《机床数控改造》课件 7数控机床精度检验与补偿

,SiChuan Engineering Technical College-1959,点击添加标题,二级标题,三级标题,四级标题,*,四川工程职业技术学院,机床数控改造电子教案,数控维修教研室,点击添加标题,二级标题,三级标题,四级标题,学习单元,7,数控机床精度检验与补偿,数控机床精度的概念,测量仪器仪表,用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,定位精度的确定,学生对数控机床进行定位精度检验和螺距补偿,考核一台数控机床等级的精度组成一般来讲分为三类：,1,、几何精度,指影响机床加工精度的组成零部件的精度，包括本身的尺寸、形状精度及部件装配后的位置及相互间的运动精度，如平面度、重回度、相交度、平行度、直线度、垂直度等。,2,、位置精度,简单的讲，位置精度就是指机床刀具趋近目标位置的能力。它是通过对测量值进行数据统计分析处理后得出来的结果。一般由定位精度、重复定位精度及反向间隙三部分组成。,3,、工作精度,通过用机床加工规定的试件，对加工后的试件进行精度测量，评价是否符合规定的设计要求。,1,、数控机床精度的概念,定位精度,：定位精度是指实际位置与指令位置的一致程度,其不一致量即为定位误差其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。,重复定位精度,：它是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标,1,、数控机床精度的概念,反向间隙,：在进给轴运动方向发生改变时，机械传动系统都存在一定的间隙，这个间隙称为反向间隙，它会造成工作台定位误差，间隙太大还会造成系统振荡。,1,、数控机床精度的概念,2,、测量仪器仪表,2.1,百分表,用于测量精度要求不高的场合，用于测量反向间隙。,2.2,激光干涉仪,激光干涉仪量程大（几十米），测量精度高（,0.01,微米级）可以用于反向间隙和螺距误差。新型的激光干涉仪还具有测量机床几何误差、补偿数据自动生成和输入的功能。,2.2,激光干涉仪,2,、测量仪器仪表,2.2,激光干涉仪,2,、测量仪器仪表,2.2,激光干涉仪,2,、测量仪器仪表,激光干涉仪功能,直线定位精度、重复定位精度测量,螺距误差测试、补偿,旋转工作台测试,角度测量,直线度测量,垂直度测量,2,、测量仪器仪表,2.3,球杆仪,2,、测量仪器仪表,2.3,球杆仪,2,、测量仪器仪表,2.3,球杆仪测试系统,2,、测量仪器仪表,球杆仪功能,循圆测试提供快速且有效的方法来进行工具机循迹精度的量测。循圆测试能显示在循圆路径两轴同动的情形。当机器多轴沿着循圆轨迹移动时，任一轴会以正弦波形的加速度、速度及位置变化运行。量测循圆路径资料将可显示机器移动路径与理想圆路径的偏离量，绘制出的外型将可用来诊断与伺服不匹配、背隙、反向凸波、直角度误差、周期性误差、黏滞度、机器振动的关联性。,2,、测量仪器仪表,2.3,球杆仪测试图片,2,、测量仪器仪表,2.3,球杆仪测试图片,2,、测量仪器仪表,2.4,步距规,功能：确定定位精度和重复定位精度，进行反向间隙补偿和螺距补偿,2,、测量仪器仪表,用步距规测量定位精度因其操作简单而在批量生产中被广泛采用,3.1,测量方法,步距规结构如图,1,所示：尺寸,P,1,、,P,2,、,. P,i,按,100mm,间距设计，加工后测量出,P,1,、,P,2,、,. P,i,的实际尺寸作为定位精度检测时的目标位置坐标（测量基准）。测量时，将步距规置于工作台上，并将步距规轴线与,Z,轴轴线校平行，令,Z,轴回零；将杠杆千分表固定在主轴箱上（不移动），表头接触在,P,0,点，表针置零；用程序控制工作台按标准循环图（图,2,）移动，移动距离依次为,P,1,、,P,2,、,. P,i,，表头则依次接触到,P,1,、,P,2,、,. P,i,点，表盘在各点的读数则为该位置的单向位置偏差，按标准循环图测量,5,次，将各点读数（单向位置偏差）记录在记录表中，按“,GB/T12421.299,标准”对数据进行处理，可确定该坐标的定位精度和重复定位精度。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,P,0,10,50,80,P,i,P,2,P,1,图,1,步距规结构图,位置,i,（,m=5,）,i 0 1 2 3 m=5,循环,j,j=1,2,.n,图,2,标准检验循环图,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.3,螺距补偿原理,数控机床软件补偿的基本原理是在机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置,Pi,的平均位置偏差,把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如下图所示，指令要求沿,Z,轴运动到目标位置,Pi,，目标实际位置为,Pij,该点的平均位置偏差为,将该值输入系统，则系统,CNC,在计算时自动将目标位置,Pi,的平均位置偏差叠加到插补指令上，实际运动位置为，,使误差部分抵消，实现误差的补偿。,螺距误差可进行单向和双向补偿。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.4,反向间隙补偿原理,反向间隙补偿又称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，由于反向间隙的存在，会引起伺服电机的空转，而无工作台的实际运动，又称失动。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置,Pi,的平均反向差值，作为机床的补偿参数输入系统。,CNC,系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动值，然后按指令进行运动。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,3.5,用步距规检测机床精度及进行补偿的操作步骤,以华中数控系统车床的,Z,轴定位精度测量和补偿为例，具体操作步骤如下：,（,1,）进入系统，将轴补偿参数全部清零；,（,2,）将顶尖锥面擦拭干净，分别装入主轴锥孔以及尾座锥孔内，并锁紧；,（,3,）,Z,轴回零，尾座放在离溜板箱,30MM,间隙处，锁紧尾座，,Z,轴不能移动；,（,4,）擦拭干净步距规两端顶尖孔，嵌入两端顶尖之间，转动尾座套筒，上紧步距规，并锁紧尾座套筒；,（,5,）将杠杆千分表固定在刀架上，调整杠杆千分表的位置，使之与步距规之间进出自由；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（,6,）根据步距规的实际间距数值，编写合理的数控加工程序；,（,7,）调整杠杆千分表的表头对零，自动运行程序，使,Z,轴的正反向都移动相同的数值，在换向时注意消除反向间隙；,（,8,）测量,5,个循环，并将读数记录到“实验记录表”中。停止运行，将表头移开测量面。,（,9,）按”定位精度和重复定位精度的确定,GB/T17421.299,标准”对数据进行处理，先计算出“平均位置偏差”、 “反向差值,Bi ”,和“平均反向值,Bi”,；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（,10,）误差补偿,反向间隙补偿：,将记录表中计算所得的轴线平均反向差值写入系统,Z,轴补偿参数表的“反向间隙（内部脉冲当量）”后的数据栏；一般做单向螺距补偿，如果做双向螺距补偿，该栏目填写,0,，因为双向螺距补偿已经包含了反向间隙。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,单向螺距补偿：,将“螺距补偿类型”设为“,1”,，“补偿点数”设为“,6”,，“补偿间隔” 根据步距规的实际间隔设置，“参考点偏差号” 为“,5”,；,将“记录表”中“平均位置偏差 ”的值填入“,Z,轴补偿参数表”的“偏差值,”,内；即：,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 5 ”,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 4 ”,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 3 ”,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 2 ”,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 1 ”,将 值填入“偏差值（内部脉冲当量）, 0 ”,断电保存参数；,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,（,11,）单向补偿后，按前面所述实验步骤再次进行定位精度的测量并进行数据处理。 计算出,Z,轴线单向补偿后的定位精度和重复定位精度。在实验过程中，杠杆千分表的读数是否接近于零，如果接近，表明螺距误差补偿和反向间隙补偿正确。,（,12,）填写检验报告,按指导书和检验报告要求对实验数据进行处理并填写检验报告。,3、用步距规作精度检验与螺距补偿的方法,GB/T17421.2-99,国家标准评定方法,目标位置,P,i,：,运动部件编程要达到的位置。下标,i,表示沿轴线选择的目标位置中的特定位置。,实际位置,P,ij,（,i=0m,，,j=1n,）：,运动部件第,j,次向第,i,个目标位置趋近时的实际测得的到达位置。,位置偏差,X,ij,：运动部件到达的实际位置减去目标位置之差，,X,ij,=,P,ij,P,i,。,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,单向趋近：运动部件以相同的方向沿轴线（指直线运动）或绕轴线（指旋转运动）趋近某目标位置的一系列测量。符号表示从正向趋近所得参数，符号表示从负向趋近所得参数，如,X,ij,或,X,ij,。,双向趋近： 运动部件从二个方向沿轴线或绕轴线趋近某目标位置的一系列测量。,某一位置的单向平均位置偏差或 ： 运动部件由,n,次单向趋近某一位置,P,i,所得的位置偏差的算术平均值。,=,或 ,=,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,某一位置的双向平均位置偏差 ：运动部件从二个方向趋近某一位置,P,i,所得的单向平均位置偏差 和,的算术平均值。,=,（ ,+ ,）,/2,某一位置的反向差值,Bi,：运动部件从二个方向趋近某,位置时两单向平均位置偏差之差。,B,i,= ,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,轴线反向差值,B,和轴线平均反向差值 ：运动部件沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的绝对值,B,i,中的最大值即为轴线反向差值,B,。沿轴线或绕轴线的各目标位置的反向差值的,B,i,的算术平均值即为轴线平均反向差值,B=max. B,i,在某一位置的单向定位标准不确定度的估算值,S,i,或,S,i,：,=,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,通过对某一位置,P,i,的,n,次单向趋近所获得的位置偏差标准不确定度的估算值。即,S,i,=,S,i,=,在某一位置的单向重复定位精度,R,i,或,R,i,及双向重复定位精度,R,i,R,i,=4 S,i,和,R,i,=4 S,i,R,i,=max.2 S,i,+ 2 S,i,+B,i,；,R,i,；,R,i,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,轴线双向重复定位精度,R,，则有,R=max.R,i,轴线双向定位精度,A,： 由双向定位系统偏差和双向定位标准不确定度估算值的,2,倍的组合来确定的范围。 即,A= max (,I,+2 S,i,；,I,+2 S,i,),min (,I,-2,S,i,；,I,-2S,i,),4,、,定位精度和重复定位精度的确定,定位精度和重复定位精度的确定,JISB6330-1980,标准（日本）,定位精度,A,：在测量行程范围内（运动轴）测,2,点，一次往返目标点检测（双向）。测试后，计算出每一点的目标值与实测值之差，取最大位置偏差与最小位置偏差之差除以,2,，加正负号（,）作为该轴的定位精度。即：,A=1/2,Max. ,（,Max. X,j,-Min. X,j,），（,Max. X,j,-Min. X,j,）,重复定位精度,R,：在测量行程范围内任取左中右三点，在每一点重复测试,2,次，取每点最大值最小值之差除以,2,就是重复定位精度；即,R=1/2 Max.,（,Max. X,i,- Min.X,i,）,4,、,定位精度和重复定位精度的确定,5、学生对数控机床进行定位精度检验和螺距补偿,指导老师现场指导学生用步距规对数控机床进行定位精度的检验,填写检测数据,指导学生对数据进行处理；,将处理的数据设置到数控系统参数中，对机床进行螺距补偿；,再次检测补偿后机床的定位精度,填写检验报告,位置偏差,单向平均位置偏差,标准不确定度,单向重复定位偏差,反向差值,双向重复定位精度,双向平均位置偏差,平均反向差值,