按國家標準。測量時，注意表座和表桿不要伸出過高過長。懸臂較長時，表座容易移動，造成計數(shù)不準。第九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(2)具體操作1)手脈進給操作第1步：將磁性表座吸在主軸上，百分表/千分表伸縮桿頂在工作臺上的某個凸起物上（頂緊程度必須在滿足正負方向移動所需的測量距離后不會超出表的量程)。第2步：用手脈（“×10”擋)正向移動X軸約0.1mm后，記下百分表或千分表的表盤讀數(shù)（或旋轉表盤，使指針與“0”刻度重合)，并清除NC顯示器的X軸相對坐標顯示值（顯示為０)。第3步：用手脈繼續(xù)正向移動Ｘ軸0.5～1mm（以NC顯示器X軸的相對坐標顯示值為基準)，必須保證X軸的移動方向不變（沒換向)。第4步：用手脈反向移動X軸，待NC顯示器上X軸的相對坐標顯示值為0時停止，記下百分表或千分表的表盤讀數(shù)。第十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五第5步：將百分表或千分表的表盤讀數(shù)相對變化值計算出來第6步：繼續(xù)用手脈負向移動X軸0.5～1mm（以NC顯示器X軸相對坐標顯示值為準)，記錄下百分表或千分表表盤讀數(shù)（注意，移動期間不能換向)。第7步：用手脈正向移動X軸，直至NC顯示器X軸相對坐標顯示值為0止，記錄下百分表或千分表的讀數(shù)。第8步：計算出負向移動向正向移動換向時的反向偏差值（表盤讀數(shù)的相對變化值)，這是第1次測量的X軸中點位置正向反向偏差)

第十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五反向偏差測量位置點的第1次循環(huán)過程第十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2)自動運行測量①編制運行程序（以X軸的測量為例編制循環(huán)測量程序)。第十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五②操作步驟。第1步、第2步與手脈進給操作的第1步、第2步一致。第3步：運行上述程序“O100”（進給倍率置于“100%”擋)。第4步：在程序運行暫停點記錄百分表/千分表表盤讀數(shù)反向偏差測量記錄表第5步：計算X軸各測量目標點的值，最后得到X軸的反向偏差值。第十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五3.反向偏差的補償FANUC0i系統(tǒng)切削進給與快速進給的反向偏差關系FANUC0i系統(tǒng)切削進給與快速進給時的反向偏差值補償?shù)谑屙?，共四十八頁，編輯?023年，星期五4.螺距誤差補償螺距誤差是絲杠導程的實際值與理論值的偏差。(1)螺距誤差補償原理位置偏差/誤差Pj為指定的目標位置Pij為目標實際的運動位置。第十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(2)螺距誤差的補償方法FANUC-0i系統(tǒng)的螺距誤差補償參數(shù)螺距誤差補償間隔設定及補償點補償點號3031323334353637設定補償值-2+3-1-1+1+2-1-3表各補償點的補償值第十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五1)補償倍率：2)最小補償間距的確定FANUC0i系統(tǒng)的最小間距:最大快速移動速度（快速進給速度)/3750（mm)。如若最大進給速度為15000mm/min時，F(xiàn)ANUC0i系統(tǒng)的最小補償間距為4mm。①縮短補償間距或降低最大進給速度。②調整機械配合。③更換精度等級高的絲杠。第十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五例6—1直線軸的螺距誤差補償設某型機床X軸的機械行程為-400～800mm，螺距誤差補償點間隔為50mm，參考點的補償號為40，正確設置相關參數(shù)，完成補償設置。號碼3334353637383940414243444546474849補償值+2+1+1-20-10-1+2+10-1-1-20+1+2補償值分布第十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五補償點位置參數(shù)設定正方向最遠端補償點的號碼為：參考點的補償點號碼+（機床正方向行程長度/補償間隔)=40+800/50=56負方向最遠端補償點的號碼為：參考點的補償點號碼-（機床負方向行程長度/補償間隔)+1=40-400/50+1=33第二十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五例6—2

旋轉軸的螺距誤差補償某型機床配置了FANUC0iC系統(tǒng)，其旋轉軸C的每轉移動量為360°，誤差補償點的間距為45°，參考點的補償點號為60，設置正確的補償參數(shù)值。補償點號606162636465666768補償量設定值+1-2+1+3-1-1-3+2+1旋轉軸各點補償量C軸各點補償值分布參數(shù)設置第二十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五二、自動補償目前行業(yè)使用最普遍的檢定設備是激光干涉儀。反向偏差可以用激光干涉儀或球桿儀進行測量。1.激光干涉儀的測量(1)主要功能1)幾何精度檢測——可檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。2)位置精度的檢測及其自動補償——可檢測數(shù)控機床定位精度、重復定位精度、微量位移精度等。第二十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五3)線性誤差自動補償——通過RS-232接口傳輸數(shù)據(jù)，效率高，可最大限度地選用被測軸上的補償點數(shù)，使機床達到最佳精度。4)數(shù)控轉臺分度精度的檢測及其自動補償——ML10激光干涉儀加上RX10轉臺基準能進行回轉軸的自動測量，可對任意角度，以任意角度間隔進行全自動測量。5)雙軸定位精度的檢測及其自動補償——可同步測量大型龍門移動式數(shù)控機床，由雙伺服驅動某一軸向運動的定位精度，通過RS-232接口，自動對兩軸線性誤差分別進行補償。6)數(shù)控機床動態(tài)性能檢測——利用RENISHAW動態(tài)特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進行機床振動測試與分析（FFT)、滾珠絲杠的動態(tài)特性分析、伺服驅動系統(tǒng)的響應特性分析、導軌的動態(tài)特性（低速爬行)分析等。第二十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(2)激光干涉儀的安裝激光干涉儀的安裝(3)位置誤差補償操作1)準備工作ML10軟件配置第二十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2)備份機床的補償數(shù)據(jù)設置計算機與機床系統(tǒng)的串口通信參數(shù)（圖中箭頭表示操作順序)第二十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五3)清除機床補償參數(shù)值補償前，必須清除機床數(shù)控系統(tǒng)各軸反向間隙和螺距誤差原補償參數(shù)值，避免在測量各目標點位置誤差值時，原補償值仍起作用。①逐點清零反向間隙和螺距誤差補償參數(shù)。②使補償軸的補償功能失效。③補償倍率設為零。④清除機床坐標偏置及G54設置值。完成上述操作后，系統(tǒng)斷電重啟，并進行參考點返回操作，確保絕對坐標與機床機械坐標相同。第二十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五4)目標點定義測量軸目標點定義界面（圖中箭頭表示操作順序，后續(xù)圖類同)第二十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五5)根據(jù)所選測量軸，建立滿足測量要求的激光光路線性測量鏡組及其組合第二十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五光路調節(jié)示意圖

反射光強度條光路調節(jié)及反射光強度檢查圖第二十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五6)生成測量程序測量程序生成操作步驟①程序號或程序名。②軸名：③運行次數(shù)：④選擇方向：⑤暫停周期：⑥越程值：⑦進給量：⑧數(shù)據(jù)采集方式/零件程序類型：⑨軸方式：第三十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五第三十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五7)將X軸移動程序上傳給機床系統(tǒng)8)采集并分析原始數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)之前，用鼠標單擊坐標清零圖標軟件坐標清零顯示數(shù)據(jù)自動采集操作第三十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五數(shù)據(jù)自動采集顯示界面數(shù)據(jù)分析操作第三十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五誤差補償值表第三十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五9)將誤差補償值傳給數(shù)控系統(tǒng)并檢查補償結果

定位精度與重復定位精度的數(shù)據(jù)分析曲線

具有自動補償功能的軟件可利用其數(shù)據(jù)傳輸功能將誤差補償值直接傳送給數(shù)控系統(tǒng)；沒有配置自動補償功能的軟件（如RenishawLaser10)可利用其計算出的誤差補償值表，手動逐項、逐點輸入數(shù)控系統(tǒng)對應的補償參數(shù)中。第三十五頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五任務拓展——球桿儀球桿儀能快速(10～15min)、方便、經濟的評價和診斷CNC機床動態(tài)精度的儀器，適用于各種立臥式加工中心和數(shù)控車床等機床，具有操作簡單，攜帶方便的特點，其工作原理是將球桿儀的兩端分別安裝在機床的主軸與工作臺上（或者安裝在車床的主軸與刀塔上)，測量兩軸差補運動形成的圓形軌跡，并將這一軌跡與標準圓形軌跡進行比較，從而評價機床產生誤差的種類和幅值。第三十六頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五一、球桿儀的安裝球桿儀的安裝球桿儀的連接第三十七頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五二、檢測程序適配器組件零件名稱第三十八頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2)檢測程序(動態(tài)數(shù)據(jù)采集,100㎜球桿儀,ZX平面)(360度數(shù)據(jù)采集弧，180度越程)(公制單位，進給率/min)M05;(停止主軸)G01X0.0Z1000;(直接運動到啟始點)M00;(暫停，安裝球桿儀)G01X0.0Z100.0;(運行切入；使球桿儀進入測量狀態(tài))G02X0.0Z100.0I0.0K-100.0;(360度順時針圓弧)G02X0.0Z100.0I0.0K-100.0;(360度順時針圓弧)G01X0.0Z101.5;(運行切出)M00;(開始逆時針方向數(shù)據(jù)采集)G01X0.0Z100.0;(運行切入)G03X0.0Z100.0I0.0K-100.0;(360度逆時針圓弧)G03X0.0Y100.0I0.0K-100.0;(360度逆時針圓弧)G01X0.0Z101.5;(運行切出)M30;第三十九頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五三、檢測結果1.反向間隙－負值(機床誤差)(1)圖樣反向間隙－負值第四十頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(2)診斷值(3)可能起因1)在機床的導軌中可能存在間隙，導致當機床在被驅動換向時出現(xiàn)在運動中跳躍。2)用于彌補原有反向間隙而對機床進行的反向間隙補償?shù)臄?shù)值過大，導致原來具有正值反向間隙問題的機床出現(xiàn)負值反向間隙。3)機床可能受到編碼器滯后現(xiàn)象的影響。(4)推薦對策1)檢查數(shù)控系統(tǒng)反向間隙補償參數(shù)設置是否正確；2)檢查機床是否受到編碼器滯后現(xiàn)象的影響；3)去除機床導軌傳動件的間隙，或更換已磨損的機床部件。第四十一頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五2.反向間隙－正值(機床誤差)(1)圖樣(2)診斷值反向間隙－正值第四十二頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(3)可能起因1)在機床的驅動系統(tǒng)中中可能存在間隙，典型的原因是因滾珠絲杠端部浮動或驅動螺母磨損。2)在機床的導軌中可能存在間隙，導致當機床在被驅動換向時出現(xiàn)運動的停頓。3)可能由于滾珠絲杠預緊力過大帶來的過度應力而引起絲桿扭轉的影響。(4)推薦對策1)去除機床導軌的間隙，可能需要更換已磨損的機床部件。2)利用數(shù)控系統(tǒng)反向間隙補償參數(shù)設置來對機床中存在的反向間隙進行補償。第四十三頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五3.反向間隙－不等值(機床誤差)(1)圖樣反向間隙－不等值(2)診斷值第四十四頁，共四十八頁，編輯于2023年，星期五(3)可能起因由于滾珠絲杠中過大扭曲而引起反向間隙的影響，可以在具有反向間隙補償?shù)臋C床上將該差異調整均化，導致在該軸出現(xiàn)相對臺階。該扭曲可能由于絲桿磨損、螺母損壞及導軌磨損，這種類型的反向間隙若出現(xiàn)在立軸運動測試中，多半可能為平衡的影響。(4)推薦對策1)去除施加給機床的所有反向間隙補償值，這將可以讓機床的問題徹底暴露出來；2)檢查該機床的滾珠絲桿或導軌的磨損跡象，可能需要維修或更新這些部件；