項(xiàng)目四：回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的螺距誤差測量與補(bǔ)償

回轉(zhuǎn)工作臺(tái)位置精度的測量與補(bǔ)償項(xiàng)目四：數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用的測量方法及評定標(biāo)準(zhǔn)

1定位精度和重復(fù)定位精度的確定①GB/T12421.2-99國家標(biāo)準(zhǔn)評定方法·目標(biāo)位置Pi

：運(yùn)動(dòng)部件編程要達(dá)到的位置。下標(biāo)i表示沿軸線選擇的目標(biāo)位置中的特定位置?！?shí)際位置Pij（i=0~m，j=1~n）：運(yùn)動(dòng)部件第j次向第i個(gè)目標(biāo)位置趨近時(shí)的實(shí)際測得的到達(dá)位置?！の恢闷頧ij

：運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)的實(shí)際位置減去目標(biāo)位置之差，Xij=Pij—Pi。

·單向趨近：運(yùn)動(dòng)部件以相同的方向沿軸線（指直線運(yùn)動(dòng)）或繞軸線（指旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）趨近某目標(biāo)位置的一系列測量。符號(hào)↑表示從正向趨近所得參數(shù)，符號(hào)↓表示從負(fù)向趨近所得參數(shù)，如Xij↑或Xij↓。

·雙向趨近：運(yùn)動(dòng)部件從二個(gè)方向沿軸線或繞軸線趨近某目標(biāo)位置的一系列測量。

·某一位置的單向平均位置偏差↑或↓：運(yùn)動(dòng)部件由n次單向趨近某一位置Pi所得的位置偏差的算術(shù)平均值。

↑=

或↓=

·某一位置的雙向平均位置偏差：運(yùn)動(dòng)部件從二個(gè)方向趨近某一位置Pi所得的單向平均位置偏差↑和

↓的算術(shù)平均值。=（↑+↓）/2

·某一位置的反向差值Bi：運(yùn)動(dòng)部件從二個(gè)方向趨近某位置時(shí)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(yùn)動(dòng)部件沿軸線或繞軸線的各目標(biāo)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(biāo)位置的反向差值的Bi的算術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)不確定度的估算值。即Si↑=Si↓=

·在某一位置的單向重復(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=max.[2Si↑+2Si↓+│Bi│；

Ri↑；Ri↓]

·軸線雙向重復(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)定位精度的確定JISB6330-1980標(biāo)準(zhǔn)（日本）·定位精度A：在測量行程范圍內(nèi)（運(yùn)動(dòng)軸）測2點(diǎn)，一次往返目標(biāo)點(diǎn)檢測（雙向）。測試后，計(jì)算出每一點(diǎn)的目標(biāo)值與實(shí)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(fù)號(hào)（±）作為該軸的定位精度。即：A=±1/2｛Max.[（Max.Xj↑-Min.Xj↑），（Max.Xj↓-Min.Xj↓）]｝·重復(fù)定位精度R：在測量行程范圍內(nèi)任取左中右三點(diǎn)，在每一點(diǎn)重復(fù)測試2次，取每點(diǎn)最大值最小值之差除以2就是重復(fù)定位精度；即R=1/2[Max.（Max.Xi-Min.Xi）]

2數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償原理一般來講，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢在于軟件（數(shù)控系統(tǒng)）和硬件（機(jī)床）的有機(jī)結(jié)合，才能很好的發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的各種特性及先進(jìn)的功能。一臺(tái)數(shù)控設(shè)備經(jīng)過一年的運(yùn)行，很多移動(dòng)部件都發(fā)生了不同程度的磨損，其位置精度都會(huì)發(fā)生變化。即使未到大修年限，一般精密級(jí)的數(shù)控機(jī)床，都會(huì)重新進(jìn)行位置精度的測試及補(bǔ)償，其也屬于機(jī)床維修及維護(hù)的重要一部分，當(dāng)然，大修的數(shù)控機(jī)床就必須進(jìn)行位置精度的測試及補(bǔ)償了。本章著重介紹一下精度補(bǔ)償?shù)囊话阈栽砑胺椒ā?.1螺距補(bǔ)償原理數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償?shù)幕驹硎窃跈C(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系中，在無補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測量行程內(nèi)將測量行程等分為若干段，測量出各目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差↑，把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)指令上，如圖4所示，指令要求沿X軸運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置Pi，目標(biāo)實(shí)際位置為Pij，該點(diǎn)的平均位置偏差為↑；將該值輸入系統(tǒng)，則系統(tǒng)CNC在計(jì)算時(shí)自動(dòng)將目標(biāo)位置Pi的平均位置偏差↑疊加到插補(bǔ)指令上，實(shí)際運(yùn)動(dòng)位置為：Pij=Pi+↑，使誤差部分抵消，實(shí)現(xiàn)誤差的補(bǔ)償。螺距誤差可進(jìn)行單向和雙向補(bǔ)償?！黊PiPij↑0螺矩誤差補(bǔ)償原理Pi2.2反向間隙補(bǔ)償原理反向間隙補(bǔ)償又稱為齒隙補(bǔ)償。機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向時(shí)，由于反向間隙的存在，會(huì)引起伺服電動(dòng)機(jī)的空轉(zhuǎn)，而無工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，又稱失動(dòng)。反向間隙補(bǔ)償原理是在無補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測量行程內(nèi)將測量行程等分為若干段，測量出各目標(biāo)位置Pi的平均反向差值，作為機(jī)床的補(bǔ)償參數(shù)輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)軸反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)先讓該坐標(biāo)反向圖4螺矩誤差補(bǔ)償原理運(yùn)動(dòng)值，然后按指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如圖5所示，工作臺(tái)正向移動(dòng)到O點(diǎn)，然后反向移動(dòng)到Pi點(diǎn)，反向時(shí)，電機(jī)（絲桿）先反向移動(dòng)，后移動(dòng)到Pi點(diǎn)；該過程CNC系統(tǒng)實(shí)際指令運(yùn)動(dòng)值L為：

L=Pi+

反向間隙補(bǔ)償在坐標(biāo)軸處于任何方式時(shí)均有效。在系統(tǒng)進(jìn)行了雙向螺距補(bǔ)償時(shí)，雙向螺距補(bǔ)償?shù)闹狄呀?jīng)包含了反向間隙，因此，此時(shí)不需設(shè)置反向間隙的補(bǔ)償值。

工作臺(tái)0PiXL圖5反向間隙補(bǔ)償2.3誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的三種控制方法可知，誤差補(bǔ)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(shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。對全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由于其控制精度高，采用誤差補(bǔ)償?shù)男Ч伙@著，但也可進(jìn)行誤差補(bǔ)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(jí)用高精度角度標(biāo)準(zhǔn)檢定低精度角度標(biāo)準(zhǔn)。自然基準(zhǔn)：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(yīng)同步器6、圓光柵

7、角編碼器基準(zhǔn)元件

1、角度塊規(guī)

基準(zhǔn)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(jī)床中的角度調(diào)整。角度塊與量塊一樣，可以單獨(dú)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(zhǔn)元件

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

是常用的角度標(biāo)準(zhǔn)器，是以底面為基面的正棱柱體。分度精度可達(dá)0.5～1。材料：石英、光學(xué)玻璃、高強(qiáng)度合金鋼等。3、度盤

基準(zhǔn)元件

是角度測量中常用的基準(zhǔn)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(yīng)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(zhǔn)元件

由兩個(gè)直徑、齒數(shù)和齒形均相同的上、下端齒盤組成。上下兩齒盤嚙合時(shí)，不能再轉(zhuǎn)動(dòng)及側(cè)向位移，其分度完全靠兩齒盤相對轉(zhuǎn)過的齒數(shù)來決定。齒數(shù)：360、720、1440最小分度間距：10、30′

、15′特點(diǎn)：自動(dòng)定心、平均效應(yīng)分度精度：±0.1a)整體結(jié)構(gòu)b)彈性齒c)剛性齒5、圓感應(yīng)同步器基準(zhǔn)元件

包括激磁繞組（定子）和感應(yīng)繞組（轉(zhuǎn)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(dòng)態(tài)測量。因其能自動(dòng)瞄準(zhǔn)讀數(shù)，常用于高精度智能化儀器及加工機(jī)械中。7.角編碼器：將角位置定義成數(shù)字代碼的裝置，使用方便，但難以實(shí)現(xiàn)微小分度?；鶞?zhǔn)元件

自準(zhǔn)直儀利用光學(xué)自準(zhǔn)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(jìn)行間接測量。因讀數(shù)系統(tǒng)的不同可分為光學(xué)自準(zhǔn)直儀和數(shù)顯自準(zhǔn)直儀。光學(xué)自準(zhǔn)直儀數(shù)顯自準(zhǔn)直儀4自準(zhǔn)直儀概述

光學(xué)自準(zhǔn)直儀結(jié)構(gòu)自準(zhǔn)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(dòng)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(hù)玻璃）；7-濾光片；8-光源；9-立方直角棱鏡；10、11-體內(nèi)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(jīng)物鏡后成平行光束，這樣的簡單光學(xué)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(shí)像。這種現(xiàn)象稱為“自準(zhǔn)直”。光學(xué)自準(zhǔn)直儀原理

當(dāng)反射鏡傾斜一a角時(shí)，則按光的反射定律，將在分劃板上距O點(diǎn)為t的Oˊ點(diǎn)成像，被測量就是通過t反映出來。光學(xué)自準(zhǔn)直儀原理

自準(zhǔn)直法就是通過將被測量轉(zhuǎn)換為反射鏡的傾斜量進(jìn)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(dòng)儀器主體。3、使用過程中嚴(yán)禁碰撞。

4、使用中注意不要過分用力和隨意亂動(dòng)，并注意防銹和清潔保養(yǎng)。注意事項(xiàng)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(hù)罩操作步驟5、安裝自準(zhǔn)直儀支架操作步驟6、安放自準(zhǔn)直儀1、找像1）調(diào)整水平調(diào)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(dòng)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(zhuǎn)軸線成90度。經(jīng)過以上兩步調(diào)整后，在目鏡中能看到十字線像2、讀數(shù)十字線的像成在分劃板之后，轉(zhuǎn)動(dòng)測微鼓輪，使指標(biāo)線在視場內(nèi)移動(dòng)，直到指標(biāo)線套在十字線內(nèi)，即可從刻線分劃板及測微鼓輪上的刻度讀出數(shù)值。6參數(shù)設(shè)置進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面后，選擇“系統(tǒng)參數(shù)”，不然無法將坐標(biāo)軸參數(shù)、誤差補(bǔ)償參數(shù)等展開。參數(shù)設(shè)置將光標(biāo)移動(dòng)到“誤差補(bǔ)償參數(shù)”后，按“ENTER”鍵將“誤差補(bǔ)償參數(shù)”展開。參數(shù)設(shè)置選擇“補(bǔ)償軸3”參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置該參數(shù)用于設(shè)置當(dāng)前軸反向間隙補(bǔ)償?shù)氖鼓芘c禁止。0：反向間隙補(bǔ)償禁止1：反向間隙補(bǔ)償使能該參數(shù)一般設(shè)置為機(jī)床進(jìn)給軸（直線軸、擺動(dòng)軸或旋轉(zhuǎn)軸）在常用工作區(qū)間內(nèi)的反向間隙測量值。如果采用雙向螺距誤差補(bǔ)償，則無需進(jìn)行反向間隙補(bǔ)償，該參數(shù)可設(shè)置為0。數(shù)據(jù)單位為毫米或度。參數(shù)設(shè)置當(dāng)反向間隙較大時(shí)，通過設(shè)置該參數(shù)可將反向間隙的補(bǔ)償分散到多個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)進(jìn)行，以防止軸反向時(shí)由于補(bǔ)償造成的沖擊。如果該參數(shù)設(shè)定值大于零，則反向間隙補(bǔ)償將在Ｎ個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)完成：Ｎ＝反向間隙補(bǔ)償值／反向間隙補(bǔ)償率如果反向間隙補(bǔ)償率大于反向間隙補(bǔ)償值或設(shè)置為零，補(bǔ)償將在1個(gè)插補(bǔ)周期內(nèi)完成。

注意：將該參數(shù)設(shè)置為較小的值能夠獲得更加平穩(wěn)的補(bǔ)償效果，但是會(huì)降低反向間隙補(bǔ)償?shù)捻憫?yīng)速度。參數(shù)設(shè)置參數(shù)取值含義如下：0：螺距誤差補(bǔ)償功能禁止1：螺距誤差補(bǔ)償功能開啟，單向補(bǔ)償2：螺距誤差補(bǔ)償功能開啟，雙向補(bǔ)償該參數(shù)用于設(shè)定補(bǔ)償行程的起點(diǎn)，應(yīng)填入機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。

數(shù)據(jù)單位為毫米或度。參數(shù)設(shè)置該參數(shù)用于設(shè)定補(bǔ)償行程范圍內(nèi)的采樣補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。

注意：補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)設(shè)置為0時(shí)螺距誤差補(bǔ)償無效！對應(yīng)的螺距誤差補(bǔ)償表亦無效！該參數(shù)用于設(shè)定補(bǔ)償行程范圍內(nèi)兩相鄰采樣補(bǔ)償點(diǎn)的距離。數(shù)據(jù)單位為毫米或度。注意：補(bǔ)償點(diǎn)間