数控技术毕业设计（论文）-数控机床位置精度的检测和补偿.doc

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1、毕 业 论 文 题目：题目：数控机床位置精度的检测和补偿 姓名： 系部： 机电工程系 班级： 08 数控（2）班 学号： 指导教师： 江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区 毕 业 设 计（论文）任 务 书 机电工程系部 数控 专业 2008 级（ 2011 届）2 班 学生 题 目：数控机床位置精度的检测和补偿 专题题目 原始依据： 工作基础： 随着我国数控装备技术的发展，数控机床作为一种高精度、高效率、 稳定性强的自动化加工设备，已经成为机械行业必不可少的现代化装备。数控机床的位置 精度是影响其高精度的一个重要方面，因此有必要对数控机床进行位置精度的检测和补偿。 研究条件：计算机、与课题相

2、关的文献资料、数控机床 autoCAD2006 软件等 应用环境：数控加工中车床、铣床、加工中心 工作目的：通过对数控机床位置精度的检测和补偿研究，尽量避免在实际 加工中，问题的出现的精度问题。并能提高产品的精度及质量，并对数控加工 产生积极的指导意义的目标。 主要内容和要求： 此论文的主要研究内容是： 1） 、数控位置精度概述 数控机床的位置精度通常是指数控轴的定位精度、重复精度以及反向间隙。 定位精度是衡量数控机床性能的重要指标。数控机床位置精度，是表明所测量的机 床各运动部件在数控机床的控制下所能达到的精度。 根据实测的位置精度，可以判断出这 台机床在以后的自动加工中能达到的最好的加工精

3、度。 2） 、数控机床位置精度的检测和补偿的方法 1 目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量 原理，以激光实时波长为测量基准，有效提高了测试精度及增强了适用范围 2 通过数控系统具备的螺距补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精 度加以补偿，通常的办法是使用RENISHAW激光干涉仪检测各直线运动轴的位 置精度，然后将实测值与理论值之差值，在坐标纸上绘出双向定位精度曲线。 3） 、影响数控机床位置精度的因素 在实际工作中，由于机床床身安装的水平误差大，影响控制系统回油节流的 稳定性，导致工作台出现快速行程达不到要求或不运动，往返速度差大进而影 响工作台的定位精度。 4）

4、 、如何提高数控机床位置精度 1、反向偏差 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺服 液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的 存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反 向间隙或失动量。 2、定位精度 数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所 能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的 几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差 具有决定性的影响。 主要指标和具体要求主要指标和具体要求： :查阅课题相关文献 15 篇以上（期刊 5 篇以

5、上） ，并注明出处 :通过网络、实地考察等手段了解焊接机器人的发展现状与前景 :深入了解文献涉及的主要原理、技术方法等进行总结、归纳述评，阐明 当前有关的最先成果和动态 :考虑以较小的格式在网上发布。 日程安排： ：11 月 25 日-12 月 20 日，阅读有关文献资料，进行课题/论文调研； ：12 月 21 日-12 月 25 日，撰写选题报告； ：12 月 26 日-1 月 15 日，撰写开题报告； ：1 月 1 日-3 月 27 日，进行毕业设计，撰写设计说明或毕业论文，整理 并修改毕业设计/毕业论文，准备答辩。 : 3 月 28 日-4 月 4 月 3 日，论文审核； : 4 月，准

6、备答辩 主要参考文献和书目： 1范超毅，加工中心位置精度及其补偿方法在不同场合的应用J，机械设计与制造 2008(2) ，2528。 2陈吉红、杨克冲，数控机床实验指南M，武汉：华中科技大学出版社， 2003，203216。 3 叔子、杨克冲,机械工程控制基础M，湖北：华中科技大学出版社，2003，140一 150。 4 张剑、潘月斗、许镇琳、王天将,数控机床伺服系统高精度位置检测研究与实现J， 制造业自动化，2004(10)，26。 5 周汉辉，数控机床精度校准技术J，计量技术 2002,(2)，58-65。 6 刘焕牢、师汉民、李斌，数控机床定位误差的高精度测量及补偿技术J，组合机 床与自

7、动化加工技术2005,(1)，18-20。 7 王怀明、赵先仲、孙中文、刘新宇，数控机床位置精度的计算机辅助处理J，现代 制 造工程 2002,(9)35-36。 8 阳曼、李克天、YANG Man.LI Ke-tian ，新开“数控机床位置精度测试与补偿“实验 的探索J，广东工业大学学报(社会科学版)2005,（5）7-8。 9 高士廉，重视对数控机床位置精度的检测J，制造技术与机床 2002,(8)14。 10 邓树光，数控机床位置精度的测试与补偿J，CAD/CAM 与制造业信息，2004,(6)48- 49。 11 李玉文，数控机床回转轴位置精度的自动检测J，设备管理与维修2005,(1

8、2)7- 10。 12 于训方、李文深，数控系统的位置精度补偿制造技术与机床J，机械制造， 2003，(6)22-25。 13 李翠芝、姜增辉，SINMERIK840D 的定位精度补偿J，机械工程师 2005,(9)28- 31。 14陈国琛、汪宏强.数控机床位置精度检测与调试J.制造技术与机床.2004(05).7-8。 15姜秀丽 靳宣强. 浅析数控机床位置精度的影响因素及测定方法D. 现代制造技术 与装备，2007-6-181 指导教师签字 ： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 江 西 理 工 大 学 南 昌 校 区 毕业设计（论文）开题报告 机电工程 系 数控技术 专业 08

9、级（11 届）02 班 学生 题题 目目：数控机床位置精度的检测和补偿 本课题来源及研究现状：本课题来源及研究现状： 1)1)课题来源及意义：课题来源及意义： 随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中已得 到广泛的应用,精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高,对数控机床 的精度也提出了更高的要求。数控机床的地位精度是影响其高精度的一个重要 方面，因此有需要对数控机床进行位置精度的检测和补偿。因此对数控机床的 位置精度的检测和补偿是提高加工质量的有效途径。运用数控机床位置精度的 检测和补偿方法，不但可以提高机床精度，而且对于进一步认识数控系统功能 和数控机床结构具

10、有积极现实意义。 2)2)课题研究现状课题研究现状： 对于数控机床定位精度的检测：由于双频激光干涉仪的检测精度较高，故在国 际上常采用双频光干涉仪进行测量。鉴于国内目前双频激光干涉仪数量较少， 而由于线纹尺-显微镜法和块规法操作简单投入经费少，故国内常采用线纹尺- 显微镜法和块规法进行检测。对于数控机床位置精度的补偿，现在有机械式补 偿法，软件式补偿法，丝杆螺距误差补偿法，电气补偿法等。 课题研究目标、内容、方法和手段：课题研究目标、内容、方法和手段： 1.1.课题研究目标：课题研究目标： 针对数控机床位置精度的检测和补偿，研究其对数控机床加工过程中的影 响，对此进行解决，尽量避免此类问题的发

11、生。 2 2课题研究的内容课题研究的内容： 1） 、数控位置精度概述 数控机床的位置精度通常是指数控轴的定位精度、重复精度以及反向间隙。 定位精度是衡量数控机床性能的重要指标。数控机床位置精度，是表明所测量 的机床各运动部件在数控机床的控制下所能达到的精度。 根据实测的位置精度， 可以判断出这台机床在以后的自动加工中能达到的最好的加工精度。 2） 、数控机床位置精度的检测和补偿的方法 目前多采用双频激光干涉仪对机床检测和处理分析，利用激光干涉测量原理， 以激光实时波长为测量基准，有效提高了测试精度及增强了适用范围。检测步 骤如下：安装双频激光干涉仪；在需要测量的机床坐标轴方向上安装光学测量 装

12、置：调整激光头，使测量轴线与机床移动轴线共线或平行，即将光路预调准 直；待激光预热后输入测量参数；按规定的测量程序运动机床进行测量：数据 处理及结果输出。 通过数控系统具备的螺距补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精度 加以补偿，通常的办法是使用 RENISHAW 激光干涉仪检测各直线运动轴的位 置精度，然后将实测值与理论值之差值，在坐标纸上绘出双向定位精度曲线。 根据此曲线进行定位精度及反向间隙的补偿。 NUM 数控系统除可对线性轴进 行定位精度及反向间隙的补偿外，也可对旋转轴进行定位精度及反向间隙的补 偿。可以使用电子角度仪检测实测值与理论值的差值，同样在坐标纸上绘出双 向定位精度曲线，

13、再根据此曲线进行反向间隙及螺距误差的补偿。 3） 、影响数控机床位置精度的因素 数控机床位置误差的影响主要是工作台的定位，数控机床工作台的定位精度 是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，是数 控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的几何精度共同对机床切削 精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差具有决定性的影响。数控 机床工作台的运动一般南数控装置根据程序的坐标代码做差补运算，利用输出 的控制信号控制工作台的进给运动。在实际工作中，由于机床床身安装的水平 误差大，影响控制系统回油节流的稳定性，导致工作台出现快速行程达不到要 求或不运动，往返速度差大进而影响

14、工作台的定位精度。一台数控机床可以从 它所能达到的定位精度判断出它的加工精度，所以提高机床工作台的定位精度， 对工作台的定位精度和机床进给传动链的累积误差进行检测和补偿是保证加工 质量的必要途径。 4） 、如何提高数控机床位置精度 1、反向偏差 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、伺 服液压马达和步进电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差 的存在，造成各坐标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称 反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床, 反向偏差的存在就 会影响到机床的定位精度和重复定位精度, 从而影响产品的加工精度。如在 G0

15、1 切削运动时, 反向偏差会影响插补运动的精度, 若偏差过大就会造成“圆 不够圆，方不够方”的情形；而在 G00 快速定位运动中，反向偏差影响机床的 定位精度，使得钻孔、镗孔等孔加工时各孔间的位置精度降低。同时，随着设 备投入运行时间的增长, 反向偏差还会随因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而 增加, 因此需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。 2、定位精度 数控机床的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动所 能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床的 几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误差 具有决定性的影响。一台数控

16、机床可以从它所能达到的定位精度判出它的加工 精度，所以对数控机床的定位精度进行检测和补偿是保证加工质量的必要途径。 3.3.课题研究的方法课题研究的方法： 通过分析数控机床位置精度曲线特征和位置精度与加工精度的关系，阐述 合理的调试方法和步骤以及验收中的注意事项，说明提高数控机床的机械进给 系统精度仍然是保证数控机床位置精度的首要任务。 4.4.课题研究的手段课题研究的手段： 1、图书馆电子资源库检索并阅读相应文献资料； 2、通过工厂实践方面的观察与分析。 设计（论文）提纲及进度安排：设计（论文）提纲及进度安排： 论文提纲：论文提纲： 进度安排进度安排： 1：11 月 25 日-12 月 20

17、 日，阅读有关文献资料，进行课题调研； 2：12 月 21 日-12 月 25 日，撰写选题报告； 3：12 月 26 日-1 月 15 日，撰写开题报告； 4：1 月 1 日-3 月 27 日，进行毕业设计，实验实践的验证，撰写设计 说明整理并修改毕业设计，准备答辩。 5:3 月 28 日-4 月 4 月 3 日，论文审核； 主要参考文献和书目： 1范超毅，加工中心位置精度及其补偿方法在不同场合的应用J，机械设计与制造 2008(2) ，2528。 2陈吉红、杨克冲，数控机床实验指南M，武汉：华中科技大学出版社，2003，203 216。 3 叔子、杨克冲,机械工程控制基础M，湖北：华中科技

18、大学出版社，2003，140一 150。 4 张剑、潘月斗、许镇琳、王天将,数控机床伺服系统高精度位置检测研究与实现J， 制造业自动化，2004(10)，26。 5 周汉辉，数控机床精度校准技术J，计量技术 2002,(2)，58-65。 6 刘焕牢、师汉民、李斌，数控机床定位误差的高精度测量及补偿技术J，组合机床 与自动化加工技术2005,(1)，18-20。 7 王怀明、赵先仲、孙中文、刘新宇，数控机床位置精度的计算机辅助处理J，现代 制 造工程 2002,(9)35-36。 8 阳曼、李克天、YANG Man.LI Ke-tian ，新开“数控机床位置精度测试与补偿“实验的 探索J，广东

19、工业大学学报(社会科学版)2005,（5）7-8。 9 高士廉，重视对数控机床位置精度的检测J，制造技术与机床 2002,(8)14。 10 邓树光，数控机床位置精度的测试与补偿J，CAD/CAM 与制造业信息，2004,(6)48- 49。 11 李玉文，数控机床回转轴位置精度的自动检测J，设备管理与维修2005,(12)7-10。 12 于训方、李文深，数控系统的位置精度补偿制造技术与机床J，机械制造， 2003，(6)22-25。 13 李翠芝、姜增辉，SINMERIK840D 的定位精度补偿J，机械工程师 2005,(9)28-31。 14陈国琛、汪宏强.数控机床位置精度检测与调试J.

20、制造技术与机床.2004(05).7-8。 15姜秀丽 靳宣强. 浅析数控机床位置精度的影响因素及测定方法D. 现代制造技术与 装备，2007-6-181 指导教师审核意见： 教研室主任签字： 年 月 日 注：本表可自主延伸 摘 要 随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中 已得到广泛的应用,精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高,对数 控机床的精度也提出了更高的要求。数控机床的地位精度是影响其高精度的一 个重要方面，因此有需要对数控机床进行位置精度的检测和补偿。因此对数控 机床的位置精度的检测和补偿是提高加工质量的有效途径。运用数控机床位置 精度的检测和补偿方

21、法，不但可以提高机床精度，而且对于进一步认识数控系 统功能和数控机床结构具有积极现实意义。 关键词：位置精度；检测；补偿 AbstractAbstract Along with the rapid development of Chinas economy, nc machine tool machine tools, as a new generation in machinery has been widely applied in precision machining technology, rapid development and improvement of accuracy p

22、rocessing spare parts for CNC precision, also puts forward a higher request. Nc machine tool position precision is affecting its precision is an important aspect, therefore need to be on the nc machine tool position precision testing and compensation. So the numerically-controlled machine tools posi

23、tion precision testing and compensation is the effective way of improving processing quality. Using CNC machine position precision testing and compensation method, not only can improve machine, but also for further understanding precision CNC system function and structure of nc machine has positive

24、realistic significance. Keywords: Position precision; Detection; compensation 前言 数控机床的位置精度(主要是定位精度和重复定位精度)是影响其高精度的 一个重要方面,也是精密零件加工制造时要考虑的一个重要项目。因此对数控机 床位置精度进行检测和补偿是提高加工质量的有效途径。本论文通过误差补偿 系统对数控机床进行检测和补偿,可以使其定位精度得到提高,而且对于进一步 认识数控系统功能和数控机床结构具有积极现实的意义。 对于数控机床定位精度的检测：由于双频激光干涉仪的检测精度较高，故 在国际上常采用双频光干涉仪进行测量。鉴

25、于国内目前双频激光干涉仪数量较 少，而由于线纹尺-显微镜法和块规法操作简单投入经费少，故国内常采用线纹 尺-显微镜法和块规法进行检测。对于数控机床位置精度的补偿，现在有机械式 补偿法，软件式补偿法，丝杆螺距误差补偿法，电气补偿法等。 目目 录录 第一章 数控位置精度概述1 第二章 数控机床位置精度的检测和补偿的方法.2 2.1 数控机床位置精度测试常用的评定标准 2 2.2 重复定位精度测定的根据 2 2.3 定位精度测定的根据 2 2.4用双频激光干涉仪检测机床位置精度.2 2.5 目标位置及循环方式 3 2.6 测量方法 3 2.7 用双频激光干涉仪测量位置精度的误差来源及采取措施 5 2

26、.8反向间隙的补偿.6 2.9 误差补偿 9 第三章 影响数控机床位置精度的因素.11 3.1 定位精度 .11 3.2 反向偏差 .11 第四章 如何提高数控机床位置精度12 4.1 反向偏差的及测定补偿 .12 4.2 定位精度的测定及补偿 .14 4.3 实现数控机床自动螺距误差补偿具体步骤 .15 4.4 螺距误差补偿功能使用.25 致谢.26 参考文献.27 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 1 第一章 数控位置精度概述数控位置精度概述 数控机床的位置精度通常是指数控轴的定位精度、重复精度以及反向间 隙。定位精度是衡量数控机床性能的重要指标。数控机床位置精度，是表明所

27、 测量的机床各运动部件在数控机床的控制下所能达到的精度。 根据实测的位置 精度，可以判断出这台机床在以后的自动加工中能达到的最好的加工精度通过 数控系统具备的螺距补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精度加以补偿， 通常的办法是使用 激光干涉仪检测各直线运动轴的位置精度， 然后将实测值 与理论值之差值，在坐标纸上绘出双向定位精度曲线。根据此曲线进行定位精 度及反向间隙的补偿。 数控系统除可对线性轴行定位精度及反向间隙的补偿外， 也可对旋转轴进行定位精度及反向间隙的补偿。可以使用电子角度仪检测实测 值与理论值的差值， 同样在坐标纸上绘出双向定位精度曲线， 再根据此曲线 进行反向间隙及螺距误差的补

28、偿。 随着我国经济的飞速发展，数控机床作为新一代工作母机，在机械制造中 已得到广泛的应用，精密加工技术的迅速发展和零件加工精度的不断提高，对 数控机床的精度也提出了更高的要求。尽管用户在选购数控机床时，都十分看 重机床的位置精度，特别是各轴的定位精度和重复定位精度。但是这些使用中 的数控机床精度到底如何呢?大量统计资料表明：65.7%以上的新机床，安装时 都不符合其技术指标；90%使用中的数控机床处于失准工作状态。因此，对机床 工作状态进行监控和对机床精度进行经常的测试是非常必要的，以便及时发现 和解决问题，提高零件加工精度。 目前数控机床位置精度的检验通常采用国际标准 ISO230-2 或国

29、家标准 GB10931-89 等。同一台机床，由于采用的标准不同，所得到的位置精度也不相 同，因此在选择数控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床 的位置标准通常指各数控轴的反向偏差和定位精度。对于这二者的测定和补偿 是提高加工精度的必要途径。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 2 第二章 数控机床位置精度的检测和补偿的方法数控机床位置精度的检测和补偿的方法 数控机床的位置精度是一项很重要的技术指标，它表明所测量的机床各 运部件在数控装置控制下所能达到的准确度。也就是说根据位置误差的实测数 值，可以判断出机床以后自动加工能达到最好的工件加工水平。因此对数控机 床验收

30、和定期校准时，位置精度的检测显得尤为重要。 2.1数控机床位置精度测试常用的评定标准 位置精度主要评定项目包括：轴线的重复定位精度、轴线的定位精度和反 向差值。我国机床验收和定期校准通常采用GBT174212-2000(等同于 IS02302：1997)1国家标准评定方法。 22重复定位精度测定 目标位置的单向重复定位精度Ri或Ri及双向重复定位精度Ri： Ri=4Si和Ri=4Si Ri=2Si+2Si +Bi；Ri ；Rimax 轴线单向重复定位精度R或Ri以及双向重复定位精度尺，则有： R=Ri和R=Rimax R=Rimax 23定位精度测定 轴线单向定位精度A或A： A=Xi +2S

31、imaxXi 一2Smin 和A=Xi +2SimaxXi 一2Smin 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=Xi +2Si；Xi+2Si-Xi +2Si；Xi+2Simin 2.4用双频激光干涉仪检测机床位置精度 由于激光具有高亮度、方向性强、单色性好和相干性高的特点，使双频激 光干涉仪具有精度高、应用范围广、环境适应能力强、实时动态测速高等一系 列无可比拟的优势，且该仪器为模块化结构，安装位置灵活，便于分析机床误 差来源；测量时可以在工作部件运动过程中自动采集数据，更接近机床的实际 使用状态。因此，用双频激光干涉仪检测机床

32、位置精度是一种用传统测量手段 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 3 难以实现的技术。 2.5目标位置及循环方式 目标位置及循环方式的选择用双频激光干涉仪测量位置精度时，首先应根 据被测轴工作范围适当确定m个测量位置，每个目标位置只应随即选取，以便把 周期误差也包含在内。目标位置按下式确定： Pi=(i-1)P+r 式中：i-现行目标位置的序号； p-目标位置的间距，使测量行程内的目标位置之间有均匀的间距： R-在各目标位置取不同的值，以获得全测量行程上各目标位置的不均匀间隔， 以保证周期误差(例如滚珠丝杠导程遗迹直线或回转感应器的节距所引起的误差)被 充分地采样。 循环方式一般

33、按标准检验循环(见图2-1)在所有目标位置上进行测量。每个 目标位置在每个方向上应测量5次。每个测量循环都从固定的零点开始。当测量 开始，第一次对激光干涉仪清零后，在测量过程中不再清零，以免测量数据作 废；并且在每个循环的起点和终点处返回以前，必须先作一定距离的“超越”， 再返回原处，以保证在该循环中每个目标位置的趋近方向一致。 2.6测量方法 (1)安装双频激光干涉仪测量系统各组件，并在需测量的机床坐标轴线方向 安装光学测量装置。将反射镜置于机床运动部件的某个位置，让激光束经过反 射镜形成一束反射光，将干涉镜置于激光器与反射镜之间，形成另一or目标位 置束反射光，两束光同时进入激光器的回光孔

34、产生干 (2)调整激光头，使双频激光干涉仪的光轴与机床移动的轴线在一条直线上， 也就是将光路调准直；调整光路时先把反射镜固定好不动，调整激光器，当反 射镜在机床零位和最大位移时，使激光器发出的激光束经过反射镜反射回的反 射光都能射入激光器的回光孔内(在电脑中显示射入回光孔内的光为100时调 整完毕)，然后在激光器和反射镜之间放上干涉镜，这时激光器和反射镜都固定 不动，调整干涉镜使从干涉镜中反射回来的反射光也进入激光器的回光孔中(同 样在电脑中显示射入回光孔内的光为100时调整完毕)，此时光路已调整好。 (3)根据定义的目标位置编制循环移动程序，记录各个位置的测量值(机器 江西理工大学南昌校区

35、2011 届专科生毕业论文 4 自动记录). (4)选择所选计算标准，进行数据处理与分析，计算出机床的位置精度。测 量示意图如图2所示；用图线表示的位置精度测量结果图如图2-3所示。 图2-1 标准检测循环 2-2 激光干涉仪测量示意图 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 5 2-3 位置精度测量结果图 2.7 用双频激光干涉仪测量位置精度应考虑的误差来源及采取的措施 (1)激光波长引起的测量误差。这是因为作为长度基准的激光波长，受环境 条件和激光器本身影响而产生波动，因此用双频激光干涉仪测量时必须对激光 波长行补偿。方法是将空气温度传感器尽量安放在测量区段，以保证自动补偿 装置

36、最大限度的补偿。 (2)材料温度的影响。机床本身的温度是影响机床测试精度的最重要的误差 来源，所以在对机床进行检测时，一是尽量稳定机床的工作条件，使其接近机 床工作状态；再就是必须将材料温度传感器安放在机床有代表性(一般放在反射 镜所在的位置上)，使自动补偿装置能进行最大限度的材料补偿。 (3)死行程误差。激光测量行程的死行程区是指干涉镜至测量长度的零位之 间的距离L。(如图2-4) 4)。如果干涉镜和反射镜间没有运动，围绕激光束行程的大气压条件发生 变化，则遍于整个光路(L1+L2)的波长将发生变化。测量系统只对测程L：而不 对行程L1，的光速进行补偿，结果造成基准位置(零点)的偏移。另外机

37、床工作 台的热膨胀也会造成同样的误差。工作台的温升使干涉镜相对反射镜移动，同 样测量系统的材料温度补偿只考虑：，这也会引起零点的偏移。因此为了减 小死行程误差，必须将干涉镜尽量靠近零点。 (4)余弦误差。如果激光束和机床运动轴线没有对准，也就是测量轴线与机 床移动的轴线不平行；这时实际移动距离不等于测出的距离。其偏差值与测量 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 6 轴线与运动轴线之间夹角的余弦成比例。因此消除余弦误差的唯一方法是测量 前精确调整光路，以确保很好的对准。 (5)阿贝误差。如果在一个偏离被测位移的位置上进行测量时，部件的任何 角运动将产生一个误差，这个误差就是阿贝误差

38、。要减小阿贝误差就必须减小 阿贝偏移，也就是偏离距离。 通过数控系统具备的螺距补偿功能和反向间隙补偿功能对机床的定位精度 加以补偿，通常的办法是使用RENISHAW激光干涉仪检测各直线运动轴的位置精 度，然后将实测值与理论值之差值，在坐标纸上绘出双向定位精度曲线。根据 此曲线进 图2-4 死行程误差 行定位精度及反向间隙的补偿。NUM 数控系统除可对线性轴进行定位精度 及反向间隙的补偿外，也可对旋转轴进行定位精度及反向间隙的补偿。可以使 用电子角度仪检测实测值与理论值的差值，同样在坐标纸上绘出双向定位精度 曲线，再根据此曲线进行反向间隙及螺距误差的补偿。 2.8反向间隙的补偿 采用百分表等仪器

39、，对机床的x、y、z各轴分别进行不同长度间隔的反向间 隙测绘，记录其各轴的反向间隙数值。然后，计算出这些数值的平均数和最小 数值，再进行相应的补偿。打开num1060数控系统，在操作面板上按“f11”键， 即“UTILITY”键，进入其子菜单。选择菜单中的第0项、UTILITY 管理菜单， 进入其下一级子菜单。选择UTILITY5，即机床参数设置，在参数号P18中修改相 应轴的反向间隙。当反向差值小于零时，对机床参数P18应该轴的字补偿一个正 值；反之，则补偿一个负值。这样就完成了反向间隙的补偿。% 定位精度的补 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 7 偿数控系统的伺服控制原理如

40、图1所示。其中，位置控制是在每个采样周期内， 将插补计算出的理论位置与实际反馈位置相比较，用其差值去控制电动机。而 位置控制通常要完成各坐标方向的螺距误差补偿和反向间隙补偿，来提高定位 精度（图2-5）。 图 2-5 图2-5中，系统将轴补偿值CM加到耦合器反馈值XM上，得出机床的实际位 置M；另一方面，系统将插补器输出值XR加到轴间补偿及动态计算器输出值 CR上，得出系统的指令位置R。最后，经过计算=R-M，得出位控输出值。 NUM数控系统在定位精度补偿方面与同类数控系统相比，具有很大的优点。它 使用绝对补偿方式，系统在两个补偿点间无限细分线性插补，所以其补偿精度 以及补偿效率远高于其它使用

41、相对补偿方式只对点进行补偿的数控系统，并且 可以减少补偿点和补偿次数，有可能仅补偿一次，就可以完成全行程的定位精 度补偿。如图2-6所示的绝对补偿方式，只要对图中曲线的A、B、C三个点进行 补偿就可以校正定位精度曲线。 图2-6 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 8 误差测量是关键环节之一，误差的测量和补偿必须对同一基准点进行，一 般选取机床的回零点为补偿和测量的基准点*本系统采用步距规作为机床各轴的 位置检测元件，步距规经精密加工后，用三坐标测量机或激光干涉仪校准，校 准精度0.1um制造简单，操作方便，并且可以满足大多数数控机床的要求，特别 适用于大批量的数控机床机电联调4

42、同时可对已出厂的机床进行精度评定，生成 相应系统的误差补偿文件，修改机床螺距误差补偿表，达到提高机床精度的目 的4并已作为华中数控系统的一个功能模块，增强了数控系统的功能4步距规测 量安装见图1步距规测量误差主要由以下几方面组成：a测量基准面和步距规轴 线垂直度误差；b测量时步距规轴线和测量轴线的平行度误差，c以及由于不在 同一直线测量而引起的阿贝误差，d杠杆千分表带来的误差等4使用前需要对步 距规的规距用激光干涉仪校准，一般精度可达到3um，测量和补偿流程见图2- 7。 步距测量示意图 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 9 图2-7测量补偿过程 测量时应考虑机床参考点的偏移值

43、和机床回零后的最终运动方向。该软件 具有很好的人机对 话功能，测量参数设置后，自动生成相应的测试G代码，完成测试循环,在 此过程中需要从杠杆千分表读入数据，输入计算机，测试结束可自动输出机床 定位精度评定结果,且可生成误差补偿文件，完成螺距误差的补偿,如有必要还可 重复测试补偿后的机床精度值，下面是使用该系统进行评定和补偿的实例。 2.9误差补偿 对武汉华中数控股份有限公司生产的数10;台各类数控机床进行了应用试验， 以数控钻铣床（型号HB-XZK7532）x 轴为例说明。启动机床，进入误差补偿 测试功能模块*按提示将已知的步距规参数、测量轴名称（x）、以及要求的测 量循环次数（缺省5次）等参

44、数输入,在提示测量开始后，即可运行机床，完成 机床的精度评价，同时可对机床进行误差补偿，并给出补偿后的精度评价结果。 图2-8为机床补偿前的精度评价结果，图2-9为机床在上述测量基础上经过误差 补偿后结果，图2-8和2-9（a）图中-x为负向平均位置偏差，x为正向平均位 置偏差。 图2-8补偿前机床精度评价结果 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 10 图2-9补偿后精度评价结果 可以看出，定位精度A由0.151mm达到补偿后的0.033mm 。反向间隙b由补偿 前的0.058达到0.005mm，效果良好，足以满足普通精度级机床要求(重复定位精 度是由随机误差造成的，不在本系统补

45、偿范围；前后相差0.002mm，说明系统的 稳定性很好。大量实例表明补偿后定位精度可在0.050mm内，反向间隙在 0.009mm内，显著提高华中型数控机床的运动精度，从而提高加工精度和质量。 对系统硬件进行改进，即可实现数据自动采集、处理。同时，采用更高精度的 测量方法，就能对高精度数控机床、各类加工中心进行评价和位置精度的补偿。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 11 第三章 影响数控机床位置精度的因素影响数控机床位置精度的因素 随着机械电子技术的飞速发展，数控机床做为一种高精度、高效率的自动 化加工装备，已经成为机械行业必不可缺的现代化加工装置。在现今的机械制 造业中高加

46、工效率、降低加工成本、提高加工质量是竞争和发展的基础，而数 控机床位置精度的高低是影响其加工工件精度的一个重要因素。因而高工件的 加工精度，提高数控机床的位置精度尤为重要。分析数控机床位置精度的影响 冈素、误差的形成及补偿方法已迫在眉睫。目前数控机床位置精度的检测通常 采用国际标准IS02302或国家标准GBffl74212。同一台机床，由于采用的标 准不同，所采用的位置精度检测方法、误差补偿措施也不相同，因此在选择数 控机床的精度指标时，也要注意它所采用的标准。数控机床的位置标准通常指 各数控轴的定位精度和反向偏差。对于这二者的测定和补偿是提高加工精度的 必要途径。 3.1定位精度 定位精度

47、的影响因素数控机床位置误差的影响主要是工作台的定位，数控 机床工作台的定位精度是指所测量的机床运动部件在数控系统控制下运动 所能达到的位置精度，是数控机床有别于普通机床的一项重要精度，它与机床 的几何精度共同对机床切削精度产生重要的影响，尤其对孔隙加工中的孔距误 差具有决定性的影响。数控机床工作台的运动一般南数控装置根据程序的坐标 代码做差补运算，利用输出的控制信号控制工作台的进给运动。在实际工作中， 由于机床床身安装的水平误差大，影响控制系统回油节流的稳定性，导致工作 台出现快速行程达不到要求或不运动，往返速度差大进而影响工作台的定位精 度。一台数控机床可以从它所能达到的定位精度判断出它的加

48、工精度，所以提 高机床工作台的定度和机床进给传动链的累积误差进行检测和补偿是保证加工 质量的必要途径。 3.2反向偏差 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件(如伺服电动机、步进 电动机等)的反向死区、各机械运动传动副的反向间隙等误差的存在，造成各坐 标轴在由正向运动转为反向运动时形成反向偏差，通常也称反向间隙。而数控 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 12 机床的控制系统按照有无位置检测和反馈装置可分为开环控制系统和闭环控制 系统，其本质区别则是闭环控制系统能根据反馈信息来对各种误差起到补偿作 用，进而对机床的精度影响则会大大减小。对于采用开环伺服控制系统的数控 机床

49、，由于没有位置检测的反馈装置，控制系统得不到反馈信息，发生控制失 误脉冲，引起反向偏差，反向偏差的存在就会影响到机床的定位精度和重复定 位精度，从影响产品的加工精度。如在切削运动时，反向偏差会影响插补运动 的精度，若偏差过大就会造成“圆不够圆，方不够方”的情形；而在机床的快 速定位运动中，反向偏差影响机床的定位精度，使得钻孔、镗孑L等孔加工时各 孔间的位置精度降低。同时，随着设备投入运行时间的增长，反向偏差还会随 因磨损造成运动副间隙的逐渐增大而增加，因此需要定期对机床各坐标轴的反 向偏差进行测定和补偿。 江西理工大学南昌校区 2011 届专科生毕业论文 13 第四章 如何提高数控机床位置精度如何提高数控机床位置精度 4.1 反向偏差的测定及补偿 4.1.1 反向偏差的测定 反向偏差的测定方法：在所测量坐