《數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用的測量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用的測量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（34頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,武漢華中數(shù)控股份有限公司,數(shù)控機(jī)床位置精度測試常用,的測量方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),1 定位精度和重復(fù)定位精度的確定,GB/T12421.2-99國家標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定方法,目標(biāo)位置P,i,：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P,ij,（i=0m，j=1n）：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。,位置偏差X,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，X,ij,=P,ij,P,i,。,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

2、X,ij,或X,ij,。,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P,i,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P,i,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。B,i,=,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B,i,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B,i,的算

3、術(shù)平均值即為軸線平均反向差值,B=max.B,i,在某一位置的單向定位標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估算值S,i,或S,i,：,=,通過對(duì)某一位置P,i,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,S,i,=,S,i,=,在某一位置的單向重復(fù)定位精度R,i,或R,i,及雙向重復(fù)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,軸線雙向重復(fù)定位精度R ，則有,R=max.R,i,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,+2 S,i,；,I,

4、+2 S,i,)min(,I,-2,S,i,；,I,-2S,i,),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.X,j,-Min.X,j,），（Max.X,j,-Min.X,j,）,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.X,i,-Min.X

5、,i,）,2 定位精度測量工具和方法,定位精度和重復(fù)定位精度的測量儀器可以用激光干涉儀、線紋尺、步距規(guī)。其中用步距規(guī)測量定位精度因其操作簡單而在批量生產(chǎn)中被廣泛采用。無論采用哪種測量儀器，其在全行程上的測量點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于5點(diǎn)，測量間距按下式確定：,P,i,=i*P+k,其中，P為測量間距；k在各目標(biāo)位置取不同的值，以獲得全測量行程上各目標(biāo)位置的不均勻間隔，以保證周期誤差被充分采樣。,步距規(guī)測量,步距規(guī)結(jié)構(gòu)如圖1所示：尺寸P,1,、P,2,、.P,i,按100mm間距設(shè)計(jì)，加工后測量出P,1,、P,2,、.P,i,的實(shí)際尺寸作為定位精度檢測時(shí)的目標(biāo)位置坐標(biāo)（測量基準(zhǔn)）。以ZJK2532A銑床X軸定

6、位精度測量為例，測量時(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P,0,點(diǎn)，表針置零；用程序（見附件一）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P,1,、P,2,、.P,i,，表頭則依次接觸到P,1,、P,2,、.P,i,點(diǎn)，表盤在各點(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/T12421.299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。,P,0,10,50,80,P,i,P,2,P,1,圖

7、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）,i 0 1 2 3 m=5,循環(huán) j,j=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,激光干涉儀測位置精度,測量原理 激光干涉儀一般采用的是氦氖激光器，其名義波長為0.633um，其長期波長穩(wěn)定性高于0.1ppm。干涉技術(shù)是一種測量距離精度等于甚至高于1ppm的測量方法。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

8、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)來測量長度，其長度為條紋數(shù)乘以半波長。,測試方法 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)位置的測量值（機(jī)器自動(dòng)記錄）；最后進(jìn)行數(shù)據(jù)

9、處理與分析，計(jì)算出機(jī)床的位置精度。測量示意圖如圖3所示。,圖3 激光干涉儀測量示意圖,4 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?。,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

10、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P,i,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P,i,，目標(biāo)實(shí)際位置為P,ij,，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P,i,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：P,ij=,P,i,+，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。,X,Pi,P,ij,0,螺矩誤差補(bǔ)償原理,P,i,4.2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

11、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P,i,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P,i,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=P,i,+,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

12、補(bǔ)償值。,工作臺(tái),0,P,i,X,L,圖5反向間隙補(bǔ)償,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。,4.4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)。測量方法為“步距規(guī)”測量；設(shè)某步距規(guī)實(shí)際尺寸為：,位置,P,0,P,1,P,2,P,3,P,4,P,5,實(shí)際尺寸mm,0,100.10,200.20,300.10,400.20,500.0

13、5,1、測試步驟如下：,。在首次測量前，開機(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，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，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”回車進(jìn)入系統(tǒng)；,。編制步距規(guī)的測量

14、程序，實(shí)現(xiàn)圖2所示測量循環(huán)。程序名為“OJX”；程序詳見附件1；將步距規(guī)實(shí)際尺寸P,1,、P,2,、.P,i,填入測量程序的變量中；,。將步距規(guī)置于工作臺(tái)中間位置，注意步距規(guī)的方向，P,0,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P,0,點(diǎn)，表針置零；如圖6所示。,b,a,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,。將波段開關(guān)置于“單段”，進(jìn)給修調(diào)置于“100%”，選擇檢測程序“OJX”，重復(fù)按“循環(huán)啟動(dòng)”，當(dāng)

15、程序執(zhí)行到“N05”行時(shí)，將表針再次置零，再將波段開關(guān)置于“自動(dòng)”后，按“循環(huán)啟動(dòng)”開始測量，在測量完成前不應(yīng)調(diào)整杠桿千分表表針。,。在測量程序運(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)測量面，測量程序設(shè)置有暫停3秒（G04X3），此時(shí)記下表針讀數(shù)，記錄在“測試記錄表”中。例如在第一次測量，工作臺(tái)負(fù)向運(yùn)動(dòng)到P,1,點(diǎn)時(shí)表針讀數(shù)為“6”時(shí)，讀數(shù)“6”記錄在“P,1,，X,1,”位置。如表7所示。,。測量5個(gè)循環(huán)，并將讀數(shù)記錄到“測試記錄表”中。停止運(yùn)行，將表頭移開測量面。,2、數(shù)據(jù)處理,按“定位精度和重復(fù)定位精度的確定 GB/T12421.299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

16、差”、“反向差值B,i,”和“平均反向值B,i,”；,3、誤差補(bǔ)償,按測試步驟操作進(jìn)入系統(tǒng)X軸補(bǔ)償參數(shù)表，見表3。,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；,單向螺距補(bǔ)償,將“螺距補(bǔ)償類型”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”,表3 測試記錄表,平均反向差值B,i,實(shí),驗(yàn),記,錄,機(jī)床型號(hào),ZJK2532A,測試坐標(biāo),X,測試者,機(jī)床編號(hào),測試溫度,日 期,i=,0,1,2,3,4,5,目標(biāo)位置P,i,=,0,-100.10,-200.20,-300.10,-400.20,500.05,趨近方向,位置 j=1,偏差 2,X,ij,3,4,（m）5,0,6,平均反向差值B,i,數(shù)據(jù)處理,平均位置偏差,1,2,3,4,5,6,2,8,9,10,11,12,反向差值B,i,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”