數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程

1、模塊六模塊六 數(shù)控機床的誤差補償數(shù)控機床的誤差補償任務(wù)一任務(wù)一 反向間隙與螺距誤差的補償反向間隙與螺距誤差的補償滾珠絲杠是滾動摩擦，摩擦因數(shù)小，動態(tài)響應(yīng)快，易于控制，精度高。滾珠絲杠生產(chǎn)過程中，在滾道和珠子之間施加預(yù)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(chǎn)生間隙，對于較大的間隙可以通過絲杠預(yù)緊，來消除絲杠間隙。但預(yù)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Backlash compensating。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程掌握

2、掌握反向間隙與螺距誤差的檢測方法反向間隙與螺距誤差的檢測方法會應(yīng)用手動與自動方法對會應(yīng)用手動與自動方法對反向間隙與螺距誤差進行補償反向間隙與螺距誤差進行補償掌握激光干涉儀的操作方法掌握激光干涉儀的操作方法數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程一、手動補償一、手動補償1.1.檢測方法檢測方法(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)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)2)階梯循環(huán)階梯循環(huán)(2)回轉(zhuǎn)運動的檢測檢測應(yīng)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

3、測5次，循環(huán)方式與線性運動的方式相同。2.2.反向偏差反向偏差/ /間隙的檢測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(qū)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(zhuǎn)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(fù)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。(1)測量方法1)測量條件按GB 10931-1989規(guī)定。2)位置目標點：行程

4、中點及兩端點。3)移動行程（距目標點距離)：0.21 mm。4)手脈操作或調(diào)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57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。(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0.1 mm后，記下百分表或千分表的表盤讀數(shù)（或旋轉(zhuǎn)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

5、顯示值（顯示為)。第3步：用手脈繼續(xù)正向移動軸0.51 mm（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0.51 mm（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

6、變化值)，這是第1次測量的X軸中點位置正向反向偏差mX) 軸線復(fù)位至測量點暫停,記錄表讀數(shù)繼續(xù)沿原反方向進給約0.5至10.5至1復(fù)位至測量點暫停,記錄表讀數(shù)0.5至1同方向進給約0.5至1初始打表，進給約0.1測量點裝表位置反向偏差測量位置點的第1次循環(huán)過程2)自動運行測量編制運行程序（以X軸的測量為例編制循環(huán)測量程序)。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反向偏差測量記錄表第5步：計算X軸各測量目標點的mXmX值，最后得到X軸的反向偏差

7、值。3.3.反向偏差的補償反向偏差的補償FANUC 0i系統(tǒng)切削進給與快速進給的反向偏差關(guān)系FANUC 0iFANUC 0i系統(tǒng)切削進給與快速進給時的反向偏差值補償系統(tǒng)切削進給與快速進給時的反向偏差值補償4.4.螺距誤差補償螺距誤差補償螺距誤差螺距誤差是絲杠導(dǎo)程的實際值與理論值的偏差。(1)螺距誤差補償原理ijijjXPPijijjXPP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。(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)補償點數(shù)-2-1+3+2+13736353430313233參考點補償值螺距誤差補償間隔設(shè)定及補償點補償點號30313233343536

8、37設(shè)定補償值-2+3-1-1+1+2-1-3表 各補償點的補償值1)補償倍率：2)最小補償間距的確定FANUC 0i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15 000mm/min時，F(xiàn)ANUC 0i系統(tǒng)的最小補償間距為4 mm?？s短補償間距或降低最大進給速度。調(diào)整機械配合。更換精度等級高的絲杠。例例61 61 直線軸的螺距誤差補償設(shè)某型機床X軸的機械行程為-400800 mm，螺距誤差補償點間隔為50 mm，參考點的補償號為40，正確設(shè)置相關(guān)參數(shù)，完成補償設(shè)置。號碼3334353637383940414243444546474849補償值+2

9、+1+1-20-10-1+2+10-1-1-20+1+2補償值分布機械坐標補償點號-400-350-100-50050100750800403933414256補償點位置參數(shù)設(shè)定參數(shù)設(shè)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例例62 旋轉(zhuǎn)軸的螺距誤差補償某型機床配置了FANUC 0iC系統(tǒng)，其旋轉(zhuǎn)軸C的每轉(zhuǎn)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(shè)置正確的補償參數(shù)值。補償點號60616263

10、6465666768補償量設(shè)定值+1-2+1+3-1-1-3+2+1旋轉(zhuǎn)軸各點補償量參考點機械坐標（度）-3686766653153602702251801359045補償點號-2-1+3+2+1646362615960參考點螺距誤差補償值（絕對值）C軸各點補償值分布參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置二、自動補償二、自動補償目前行業(yè)使用最普遍的檢定設(shè)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。1.1.激光干涉儀的測量激光干涉儀的測量(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(fù)定位精度、微量位移精度等。3

11、)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(zhuǎn)臺分度精度的檢測及其自動補償ML10激光干涉儀加上RX10轉(zhuǎn)臺基準能進行回轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析、導(dǎo)軌的動態(tài)特性（低

12、速爬行)分析等。(2)激光干涉儀的安裝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2)備份機床的補償數(shù)據(jù)設(shè)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)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。逐點清零反向間隙和螺距誤差補償參數(shù)。使補償軸的補償功能失效。補償倍率設(shè)為零。清除機床坐標偏置及G54設(shè)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。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)5

13、)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光路調(diào)節(jié)示意圖 反射光強度條光路調(diào)節(jié)及反射光強度檢查圖6)生成測量程序測量程序生成操作步驟程序號或程序名。軸名：運行次數(shù)：選擇方向：暫停周期：越程值：進給量：數(shù)據(jù)采集方式/零件程序類型：軸方式：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)自動采集操作數(shù)據(jù)自動采集顯示界面數(shù)據(jù)分析操作誤差補償值表9)將誤差補償值傳給數(shù)控系統(tǒng)并檢查補償結(jié)果定位精度與重復(fù)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

14、的軟件（如Renishaw Laser 10)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(yīng)的補償參數(shù)中。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程球桿儀球桿儀球桿儀能快速(1015min)、方便、經(jīng)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(chǎn)生誤差的種類和幅值。一、球桿儀的安裝一、球桿儀的安裝球桿儀的安裝球桿儀的

15、連接二、檢測程序二、檢測程序適配器組件零件名稱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)G01 X0.0 Z 1000;(直接運動到啟始點)M00;(暫停，安裝球桿儀) G01 X0.0 Z100.0;(運行切入；使球桿儀進入測量狀態(tài)) G02 X0.0 Z100.0 I0.0 K-100.0;(360度順時針圓弧) G02 X0.0 Z100.0 I0.0 K-100.0;(360度順時針圓弧) G01 X0.0 Z101.5;(運行切出) M00;(開始逆時針方向數(shù)據(jù)采集) G01

16、X0.0 Z100.0;(運行切入) G03 X0.0 Z100.0 I0.0 K-100.0;(360度逆時針圓弧) G03 X0.0 Y100.0 I0.0 K-100.0;(360度逆時針圓弧) G01 X0.0 Z101.5;(運行切出)M30;三、檢測結(jié)果三、檢測結(jié)果1.1.反向間隙負值反向間隙負值 ( (機床誤差機床誤差) )(1)圖樣反向間隙負值(2)診斷值(3)可能起因1)在機床的導(dǎo)軌中可能存在間隙，導(dǎo)致當機床在被驅(qū)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(dǎo)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

17、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(shè)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(dǎo)軌傳動件的間隙，或更換已磨損的機床部件。2.2.反向間隙正值反向間隙正值 ( (機床誤差機床誤差) )(1)圖樣(2)診斷值反向間隙正值(3)可能起因1)在機床的驅(qū)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(qū)動螺母磨損。2)在機床的導(dǎo)軌中可能存在間隙，導(dǎo)致當機床在被驅(qū)動換向時出現(xiàn)運動的停頓。3)可能由于滾珠絲杠預(yù)緊力過大帶來的過度應(yīng)力而引起絲桿扭轉(zhuǎn)的影響。(4)推薦對策1)去除機床導(dǎo)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

18、數(shù)設(shè)置來對機床中存在的反向間隙進行補償。3.3.反向間隙不等值反向間隙不等值 ( (機床誤差機床誤差) )(1)圖樣反向間隙不等值(2)診斷值(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(diào)整均化，導(dǎo)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(dǎo)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?qū)к壍哪p跡象，可能需要維修或更新這些部件；3)如果在機床立軸上下運動的測試中出現(xiàn)不等值反向間隙圖，那么平

19、衡部件就可能是問題所在，從而需調(diào)整機床平衡系統(tǒng)。4.4.檢測報告檢測報告檢測報告有條件的學(xué)校到當?shù)財?shù)控機床生產(chǎn)廠家參觀球桿儀的應(yīng)用。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程一、填空題一、填空題1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(fù)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。2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。3采用滾珠絲杠傳動時，位置精度的補償主要有反向偏差補償和螺距誤差補償。4采用手動測量補償螺距誤差，其工作量大，效率低，出錯率高，所以目前一般均采用激光干涉儀進行自動測

20、量與補償。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程5位置精度補償必須建立在機床母機/光機（機械結(jié)構(gòu))的定位精度或重復(fù)定位精度滿足要求的基礎(chǔ)上。6機床母機的基礎(chǔ)精度包括導(dǎo)軌副、滾珠絲杠副、聯(lián)軸節(jié)、臺面等的精度。7激光干涉儀可檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等幾何精度。8球桿儀可以快速找出并分析機床的問題所在，主要可檢查反向差、反向間隙、伺服增益、垂直度、直線度、周期誤差等等性能。9對于分度裝置的檢測應(yīng)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。數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程數(shù)控機床電氣系統(tǒng)裝調(diào)與維修一體化教程二二、選擇題、選擇題1對于FANUC0i系統(tǒng)來說,切削進給補償參數(shù)為PRM（ A ）；快速進給補償參數(shù)為PRM（ B ），且參數(shù)PRM#18