數(shù)控機(jī)床位置精度測(cè)試常用的測(cè)量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)課件

數(shù)控機(jī)床位置精度測(cè)試常用的測(cè)量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)控機(jī)床位置精度測(cè)試常用1定位精度和重復(fù)定位精度的確定①GB/T12421.2-99國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)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。·實(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(cè)得的到達(dá)位置。·位置偏差Xij：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。1定位精度和重復(fù)定位精度的確定·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(cè)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(cè)量?！つ骋晃恢玫膯蜗蚱骄恢闷睢颉哼\(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↓=·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·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=↑—↓·某一位置的雙向平均位置偏差：運(yùn)動(dòng)部件從二個(gè)·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(duì)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↓：=·軸線反向差值B和軸線平均反向差值：運(yùn)動(dòng)部件沿軸通過(guò)對(duì)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↓]

通過(guò)對(duì)某一位置Pi的n次單向趨近所獲得的位置偏差標(biāo)準(zhǔn)·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(lái)確定的范圍。即A=max(I↑+2Si↑；I↓+2Si↓)－min(I↑-2Si↑；I↓-2Si↓)·軸線雙向重復(fù)定位精度R，則有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(cè)量行程范圍內(nèi)（運(yùn)動(dòng)軸）測(cè)2點(diǎn)，一次往返目標(biāo)點(diǎn)檢測(cè)（雙向）。測(cè)試后，計(jì)算出每一點(diǎn)的目標(biāo)值與實(shí)測(cè)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(cè)量行程范圍內(nèi)任取左中右三點(diǎn)，在每一點(diǎn)重復(fù)測(cè)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定位精度和重復(fù)定位精度的確定JISB6330-12定位精度測(cè)量工具和方法定位精度和重復(fù)定位精度的測(cè)量?jī)x器可以用激光干涉儀、線紋尺、步距規(guī)。其中用步距規(guī)測(cè)量定位精度因其操作簡(jiǎn)單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無(wú)論采用哪種測(cè)量?jī)x器，其在全行程上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于5點(diǎn)，測(cè)量間距按下式確定：Pi=i*P+k其中，P為測(cè)量間距；k在各目標(biāo)位置取不同的值，以獲得全測(cè)量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔，以保證周期誤差被充分采樣。2定位精度測(cè)量工具和方法①步距規(guī)測(cè)量步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：尺寸P1、P2、….Pi按100mm間距設(shè)計(jì)，加工后測(cè)量出P1、P2、….Pi的實(shí)際尺寸作為定位精度檢測(cè)時(shí)的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測(cè)量基準(zhǔn)）。以ZJK2532A銑床X軸定位精度測(cè)量為例，測(cè)量時(shí)，將步距規(guī)置于工作臺(tái)上，并將步距規(guī)軸線與X軸軸線校平行，令X軸回零；將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)），表頭接觸在P0點(diǎn)，表針置零；用程序（見(jiàn)附件一）控制工作臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖（圖2）移動(dòng)，移動(dòng)距離依次為P1、P2、….Pi，表頭則依次接觸到P1、P2、….Pi點(diǎn)，表盤(pán)在各點(diǎn)的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差，按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖測(cè)量5次，將各點(diǎn)讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中，按“2.3.4定位精度和重復(fù)定位精度的確定GB/T12421.2—99標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可確定該坐標(biāo)的定位精度和重復(fù)定位精度。

①步距規(guī)測(cè)量步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：尺寸P1、P2、…P010φ50φ80PiP2P1圖6步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖圖1步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖

位置i（m=5）i0123…m=5循環(huán)jj=1,2,..n圖7標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)循環(huán)圖圖2標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)循環(huán)圖P010φ50φ80PiP2P1圖6步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖圖1步距

②激光干涉儀測(cè)位置精度測(cè)量原理激光干涉儀一般采用的是氦氖激光器，其名義波長(zhǎng)為0.633um，其長(zhǎng)期波長(zhǎng)穩(wěn)定性高于0.1ppm。干涉技術(shù)是一種測(cè)量距離精度等于甚至高于1ppm的測(cè)量方法。其機(jī)理是：把兩束相干光波形合并相干（或引起相互干涉），其合成結(jié)果為兩個(gè)波形的相位差，用該相位差來(lái)確定兩個(gè)光波的光路差值的變化。當(dāng)兩個(gè)相干光波在相同相位時(shí)，即兩個(gè)相干光束波峰重疊，其合成結(jié)果為相長(zhǎng)干涉，其輸出波的幅值等于兩個(gè)輸入波幅值之和；當(dāng)兩個(gè)相干光波在相反相位時(shí)，即一個(gè)輸入波波峰與另一個(gè)輸入波波谷重疊時(shí)，其合成結(jié)果為相消干涉，其幅值為兩個(gè)輸入波幅值之差，因此，若兩個(gè)相干波形的相位差隨著其光程長(zhǎng)度之差逐漸變化而相應(yīng)變化時(shí)，那么合成干涉波形的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)周期性的變化，即產(chǎn)生一系列明暗相間的條紋，激光器內(nèi)的檢波器，根據(jù)記錄的條紋數(shù)來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度為條紋數(shù)乘以半波長(zhǎng)。②激光干涉儀測(cè)位置精度·測(cè)試方法首先將反射鏡置于機(jī)床的不動(dòng)的某個(gè)位置，讓激光束經(jīng)過(guò)反射鏡形成一束反射光；其次將干涉鏡置于激光器與反射鏡之間，并置于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上，形成另一束反射光，兩束光同時(shí)進(jìn)入激光器的回光孔產(chǎn)生干涉；然后根據(jù)定義的目標(biāo)位置編制循環(huán)移動(dòng)程序，記錄各個(gè)位置的測(cè)量值（機(jī)器自動(dòng)記錄）；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，計(jì)算出機(jī)床的位置精度。測(cè)量示意圖如圖3所示。

圖3激光干涉儀測(cè)量示意圖·測(cè)試方法首先將反射鏡置于機(jī)床的不動(dòng)的某個(gè)位置，4數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償原理一般來(lái)講，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)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(guò)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(cè)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(cè)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?數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償原理4.1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(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)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。4.1螺距補(bǔ)償原理↑XPiPij↑0螺矩誤差補(bǔ)償原理Pi4.2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(wú)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(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)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↑XPiPij↑0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(guò)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4.3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(duì)半閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)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(duì)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。4.3誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍4.4補(bǔ)償實(shí)例現(xiàn)以ZJK2532A數(shù)控銑鉆床的X軸為例，該機(jī)床配置華中數(shù)控世紀(jì)星系統(tǒng)。測(cè)量方法為“步距規(guī)”測(cè)量；設(shè)某步距規(guī)實(shí)際尺寸為：位置P0P1P2P3P4P5實(shí)際尺寸mm0100.10200.20300.10400.20500.054.4補(bǔ)償實(shí)例位置P0P1P2P3P4P5實(shí)際尺寸mm0101、測(cè)試步驟如下：。在首次測(cè)量前，開(kāi)機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)（華中數(shù)控HNC-2000或HNC-21M），依次按“F3參數(shù)”鍵、再按“F3輸入權(quán)限”鍵進(jìn)入下一子菜單，按F1數(shù)控廠家參數(shù)，輸入數(shù)控廠家權(quán)限口令，初始口令為“NC”，回車(chē)，再按“F1參數(shù)索引”鍵，再按“F4軸補(bǔ)償參數(shù)”鍵如圖2-6所示，移動(dòng)光標(biāo)選擇“0軸”回車(chē)，即進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)界面如圖2-8所示，將系統(tǒng)的反向間隙、螺距補(bǔ)償參數(shù)全部設(shè)置為零，按“Esc”鍵，界面出現(xiàn)對(duì)話框“是否保存修改參數(shù)？”，按“Y”鍵后保存修改后的參數(shù)。按“F10”鍵回到主界面，再按“Alt+X”，退出系統(tǒng)，進(jìn)入DOS狀態(tài)，按“N”回車(chē)進(jìn)入系統(tǒng)；

1、測(cè)試步驟如下：。編制步距規(guī)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)圖2所示測(cè)量循環(huán)。程序名為“OJX”；程序詳見(jiàn)附件1；將步距規(guī)實(shí)際尺寸P1、P2、….Pi填入測(cè)量程序的變量中；。將步距規(guī)置于工作臺(tái)中間位置，注意步距規(guī)的方向，P0點(diǎn)朝向X軸負(fù)向，用壓板輕輕地固定，并用百分表將步距規(guī)軸線與X軸導(dǎo)向?qū)к壭Ｆ叫?，平行度允?.02mm；。使工作臺(tái)沿X軸向回零，Y軸置于行程中間位置；將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)），表頭接觸在P0點(diǎn)，表針置零；如圖6所示。

。編制步距規(guī)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)圖2所示測(cè)量循環(huán)。程序ba圖2-6步距規(guī)安裝示意圖圖6步距規(guī)安裝示意圖

ba圖2-6步距規(guī)安裝示意圖圖6步距規(guī)安裝示意圖圖7參數(shù)索引界面圖7參數(shù)索引界面。將波段開(kāi)關(guān)置于“單段”，進(jìn)給修調(diào)置于“100%”，選擇檢測(cè)程序“OJX”，重復(fù)按“循環(huán)啟動(dòng)”，當(dāng)程序執(zhí)行到“N05”行時(shí)，將表針再次置零，再將波段開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”后，按“循環(huán)啟動(dòng)”開(kāi)始測(cè)量，在測(cè)量完成前不應(yīng)調(diào)整杠桿千分表表針。。在測(cè)量程序運(yùn)行中，當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，表頭接觸到步距規(guī)測(cè)量面，測(cè)量程序設(shè)置有暫停3秒（G04X3），此時(shí)記下表針讀數(shù)，記錄在“測(cè)試記錄表”中。例如在第一次測(cè)量，工作臺(tái)負(fù)向運(yùn)動(dòng)到P1點(diǎn)時(shí)表針讀數(shù)為“6”時(shí)，讀數(shù)“6”記錄在“P1，↑，X1”位置。如表7所示。。測(cè)量5個(gè)循環(huán)，并將讀數(shù)記錄到“測(cè)試記錄表”中。停止運(yùn)行，將表頭移開(kāi)測(cè)量面。。將波段開(kāi)關(guān)置于“單段”，進(jìn)給修調(diào)置于“100%”，選擇

2、數(shù)據(jù)處理按“定位精度和重復(fù)定位精度的確定——GB/T12421.2—99標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，先計(jì)算出“平均位置偏差”、“反向差值Bi”和“平均反向值Bi”；

3、誤差補(bǔ)償按測(cè)試步驟操作進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表，見(jiàn)表3。

2、數(shù)據(jù)處理①反向間隙補(bǔ)償

將記錄表中計(jì)算所得的軸線平均反向差值寫(xiě)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表的“反向間隙（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）”后的數(shù)據(jù)欄；②單向螺距補(bǔ)償

將“螺距補(bǔ)償類(lèi)型”設(shè)為“1”，“補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)”設(shè)為“6”，“補(bǔ)償間隔”設(shè)為“100000”，“參考點(diǎn)偏差號(hào)”為“5”；

。將“記錄表”中“平均位置偏差↑”的值填入“X軸補(bǔ)償參數(shù)表”

↑

①反向間隙補(bǔ)償表3測(cè)試記錄表

平均反向差值Bi實(shí)驗(yàn)記錄機(jī)床型號(hào)ZJK2532A測(cè)試坐標(biāo)X測(cè)試者

機(jī)床編號(hào)

測(cè)試溫度

日期

i=012345目標(biāo)位置Pi=0-100.10-200.20-300.10-400.20500.05趨近方向↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓位置j=1偏差2Xij34（μm）50

6

表3測(cè)試記錄表平均反向差值Bi實(shí)機(jī)床型號(hào)ZJK2532A平均反向差值Bi數(shù)據(jù)處理平均位置偏差123456289101112反向差值Bi

平均反向差值Bi數(shù)據(jù)處理平均位置偏差123456289101的“偏差值[]”內(nèi)；即：將↑值“1”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[5]”將↑值“3”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[4]”將↑值“5”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[3]”將↑值“7”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[2]”

將↑值“9”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[1]”將↑值“11”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[0]”的“偏差值[]”內(nèi)；即：補(bǔ)償后的參數(shù)如圖8所示。單向補(bǔ)償后，按上述測(cè)試步驟再次進(jìn)行定位精度的測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)算出X軸線單向補(bǔ)償后的定位精度和重復(fù)定位精度。③雙向螺距補(bǔ)償按“測(cè)試步驟所述步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量和處理，按下述步驟輸入補(bǔ)償參數(shù)。l

將“反向間隙”值設(shè)為“0”，“螺距補(bǔ)償類(lèi)型”設(shè)為“2”，“補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)”設(shè)為“6”，“補(bǔ)償間隔”設(shè)為“100000”，“參考點(diǎn)偏差號(hào)”為“5”l

將“記錄表”中“平均位置偏差↑”的值填入“X軸補(bǔ)償參數(shù)表”的“偏差值[]”內(nèi)；既將↑值“1”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[11]

補(bǔ)償后的參數(shù)如圖8所示。單向補(bǔ)償后，按上述測(cè)試步驟再次進(jìn)行定8系統(tǒng)軸補(bǔ)償參數(shù)界面及單向補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)設(shè)置

8系統(tǒng)軸補(bǔ)償參數(shù)界面及單向補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)設(shè)置將↑值“3”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[10]”

將↑值“5”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[9]”

將↑值“7”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[8]”

將↑值“9”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[2]”

將↑值“11”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[6]”將↓值“2”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[5]”

將↓值“4”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[4]”

將↓值“6”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[3]”將↓值“8”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[2]”

將↓值“10”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[1]”

將↓值“12”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[0]”

將↑值“3”填入“偏差值（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）[10]”雙向補(bǔ)償后的參數(shù)如下圖9所示。補(bǔ)償參數(shù)輸入完成后，按“Esc”鍵，界面出現(xiàn)對(duì)話框“是否保存修改參數(shù)？”，按“Y”鍵后保存修改后的參數(shù)。按“F10”鍵回到主界面，再按“Alt+X”，退出系統(tǒng)，進(jìn)入DOS狀態(tài)，按“N”回車(chē)進(jìn)入系統(tǒng)，償后的參數(shù)數(shù)值即開(kāi)始生效。雙向補(bǔ)償后，按測(cè)試步驟再次進(jìn)行定位精度的測(cè)量并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。計(jì)算出X軸線雙向補(bǔ)償后的定位精度和重復(fù)定位精度。

雙向補(bǔ)償后的參數(shù)如下圖9所示。圖9雙向螺距補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置圖9雙向螺距補(bǔ)償參數(shù)設(shè)置數(shù)控機(jī)床位置精度測(cè)試常用的測(cè)量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)控機(jī)床位置精度測(cè)試常用1定位精度和重復(fù)定位精度的確定①GB/T12421.2-99國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)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。·實(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(cè)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。1定位精度和重復(fù)定位精度的確定·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(cè)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(cè)量?！つ骋晃恢玫膯蜗蚱骄恢闷睢颉哼\(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↓=·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·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=↑—↓·某一位置的雙向平均位置偏差：運(yùn)動(dòng)部件從二個(gè)·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(duì)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↓：=·軸線反向差值B和軸線平均反向差值：運(yùn)動(dòng)部件沿軸通過(guò)對(duì)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↓]

通過(guò)對(duì)某一位置Pi的n次單向趨近所獲得的位置偏差標(biāo)準(zhǔn)·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(lái)確定的范圍。即A=max(I↑+2Si↑；I↓+2Si↓)－min(I↑-2Si↑；I↓-2Si↓)·軸線雙向重復(fù)定位精度R，則有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(cè)量行程范圍內(nèi)（運(yùn)動(dòng)軸）測(cè)2點(diǎn)，一次往返目標(biāo)點(diǎn)檢測(cè)（雙向）。測(cè)試后，計(jì)算出每一點(diǎn)的目標(biāo)值與實(shí)測(cè)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(cè)量行程范圍內(nèi)任取左中右三點(diǎn)，在每一點(diǎn)重復(fù)測(cè)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定位精度和重復(fù)定位精度的確定JISB6330-12定位精度測(cè)量工具和方法定位精度和重復(fù)定位精度的測(cè)量?jī)x器可以用激光干涉儀、線紋尺、步距規(guī)。其中用步距規(guī)測(cè)量定位精度因其操作簡(jiǎn)單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無(wú)論采用哪種測(cè)量?jī)x器，其在全行程上的測(cè)量點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于5點(diǎn)，測(cè)量間距按下式確定：Pi=i*P+k其中，P為測(cè)量間距；k在各目標(biāo)位置取不同的值，以獲得全測(cè)量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔，以保證周期誤差被充分采樣。2定位精度測(cè)量工具和方法①步距規(guī)測(cè)量步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：尺寸P1、P2、….Pi按100mm間距設(shè)計(jì)，加工后測(cè)量出P1、P2、….Pi的實(shí)際尺寸作為定位精度檢測(cè)時(shí)的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測(cè)量基準(zhǔn)）。以ZJK2532A銑床X軸定位精度測(cè)量為例，測(cè)量時(shí)，將步距規(guī)置于工作臺(tái)上，并將步距規(guī)軸線與X軸軸線校平行，令X軸回零；將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)），表頭接觸在P0點(diǎn)，表針置零；用程序（見(jiàn)附件一）控制工作臺(tái)按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖（圖2）移動(dòng)，移動(dòng)距離依次為P1、P2、….Pi，表頭則依次接觸到P1、P2、….Pi點(diǎn)，表盤(pán)在各點(diǎn)的讀數(shù)則為該位置的單向位置偏差，按標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)圖測(cè)量5次，將各點(diǎn)讀數(shù)（單向位置偏差）記錄在記錄表中，按“2.3.4定位精度和重復(fù)定位精度的確定GB/T12421.2—99標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可確定該坐標(biāo)的定位精度和重復(fù)定位精度。

①步距規(guī)測(cè)量步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：尺寸P1、P2、…P010φ50φ80PiP2P1圖6步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖圖1步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖

位置i（m=5）i0123…m=5循環(huán)jj=1,2,..n圖7標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)循環(huán)圖圖2標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)循環(huán)圖P010φ50φ80PiP2P1圖6步距規(guī)結(jié)構(gòu)圖圖1步距

②激光干涉儀測(cè)位置精度測(cè)量原理激光干涉儀一般采用的是氦氖激光器，其名義波長(zhǎng)為0.633um，其長(zhǎng)期波長(zhǎng)穩(wěn)定性高于0.1ppm。干涉技術(shù)是一種測(cè)量距離精度等于甚至高于1ppm的測(cè)量方法。其機(jī)理是：把兩束相干光波形合并相干（或引起相互干涉），其合成結(jié)果為兩個(gè)波形的相位差，用該相位差來(lái)確定兩個(gè)光波的光路差值的變化。當(dāng)兩個(gè)相干光波在相同相位時(shí)，即兩個(gè)相干光束波峰重疊，其合成結(jié)果為相長(zhǎng)干涉，其輸出波的幅值等于兩個(gè)輸入波幅值之和；當(dāng)兩個(gè)相干光波在相反相位時(shí)，即一個(gè)輸入波波峰與另一個(gè)輸入波波谷重疊時(shí)，其合成結(jié)果為相消干涉，其幅值為兩個(gè)輸入波幅值之差，因此，若兩個(gè)相干波形的相位差隨著其光程長(zhǎng)度之差逐漸變化而相應(yīng)變化時(shí)，那么合成干涉波形的強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)周期性的變化，即產(chǎn)生一系列明暗相間的條紋，激光器內(nèi)的檢波器，根據(jù)記錄的條紋數(shù)來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度為條紋數(shù)乘以半波長(zhǎng)。②激光干涉儀測(cè)位置精度·測(cè)試方法首先將反射鏡置于機(jī)床的不動(dòng)的某個(gè)位置，讓激光束經(jīng)過(guò)反射鏡形成一束反射光；其次將干涉鏡置于激光器與反射鏡之間，并置于機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件上，形成另一束反射光，兩束光同時(shí)進(jìn)入激光器的回光孔產(chǎn)生干涉；然后根據(jù)定義的目標(biāo)位置編制循環(huán)移動(dòng)程序，記錄各個(gè)位置的測(cè)量值（機(jī)器自動(dòng)記錄）；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，計(jì)算出機(jī)床的位置精度。測(cè)量示意圖如圖3所示。

圖3激光干涉儀測(cè)量示意圖·測(cè)試方法首先將反射鏡置于機(jī)床的不動(dòng)的某個(gè)位置，4數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償原理一般來(lái)講，數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)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(guò)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(cè)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(cè)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?數(shù)控機(jī)床軟件補(bǔ)償原理4.1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(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)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。4.1螺距補(bǔ)償原理↑XPiPij↑0螺矩誤差補(bǔ)償原理Pi4.2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(wú)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(wú)補(bǔ)償?shù)臈l件下，在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段，測(cè)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↑XPiPij↑0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(guò)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4.3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(duì)半閉環(huán)控制系統(tǒng)和開(kāi)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(duì)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。4.3誤差補(bǔ)償?shù)倪m用范圍4.4補(bǔ)償實(shí)例現(xiàn)以ZJK2532A數(shù)控銑鉆床的X軸為例，該機(jī)床配置華中數(shù)控世紀(jì)星系統(tǒng)。測(cè)量方法為“步距規(guī)”測(cè)量；設(shè)某步距規(guī)實(shí)際尺寸為：位置P0P1P2P3P4P5實(shí)際尺寸mm0100.10200.20300.10400.20500.054.4補(bǔ)償實(shí)例位置P0P1P2P3P4P5實(shí)際尺寸mm0101、測(cè)試步驟如下：。在首次測(cè)量前，開(kāi)機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)（華中數(shù)控HNC-2000或HNC-21M），依次按“F3參數(shù)”鍵、再按“F3輸入權(quán)限”鍵進(jìn)入下一子菜單，按F1數(shù)控廠家參數(shù)，輸入數(shù)控廠家權(quán)限口令，初始口令為“NC”，回車(chē)，再按“F1參數(shù)索引”鍵，再按“F4軸補(bǔ)償參數(shù)”鍵如圖2-6所示，移動(dòng)光標(biāo)選擇“0軸”回車(chē)，即進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)界面如圖2-8所示，將系統(tǒng)的反向間隙、螺距補(bǔ)償參數(shù)全部設(shè)置為零，按“Esc”鍵，界面出現(xiàn)對(duì)話框“是否保存修改參數(shù)？”，按“Y”鍵后保存修改后的參數(shù)。按“F10”鍵回到主界面，再按“Alt+X”，退出系統(tǒng)，進(jìn)入DOS狀態(tài)，按“N”回車(chē)進(jìn)入系統(tǒng)；

1、測(cè)試步驟如下：。編制步距規(guī)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)圖2所示測(cè)量循環(huán)。程序名為“OJX”；程序詳見(jiàn)附件1；將步距規(guī)實(shí)際尺寸P1、P2、….Pi填入測(cè)量程序的變量中；。將步距規(guī)置于工作臺(tái)中間位置，注意步距規(guī)的方向，P0點(diǎn)朝向X軸負(fù)向，用壓板輕輕地固定，并用百分表將步距規(guī)軸線與X軸導(dǎo)向?qū)к壭Ｆ叫校叫卸仍什?.02mm；。使工作臺(tái)沿X軸向回零，Y軸置于行程中間位置；將杠桿千分表固定在主軸箱上（不移動(dòng)），表頭接觸在P0點(diǎn)，表針置零；如圖6所示。

。編制步距規(guī)的測(cè)量程序，實(shí)現(xiàn)圖2所示測(cè)量循環(huán)。程序ba圖2-6步距規(guī)安裝示意圖圖6步距規(guī)安裝示意圖

ba圖2-6步距規(guī)安裝示意圖圖6步距規(guī)安裝示意圖圖7參數(shù)索引界面圖7參數(shù)索引界面。將波段開(kāi)關(guān)置于“單段”，進(jìn)給修調(diào)置于“100%”，選擇檢測(cè)程序“OJX”，重復(fù)按“循環(huán)啟動(dòng)”，當(dāng)程序執(zhí)行到“N05”行時(shí)，將表針再次置零，再將波段開(kāi)關(guān)置于“自動(dòng)”后，按“循環(huán)啟動(dòng)”開(kāi)始測(cè)量，在測(cè)量完成前不應(yīng)調(diào)整杠桿千分表表針。。在測(cè)量程序運(yùn)行中，當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置時(shí)，表頭接觸到步距規(guī)測(cè)量面，測(cè)量程序設(shè)置有暫停3秒（G04X3），此時(shí)記下表針讀數(shù)，記錄在“測(cè)試記錄表”中。例如在第一次測(cè)量，工作臺(tái)負(fù)向運(yùn)動(dòng)到P1點(diǎn)時(shí)表針讀數(shù)為“6”時(shí)，讀數(shù)“6”記錄在“P1，↑，X1”位置。如表7所示。。測(cè)量5個(gè)循環(huán)，并將讀數(shù)記錄到“測(cè)試記錄表”中。停止運(yùn)行，將表頭移開(kāi)測(cè)量面。。將波段開(kāi)關(guān)置于“單段”，進(jìn)給修調(diào)置于“100%”，選擇

2、數(shù)據(jù)處理按“定位精度和重復(fù)定位精度的確定——GB/T12421.2—99標(biāo)準(zhǔn)”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，先計(jì)算出“平均位置偏差”、“反向差值Bi”和“平均反向值Bi”；

3、誤差補(bǔ)償按測(cè)試步驟操作進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表，見(jiàn)表3。

2、數(shù)據(jù)處理①反向間隙補(bǔ)償

將記錄表中計(jì)算所得的軸線平均反向差值寫(xiě)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表的“反向間隙（內(nèi)部脈沖當(dāng)量）”后的數(shù)據(jù)欄；②單向螺距補(bǔ)償

將“螺距補(bǔ)償類(lèi)型”設(shè)為“1”，“補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)”設(shè)為“6”，“補(bǔ)償間隔”設(shè)為“100000”，“參考點(diǎn)偏差號(hào)”為“5”；

。將“記錄表”中“平均位置偏差↑”的值填入“X軸補(bǔ)償參數(shù)表”

↑

①反向間隙補(bǔ)償表3測(cè)試記錄表

平均反向差值Bi實(shí)驗(yàn)記錄機(jī)床型號(hào)ZJK2532A測(cè)試坐標(biāo)X測(cè)試者

機(jī)床編號(hào)

測(cè)試溫度

日期

i=012345目標(biāo)位置Pi=0-100.10-200.20-300.10-400.20500.05趨近方向↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓↑↓位置j=1