項目四：回轉工作臺的螺距誤差測量與補償

回轉工作臺位置精度的測量與補償項目四：數控機床位置精度測試常用的測量方法及評定標準

1定位精度和重復定位精度的確定①GB/T12421.2-99國家標準評定方法·目標位置Pi

：運動部件編程要達到的位置。下標i表示沿軸線選擇的目標位置中的特定位置。·實際位置Pij（i=0~m，j=1~n）：運動部件第j次向第i個目標位置趨近時的實際測得的到達位置?！の恢闷頧ij

：運動部件到達的實際位置減去目標位置之差，Xij=Pij—Pi。

·單向趨近：運動部件以相同的方向沿軸線（指直線運動）或繞軸線（指旋轉運動）趨近某目標位置的一系列測量。符號↑表示從正向趨近所得參數，符號↓表示從負向趨近所得參數，如Xij↑或Xij↓。

·雙向趨近：運動部件從二個方向沿軸線或繞軸線趨近某目標位置的一系列測量。

·某一位置的單向平均位置偏差↑或↓：運動部件由n次單向趨近某一位置Pi所得的位置偏差的算術平均值。

↑=

或↓=

·某一位置的雙向平均位置偏差：運動部件從二個方向趨近某一位置Pi所得的單向平均位置偏差↑和

↓的算術平均值。=（↑+↓）/2

·某一位置的反向差值Bi：運動部件從二個方向趨近某位置時兩單向平均位置偏差之差。Bi=↑—↓·軸線反向差值B和軸線平均反向差值：運動部件沿軸線或繞軸線的各目標位置的反向差值的絕對值│Bi│中的最大值即為軸線反向差值B。沿軸線或繞軸線的各目標位置的反向差值的Bi的算術平均值即為軸線平均反向差值B=max.[│Bi│]·在某一位置的單向定位標準不確定度的估算值Si↑或Si↓：=通過對某一位置Pi的n次單向趨近所獲得的位置偏差標準不確定度的估算值。即Si↑=Si↓=

·在某一位置的單向重復定位精度Ri↑或Ri↓及雙向重復定位精度Ri

Ri↑=4Si↑和Ri↓=4Si↓Ri=max.[2Si↑+2Si↓+│Bi│；

Ri↑；Ri↓]

·軸線雙向重復定位精度R，則有R=max.[Ri]·軸線雙向定位精度A：由雙向定位系統(tǒng)偏差和雙向定位標準不確定度估算值的2倍的組合來確定的范圍。即A=max(I↑+2Si↑；I↓+2Si↓)－min(I↑-2Si↑；I↓-2Si↓)②定位精度和重復定位精度的確定JISB6330-1980標準（日本）·定位精度A：在測量行程范圍內（運動軸）測2點，一次往返目標點檢測（雙向）。測試后，計算出每一點的目標值與實測值之差，取最大位置偏差與最小位置偏差之差除以2，加正負號（±）作為該軸的定位精度。即：A=±1/2｛Max.[（Max.Xj↑-Min.Xj↑），（Max.Xj↓-Min.Xj↓）]｝·重復定位精度R：在測量行程范圍內任取左中右三點，在每一點重復測試2次，取每點最大值最小值之差除以2就是重復定位精度；即R=1/2[Max.（Max.Xi-Min.Xi）]

2數控機床軟件補償原理一般來講，數控機床的優(yōu)勢在于軟件（數控系統(tǒng)）和硬件（機床）的有機結合，才能很好的發(fā)揮數控機床的各種特性及先進的功能。一臺數控設備經過一年的運行，很多移動部件都發(fā)生了不同程度的磨損，其位置精度都會發(fā)生變化。即使未到大修年限，一般精密級的數控機床，都會重新進行位置精度的測試及補償，其也屬于機床維修及維護的重要一部分，當然，大修的數控機床就必須進行位置精度的測試及補償了。本章著重介紹一下精度補償的一般性原理及方法。2.1螺距補償原理數控機床軟件補償的基本原理是在機床的機床坐標系中，在無補償的條件下，在軸線測量行程內將測量行程等分為若干段，測量出各目標位置Pi的平均位置偏差↑，把平均位置偏差反向疊加到數控系統(tǒng)的插補指令上，如圖4所示，指令要求沿X軸運動到目標位置Pi，目標實際位置為Pij，該點的平均位置偏差為↑；將該值輸入系統(tǒng)，則系統(tǒng)CNC在計算時自動將目標位置Pi的平均位置偏差↑疊加到插補指令上，實際運動位置為：Pij=Pi+↑，使誤差部分抵消，實現(xiàn)誤差的補償。螺距誤差可進行單向和雙向補償?！黊PiPij↑0螺矩誤差補償原理Pi2.2反向間隙補償原理反向間隙補償又稱為齒隙補償。機械傳動鏈在改變轉向時，由于反向間隙的存在，會引起伺服電動機的空轉，而無工作臺的實際運動，又稱失動。反向間隙補償原理是在無補償的條件下，在軸線測量行程內將測量行程等分為若干段，測量出各目標位置Pi的平均反向差值，作為機床的補償參數輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標軸反向運動時，自動先讓該坐標反向圖4螺矩誤差補償原理運動值，然后按指令進行運動。如圖5所示，工作臺正向移動到O點，然后反向移動到Pi點，反向時，電機（絲桿）先反向移動，后移動到Pi點；該過程CNC系統(tǒng)實際指令運動值L為：

L=Pi+

反向間隙補償在坐標軸處于任何方式時均有效。在系統(tǒng)進行了雙向螺距補償時，雙向螺距補償的值已經包含了反向間隙，因此，此時不需設置反向間隙的補償值。

工作臺0PiXL圖5反向間隙補償2.3誤差補償的適用范圍從數控機床進給傳動裝置的結構和數控系統(tǒng)的三種控制方法可知，誤差補償對半閉環(huán)控制系統(tǒng)和開環(huán)控制系統(tǒng)具有顯著的效果，可明顯提高數控機床的定位精度和重復定位精度。對全閉環(huán)數控系統(tǒng)，由于其控制精度高，采用誤差補償的效果不顯著，但也可進行誤差補償。角度單位：弧度（rad）球面度（sr）

秒（″）分（′）度（°）

角度量值的傳遞過程：逐級用高精度角度標準檢定低精度角度標準。自然基準：3600圓周角圓周封閉原則：同一圓周上所有夾角的誤差之和等于零3角度及角位移測量概述

1、角度塊規(guī)2、多面棱體3、度盤4、多齒分度盤5、圓感應同步器6、圓光柵

7、角編碼器基準元件

1、角度塊規(guī)

基準元件

角度塊可用來檢定萬能角度尺、角度樣板，也可用于精密機床中的角度調整。角度塊與量塊一樣，可以單獨使用，也可組合使用。角度塊規(guī)有三類：三角形、約翰遜型、NPL式矩形2、多面棱體

基準元件

多面棱體常與自準直儀配合使用。以自準直儀的光軸對準棱體工作面來定位。應用：常用于檢定安裝后的分度器件

是常用的角度標準器，是以底面為基面的正棱柱體。分度精度可達0.5～1。材料：石英、光學玻璃、高強度合金鋼等。3、度盤

基準元件

是角度測量中常用的基準元件。在圓周上刻有一系列等間隔的刻線，每一刻線均通過圓心，最小分度間隔30′、20′、10′、5′、4′。材料：玻璃、金屬應用：常用于角度及圓分度誤差的靜態(tài)測量。4、多齒分度盤基準元件

由兩個直徑、齒數和齒形均相同的上、下端齒盤組成。上下兩齒盤嚙合時，不能再轉動及側向位移，其分度完全靠兩齒盤相對轉過的齒數來決定。齒數：360、720、1440最小分度間距：10、30′

、15′特點：自動定心、平均效應分度精度：±0.1a)整體結構b)彈性齒c)剛性齒5、圓感應同步器基準元件

包括激磁繞組（定子）和感應繞組（轉子）兩部分。常用于加工現(xiàn)場的測量。6.圓光柵：光柵盤的分辨力多為10,20,可用于靜態(tài)測量和動態(tài)測量。因其能自動瞄準讀數，常用于高精度智能化儀器及加工機械中。7.角編碼器：將角位置定義成數字代碼的裝置，使用方便，但難以實現(xiàn)微小分度?；鶞试?/p>

自準直儀利用光學自準直原理測量微小角度變化的儀器。也可以對平面度和直線度進行間接測量。因讀數系統(tǒng)的不同可分為光學自準直儀和數顯自準直儀。光學自準直儀數顯自準直儀4自準直儀概述

光學自準直儀結構自準直儀通常有三部分組成：體外反射鏡、物鏡光管部件、測微目鏡部件1-測微鼓輪；2-活動分劃板；3-目鏡；4-固定分劃板；5-定位螺釘；6-十字線分劃板（帶保護玻璃）；7-濾光片；8-光源；9-立方直角棱鏡；10、11-體內反射鏡；12-物鏡；13-體外反射鏡；

光源S發(fā)出的光，照亮了位于物鏡焦面上的分劃板，經物鏡后成平行光束，這樣的簡單光學裝置即平行光管。

垂直于光軸的反射鏡反射回來的平行光束通過物鏡仍在分劃板上的原來位置成一實像。這種現(xiàn)象稱為“自準直”。光學自準直儀原理

當反射鏡傾斜一a角時，則按光的反射定律，將在分劃板上距O點為t的Oˊ點成像，被測量就是通過t反映出來。光學自準直儀原理

自準直法就是通過將被測量轉換為反射鏡的傾斜量進行測量的，如測量直線度、平面度誤差。

1、使用前用汽油和脫脂棉或綢布清潔儀器主體和附件，清潔被測表面。2、儀器的安放位置一定要穩(wěn)固可靠，位置合適，宜于觀察，測量過程中不得移動儀器主體。3、使用過程中嚴禁碰撞。

4、使用中注意不要過分用力和隨意亂動，并注意防銹和清潔保養(yǎng)。注意事項1、安裝基盤5操作步驟2、打表操作步驟3、安裝多面棱體操作步驟4、安裝多面棱體防護罩操作步驟5、安裝自準直儀支架操作步驟6、安放自準直儀1、找像1）調整水平調整板，使主體物鏡中心和多面棱體的反射鏡中心大致處于同一高度。2）移動儀器主體，使多面棱體的反射面對稱地處于主體入射光瞳的中心，其光軸與多面棱體的旋轉軸線成90度。經過以上兩步調整后，在目鏡中能看到十字線像2、讀數十字線的像成在分劃板之后，轉動測微鼓輪，使指標線在視場內移動，直到指標線套在十字線內，即可從刻線分劃板及測微鼓輪上的刻度讀出數值。6參數設置進入參數設置界面后，選擇“系統(tǒng)參數”，不然無法將坐標軸參數、誤差補償參數等展開。參數設置將光標移動到“誤差補償參數”后，按“ENTER”鍵將“誤差補償參數”展開。參數設置選擇“補償軸3”參數設置參數設置參數設置該參數用于設置當前軸反向間隙補償的使能與禁止。0：反向間隙補償禁止1：反向間隙補償使能該參數一般設置為機床進給軸（直線軸、擺動軸或旋轉軸）在常用工作區(qū)間內的反向間隙測量值。如果采用雙向螺距誤差補償，則無需進行反向間隙補償，該參數可設置為0。數據單位為毫米或度。參數設置當反向間隙較大時，通過設置該參數可將反向間隙的補償分散到多個插補周期內進行，以防止軸反向時由于補償造成的沖擊。如果該參數設定值大于零，則反向間隙補償將在Ｎ個插補周期內完成：Ｎ＝反向間隙補償值／反向間隙補償率如果反向間隙補償率大于反向間隙補償值或設置為零，補償將在1個插補周期內完成。

注意：將該參數設置為較小的值能夠獲得更加平穩(wěn)的補償效果，但是會降低反向間隙補償的響應速度。參數設置參數取值含義如下：0：螺距誤差補償功能禁止1：螺距誤差補償功能開啟，單向補償2：螺距誤差補償功能開啟，雙向補償該參數用于設定補償行程的起點，應填入機床坐標系下的坐標值。

數據單位為毫米或度。參數設置該參數用于設定補償行程范圍內的采樣補償點數。

注意：補償點數設置為0時螺距誤差補償無效！對應的螺距誤差補償表亦無效！該參數用于設定補償行程范圍內兩相鄰采樣補償點的距離。數據單位為毫米或度。注意：補償點間