FANUC 0i D数控机床直线轴的反向间隙的检测与补偿
针对FANUC 0i D数控机床，介绍了使用步距规测量反向间隙的步骤和使用参数补偿反向间隙的方法。希望通过文章的分析，能够对相关工作提供参考。
标签：FANUC 0i D；步距规；反向间隙补偿
1 概述
数控机床的主要精度指标要求包括几何精度，位置精度和加工精度。其中位置精度主要包括定位精度和重复定位精度等，它的大小直接影响数控机床的加工精度。而数控机床位置精度误差产生的主要原因是滚珠丝杠等机械结构存在反向间隙。FANUC 0i-D数控系统可以通过参数补偿反向间隙，从而提高数控机床的定位精度和重复定位精度。
目前我国检测数控机床轴线反向间隙经常采用的标准有两个：国际标准ISO230-2：1997或国家标准GB17421.2-2000。经常采用的测量仪器有激光干涉仪和步距规。有些用户认为步距规太老旧了，激光干涉仪的精度更高，其实这是很大的误解。举例来说，直到今天，世界上最高档的数控装备当属高档三坐标测量机，如南京齿轮厂在2011年购买的一台德国莱兹公司生产的规格为3m的三坐标测量机，德国人就是用规格1m的步距规分段进行现场检验和校准的。[1]文章介绍利用步距规进行数控机床反向间隙测量的步骤和方法。
2 反向间隙的测量步骤
采用步距规和激光干涉仪检测反向间隙的步骤基本一致，即在所检测的轴线行程中记录三个以上基准位置的读数，每个位置多次测量取平均数，并将各个位置处的平均数的最大值作为反向间隙测量值。具体测量步骤如下：（1）清零1851，1852号参数后重启数控系统。（2）数控机床回参考点。（3）将步距规放置到工作台上找正。以测量X轴反向间隙为例，找正的目的就是使步距规轴线与X轴轴线平行。放置步距规之前要将步距规和工作台擦拭干净后再放置，另外杠杆百分表表杆不宜伸出过长。（4）编制数控程序按照图1标准检验循环路径移动。
图1 是GB17421.2-2000给出的标注检验循环路径。图中的步距规有8个基准位置，一共进行了五组数据的测试，每组数据包括正反两个方向的数据采集，也就是说在每一个基准位置有正反两个方向需要记录数据，共五组数据。按照国家标准GB17421.2-2000对数据处理即可得到该直线轴的反向间隙数据。
操作中要注意区分运动起始位置和基准位置。基准位置应为待检测轴线移动一定距离后的位置，即从运动起始位置开始运动一定距离后才接触基准位置，不能将起始位置作为基准位置进行测量，否则会造成较大的测量误差。FANUC 0i D 数控系统区分切削进给G01与快速进给G00时的反向间隙补偿，在编制数控程序时需要分别使用G01和G00指令编制两个检测程序。
数控机床反向间隙的测定方法 反向间隙的测定方法：在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到正确的反向偏差值。 测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。 例如，在三坐标立式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量： N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移 N20 X－50；工作台左移，消除传动间隙 N30 G04 X5；暂停以便观察
N40 Z50；Z轴抬高让开 N50 X-50：工作台左移 N60 X50：工作台右移复位 N70 Z-50：Z轴复位 N80 G04 X5：暂停以便观察 N90 M99； 需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对“反向间隙”)，因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。 回转运动轴反向偏差量的测量方法与直线轴相同，只是用于检测的仪器不同而已。
项目数控车床丝杠螺距误差的补偿 一、工作任务及目标 1．本项目的学习任务 （1）学习数控车床丝杠螺距误差的测量和计算方法； （2）学习数控车床螺距误差参数的设置方法。 2．通过此项目的学习要达到以下目标 （1）了解螺距误差补偿的必要性； （2）掌握螺距误差补偿的测量和计算方法； （3）能够正确设置螺距误差参数。 二、相关知识 滚珠丝杠螺母机构 数控机床进给传动装置一般是由电机通过联轴器带动滚珠丝杆旋转，由滚珠丝杆螺母机构将回转运动转换为直线运动。 1、滚珠丝杠螺母机构的结构 滚珠丝杠螺母机构的工作原理见图 1；在丝杠1 和螺母 4 上各加工有圆弧形螺旋槽，将它们套装起来变成螺旋形滚道，在滚道内装满滚珠 2。当丝杠相对螺母旋转时，丝杠的旋转面经滚珠推动螺母轴向移动，同时滚珠沿螺旋形滚道滚动，使丝杠和螺母之间的滑动摩擦转变为滚珠与丝杠、螺母之间的滚动摩擦。螺母螺旋槽的两端用回珠管 3 连接起来，使滚珠能够从一端重新回到另一端，构成一个闭合的循环回路。
2、进给传动误差 螺距误差：丝杠导程的实际值与理论值的偏差。例如 PⅢ级滚珠丝杠副的螺距公差为 0.012mm/300mm。 反向间隙：即丝杠和螺母无相对转动时丝杠和螺母之间的最大窜动。由于螺母 结构本身的游隙以及其受轴向载荷后的弹性变形，滚珠丝杠螺母机构存在轴向间隙，该轴向间隙在丝杠反向转动时表现为丝杠转动α角，而螺母未移动，则形成了反向间隙。为了保证丝杠和螺母之间的灵活运动，必须有一定的反向间隙。但反向间隙过大将严重影响机床精度。因此数控机床进给系统所使用的滚珠丝杠副必须有可靠的轴向间隙调节机构。 图2为常用的双螺母螺纹调隙式结构，它 用平键限制了螺母在螺母座内的转动，调整时只要扮动圆螺母就能将滚珠螺母沿轴向移动一定距离，在将反向间隙减小到规定的范围后，将其锁紧。 3、电机与丝杠的联接、传动方式 直联：用联轴器将电机轴和丝杠沿轴线联接，其传动比为 1：1；该联接方式传动时无间隙； 同步带传动：同步带轮固定在电机轴和丝杠上，用同步带传递扭矩；该传动方式传动比由同步带轮齿数比确定，传动平稳，但有传动间隙； 齿轮传动：电机通过齿轮或齿轮箱将扭矩传到丝杠，传动比可根据需要确定；该方式传递扭矩大，但有传动间隙。同步带传动、齿轮传动中的间隙是产生数控机床反向间隙差值的原因之一。 三、数控系统的半闭环控制
反向间隙加速功能调整 技术部技术支持课：徐少华、郭柯 一、反向间隙加速功能的原理 在机床进给轴的传动过程中，由于反向间隙、摩擦等因素，造成电机在反向运转时产生滞后，电机的反转滞后造成加工的延时，此时，在加工圆弧象限过渡处将会留下象限凸起的条纹。 反向间隙加速功能的原理为：将人为设定的反向间隙加速补偿量补偿至速度环积分环节的VCMD ，用以改善电机由于传动环节的影响造成的滞后，降低在反转时的位置误差。其 原理如下： 2071反向间隙加速时间 2048反向间隙加速量 在分析机床进给轴反向运转产生滞后的原因中，一方面，电机本身摩擦引起的反转延时，另一方面，机床本身的传动摩擦引起的反转延时，为了更好的补偿上面两个因素导致的反转延时，二段反向间隙加速功能分别予以针对补偿。 二段反向间隙加速功能 说明： 实际机床调试时，是否使用二段反向间隙加速功能有以下几个注意点： 1、 如果使用一段加速功能，且一段加速量设定很大值仍无补偿效果，尝试使用二段反向 间隙加速功能。 2、 线轨机床导轨传动使用滑块结构，和轨道的接触面小，机床本身的传动摩擦小，往往 使用一段加速功能即可实现反向滞后的补偿。 3、 硬轨(方轨) 机床的导轨传动使用贴塑面整体接触，和导轨的接触面大，传动摩擦相应的 就会变大，在导轨掺刮不均匀的情况下，使用一段反向间隙补偿功能，往往达不到效果，此时，可以尝试使用2 段反向间隙补偿功能。 第一段：补偿电机的反转摩擦扭距 第二段：补偿机床的摩擦扭距
二、一段反向间隙加速功能的调整 1、将机床进给轴的位置环和速度环增益调整至合理值 如果在进给轴的增益没有进行合理的调整之前，进行进给轴反向运转延时滞后调整，此时，反向间隙减速功能并不能很容易的补偿反转滞后，提高伺服轴的位置环和速度环增益，本身就是在提高伺服的响应和刚性，进而补偿反转滞后的延时影响。 故：在进行反向间隙加速补偿功能之前，务必将位置环和速度环调整至较高的稳定值，在此基础上再进行其他功能的补偿，将会很容易进行补偿。 如下图：图一为VG=150时测定的圆，图二为VG=300时测定的圆。 图一
反向间隙测试原理 当丝杠向其相反方向运动时,由于丝杠反向间隙的存在会造成一段空运转,这时丝杠转动,但工数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件（如伺服电机、步进电机等）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，通常也称为反向间隙或失动量。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。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，反向间隙的测量和补偿非常重要，需要定期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。 反向间隙的测定方法如下： 在所测量坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量此时停止位置与先前基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次)，求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向间隙测量值。在测量时一定要先移动一段距离，否则不能得到
正确的反向间隙值。 测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许，可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。 需要注意的是，在工作台不同的运行速度下所测出的结果会有所不同。一般情况下，低速的测出值要比高速的大，特别是在机床轴负荷和运动阻力较大时。低速运动时工作台运动速度较低，不易发生过冲超程(相对“反向间隙”)，因此测出值较大；在高速时，由于工作台速度较高，容易发生过冲超程，测得值偏小。
FANUC 0i-MC 数控机床反向间隙补偿方法 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部位（如伺服电动机）的反向死区，各机械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，通常称为反向间隙或矢动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向间隙的存在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。若反向间隙太大，经常在加工中出现“圆不够圆，方不够方”的废品零件。而FANUC 0i-MC半闭环数控则有相应的系统参数可实现较高精度的反向间隙补偿。即可实现切削进给和快速进给两种加工模式下的反向间隙补偿功能，从而可以提高轮廓加工和孔加工精度。 FANUC 0i-MC 数控机床反向误差测定 按以下步骤为例，说明测量切削进给方式下离机床参考点100mm位置处的间隙量。 1.机床回参考点。 2.运行程序：G01 X100. F350，使机床以切削进给速度移动到测量点。安装千分表，将刻度对0，此时机床状态如图1所示。
3.运行程序：G01 X200. F350，使机床以切削进给沿相同方向移动。此时机床状态如图2所示。 4.运行程序：G01 X100 F350，使机床以切削进给返回到测量点。此时机床状态如图3所示。 5.这时通过千分表的刻度即可读取数控机床在该位置100mm距离内的反向间隙A。 为了确保每个测量点的反向间隙尽可能准确，企业一般会对每个测量点进行7次的重复测量，然后以其平
均值作为该点的反向间隙。但由于数控机床在不同位置处的反向间隙并不是相同，也不成线性关系。因此为了能更精确的反应某机床的反向间隙，企业通常会在机床的行程中点及两端的3个位置的平均反向间隙后，取其中最大的一个反向间隙作为系统的补偿值。 设置切削进给方式下的间隙补偿量。该设置需要进入到系统参数1851号进行设置。具体设置步骤如下： 1.进入到1851参数设置页 2.进行单位换算。 参数设置的间隙补偿量单位为μm 而通常我们所测量的反向间隙单位一般为mm，因此在设置该参数时，必须进行单位转换。 3. 选择测量的轴，并输入到对应的参数中。
史上最详细的经济补偿金分段计算方法（简单易懂） 有网友问过我这样2个问题： 1、员工工资超过社平工资的3倍的，经济补偿金是不是一定不能超过12个月？ 2、一个老师讲课说：员工工资不超过社平工资的3倍，员工工作了多少年，经济补偿金就支付多少个月，比如：员工工作20年，经济补偿金就支付20个月。这个老师说的对吗？这2个问题，实质是经济补偿金如何计算的问题。 答案我就不说了，希望大家看完本文之后，可以在评论区回答你自己关于这2个问题的答案。 一、我国经济补偿金采取的是分段计算规则，具体如下： 2008年1月1日之前的工作年限，适用《劳动合同法》施行之前的规则； 2008年1月1日之后的工作年限，适用《劳动合同法》施行之后的规则。 法条链接： 《劳动合同法》 第九十七条本法施行之日存续的劳动合同在本法施行后解除或者终止，依照本法第四十六条规定应当支付经济补偿的，经济补偿年限自本法施行之日起计算；本法施行前按照当时有关规定，用人单位应当向劳动者支付经济补偿的，按照当时有关规定执行。 二、《劳动合同法》实施之前的规则（以下简称旧规则）： 法条链接： 1、《劳动法》 第二十八条用人单位依据本法第二十四条、第二十六条、第二十七条的规定解除劳动合同的，应当依照国家有关规定给予经济补偿。
[备注：第24条规定的是协商一致解除合同，第26条规定的是非过错性解除合同（即：医疗期满、不胜任工作、情势变更），第27条规定的是经济性裁员。] 《劳动法》第28条规定了单位在五种情况下（第26条规定了三种）解除合同，应当依照国家有关规定给予经济补偿。 那什么是国家的有关规定呢？ 法条链接： 《关于贯彻执行〈中华人民共和国劳动法〉若干问题的意见》 36．用人单位依据劳动法第二十四条、第二十六条、第二十七条的规定解除劳动合同，应当按照劳动法和劳动部《违反和解除劳动合同的经济补偿办法》（劳部发〔1994〕481号）支付劳动者经济补偿金。 很显然，国家有关规定就是1994年12月3日劳动部颁布的文件：《违反和解除劳动合同的经济补偿办法》 法条链接： 2、《违反和解除劳动合同的经济补偿办法》 第五条经劳动合同当事人协商一致，由用人单位解除劳动合同的，用人单位应根据劳动者在本单位工作年限，每满一年发给相当于一个月工资的经济补偿金，最多不超过十二个月。工作时间不满一年的按一年的标准发给经济补偿金。 第六条劳动者患病或者非因工负伤，经劳动鉴定委员会确认不能从事原工作、也不能从事用人单位另行安排的工作而解除劳动合同的，用人单位应按其在本单位的工作年限，每满一年发给相当于一个月工资的经济补偿金。 第七条劳动者不能胜任工作，经过培训或者调整工作岗位仍不能胜任工作，由用人单位解除劳动合同的，用人单位应按其在本单位工作的年限，工作时间每满一年，发给相当于一个
数控机床定位精度检测的方式 目前，由于数控系统功能越来越多，对每个坐喷射器标运动精度的系统误差如螺距积累误差、反向间隙误差等都可以进行系统补偿，只有随机误差没法补偿，而重复定位精度正是反映了进给驱动机构的综合随机误差，它无法用数控系统补偿来修正，当发现它超差时，只有对进给传动链进行精调修正。因此，如果允许对机床进行选择，则应选择重复定位精度高的机床为好。 1.直线运动定位精度检测 直线运动定位精度一般都在机床和工作台空载条件下进行。按国家标准和国际标准化组织的规定（ISO标准），对数控机床的检测，应以激光测量为准。在没有激光干涉仪的情况下，对于一般用户来说也可以用标准刻度尺，配以光学读数显微镜进行比较测量。但是，测量仪器精度必须比被测的精度高1~2个等级。 为了反映出多次定位中的全部误差，ISO标准规定每一个定位点按五次测量数据算平均值和散差-3散差带构成的定位点散差带。 2.直线运动重复定位精度检测 检测用的仪器与检测定位精度所用的相同。一般检测方法是在靠近各坐标行程中点及两端的任意三个位置进行测量，每个位置用快速移动定位，在凯威凯达相同条件下重复7次定位，测出停止位置数值并求出读数最大差值。以三个位置中最大一个差值的二分之一，附上正负符号，作为该坐标的重复定位精度，它是反映轴运动精度稳定性的最基本指标。 3.直线运动的原点返回精度检测 原点返回精度，实质上是该坐标轴上一个特殊点的重复定位精度，因此它的检测方法完全与重复定位精度相同。 4.直线运动的反向误差检测 直线运动的反向误差，也叫失动量，它包括该坐标轴进给传动链上驱动部位（如伺服电动机、伺趿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和弹性变形等误差的综合反映。误差越大，则定位精度和重复定位精度也越低。 反向误差的检测方法是在所测坐标轴的行程内，预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准，再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离，然后再往相反方向移动相同的距离，测量停止位置与基准位置之差。在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定（一般为7次），求出各个位置上的平均值，以所得平均值中的最大值为反向误差值。
数控机床误差分析及位置精度提高方法 发表时间：2017-08-02T14:58:21.010Z 来源：《电力设备》2017年第9期作者：魏仁进[导读] 摘要：随着科技信息化的发展，现代制造业逐渐进入高效率，高精度方向，数控机床和其他设备的性能要求也在不断增加。（航宇救生装备有限公司湖北 441003）摘要：随着科技信息化的发展，现代制造业逐渐进入高效率，高精度方向，数控机床和其他设备的性能要求也在不断增加。数控机床上生产的产品，都只是依赖于机床自身加工精度。然而在数控机加工中仍然存在许多影响，影响数控机床的加工精度有很多，使用过程中也会出现很多的不确定因素对精度造成影响。 关键词：数控机床误差；位置精度；提高方法前言： 自动化的迅猛发展和广泛应用在生产过程中进行精密加工，数控机床加工精度也在不断提升。从现状可以看出，数控机床在当前生产过程中起到的不可或缺的作用，其精度是一个衡量数控机床等级的重要指标，而误差是严重干扰数控机床精度的。因此本文主要就数控机床误差分析及位置精度提高方法进行探讨，以供参考。 一、数控机床误差分类 数控机床的误差是指的操作指令的实际作用，相比预计的结果差异的影响的程序。具体的含义是在机床实际运行中，机床工作台和刀具的运动，理想与实际情况的差异。一般数控机床主要是机床身，立柱，主轴，以及各种直线导轨和旋转轴。所有这一切部件产生的误差最后都归结都数控机床实际加工的误差。误差来源可以被划分成：①运动误差；②切削力；③测试设备误差；④热变形误差；⑤机械安装误差；⑥几何误差机床组件；⑦机器重量和负载变形引起；⑧伺服控制误差和插补算法误差；⑨刀具磨损。 二、机器上误差产生条件 2.1 静态错误 在数控机床不进行切削时，检测存在的误差，其中包括机器的几何精度和定位精度的两个元素，也就是原来的精密机床和本身重力引起的误差。 2.2 动态误差 实际切割机工件的加工条件下被实现的准确度，它是不仅准确性的原始制造商的数控机刀具相关的，如处理的记录的过程中，刀具和工件，本身的误差，但切削力时，速度和其他相关的。 2.3高频率误差：一个动态的误差，如引起的振动带来的相关误差。 2.4位置误差 在机床工作台上或工具（机床坐标系中）位置相关的误差，这是一个函数的坐标系统的位置误差可表示为E = f{x，y，z，其他}，类似的几何误差。非位置错误：与机床工作台或刀具位置无关的误差。 三、提高位置精度的主要方法 3.1误差防止法 数控机床的几何尺寸误差主要来自于机床零件的形状和装配误差，因此在机床零件的加工和装配过程中，改进工艺方法和提高零件质量，以达到减少几何误差的目的。此外，对于机床热变形误差和振动误差，通过校核数控机床结构的刚度和热传导特性可达到减少误差的目的。与普通机床相比，数控机床有插补误差和伺服误差，采用合理的插补计算和伺服控制方法，可以减少该项误差。 3.2 降低几何误差 机床组成零部件的几何误差直接影响机床的加工精度和加工工件的误差，其中机床主轴、导轨和进给系统零部件的几何精度等级影响最大。因此，可以通过提高机床组成零部件的几何精度来提高机床的加工精度。 3.3热变形解决措施 热变形误差是机床的发热部位产生热量，热量通过各种介质向外传递，导致机床关键零件变形从而产生误差。热变形误差是继几何误差之后影响机床加工精度的第二大影响因素，热变形误差补偿是提高机床精度的重要途径之一，对热变形误差补偿的研究晚于对几何尺寸误差研究，目前减小热变形误差的方法主要有硬补偿和软补偿两种方法。解决措施：减少热源和控制热流、优化机床结构设计和改善热传导性能。在精密和超精密零件加工中，这些机床的几何精度比较高，因此，降低热变形误差已经成为提高加工精度的主要途径。一方面采用空气静压轴承、磁悬浮轴承，减少摩擦，进而减少由此引起的热量；另一方面，合理布置机床结构，尽量采用对称布置，加快温度场热平衡，将相变理论应用到机床基础件的方法来减小热平衡也是近年来研究的新思路。 3.4伺服跟随误差分析 进给伺服系统是数控机床的一个重要组成部分，其性能直接影响零件的加工质量和生产效率。伺服系统静、动态特性对数控机床的定位精度、加工精度和位移速度有直接影响，对伺服系统的要求主要是精度、快速性和稳定性三个方面。数控机床伺服系统是按照数控装置的控制指令实现，由步进电动机或伺服电动机与传动机构结合来传动，因此，引起伺服系统的变化复杂，进而影响到加工误差。在数控机床的控制系统中，各坐标轴伺服系统准确跟踪数控指令的能力十分关键。由于伺服控制系统根据反馈方式不同，分为开环控制和闭环控制系统两种控制方法。目前对伺服系统跟随误差的研究主要集中在单轴伺服系统和多轴伺服系统性能的提高和改善两个方面。 3.5 插补误差分析 在数控加工过程中，对于复杂零件的加工，由于刀具运行轨迹非常复杂，计算工作量大，很难准确地满足数控加工的实时性要求。因此在实际加工中，根据加工时进给速度的要求，采用插补运算的方法，完成在起点到终点的数据点密化工作，从而形成坐标轴的运动轨迹。针对插补运算过程中存在的误差问题，采用二维非参数曲线插补算法、弧长接近参数值的五次样条曲线、二次泰勒级数展开式基础上的参数补偿等方法，来减小插补误差，提高插补计算精度。 四、数控机床误差补偿方法
数控机床各数控轴重复定位精度和反向间隙 一、重复定位精度 1、定义 重复定位精度是指机床滑板或大拖板在一定距离范围内（一般为200mm-300mm）往复运动7次千分表或激光干涉仪检测的精度。取这7次的最大差值。 2、影响因素 重复定位精度反映了伺服系统特性、进给系统的间隙与刚性以及摩擦特性等综合误差。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，是一个非常重要的精度指标。它是影响机器能力指数CMK，工序能力指数CPK的重要因素。 3、相关标准 GB/T18400.4-2010 与ISO标准相当。300毫米长度上±0.0035 JIS 日本标准 DIN 德国标准 二、重复定位精度和定位精度的区别。 定位精度指的是数控轴实际到达的位置和数控系统要求到达的位置误差。比如要求一个轴走100 mm ，结果实际上它走了100.01 多出来的0.01 就是定位精度。 重复定位指的是同一个位置多次定位过去产生的误差。比如要求一个轴走100 mm 结果第一次实际上他走了100.01 重复一次同样的动作他走了99.99 这之间的误差0.02 就是重复定位精度。 通常情况重复定位精度比定位精度要高的多。 单件生产（比如模具制造）要求机床具有较高的定位精度，大批量生产要求机床具有较高的重复定位精度 三、重复定位精度的检测方法。 有两种，一种使用激光干涉仪，一种使用千分表。 介绍千分表检测重复定位精度。
1、选取数控轴经常使用的一段长度（200~300）mm 。 2、由作业指导员按下列要求编写一段小程序： 1）设定坐标轴的起点 2）坐标轴以工进速度（300米/分）往前走200或300mm 。 3）停住3秒。（便于观察千分表） 4）返回起点 5）重复上述步骤共7次。 程序如下：（以X 轴为例） G91 X0 G01 X300. F300 G04 X3. G01 X0 M99 3、作业指导员运行先单节运行小程序，确认程序无误。 4、在停止的位置安装好千分表，并将千分表置零。 5、回到程序起点。 6、自动运行小程序，在暂停时观察千分表的读数并做好记录。 7、7次读数的最大差值即为该轴的重复定位精度。 四、重复定位误差超差处理对策： 1、当超差不大时如 0.02/300，可用激光干涉仪自带的软件对数控系统进行补偿。 当超差较大，应进一步确认是伺服系统问题、机械间隙、刚性问题、机械阻力（发卡）问题，做出相应的对策。 五、坐标轴的综合反向间隙 （背隙）（静态反向间隙） 1、通俗地讲就是伺服电机正转后变成反转的时候，在一定的角度内，尽管电机转动，但是各传动链还要等间隙消除（受力一侧的） 以后才能带动工作台运动，这个间隙就是综合反向间隙。这个间隙是一个综合值， 它反映了丝杠螺母
2007年第26卷12月第12期机械科学与技术 M echanical Science and T echno l ogy for A erospace Eng ineer i ng D ece m be r V o.l 262007N o .12 收稿日期:2006-09-28 基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2002AA423260),国家自然科学基金项目(50672015 )和广东海洋大学自然科学基金项目(0512145, 0612003)资助 作者简介:刘焕牢(1966-),男(汉),山西,副教授,博士,h166@163.co m 数控机床几何误差特性及其测量方法研究 刘焕牢1,李 斌2,王 贵1,师汉民 2 (1广东海洋大学工程学院,湛江 524025; 2 华中科技大学国家数控系统工程研究中心,武汉 430074) 摘 要:分析了数控机床几何误差和定位误差的异同。指出了数控机床定位误差测量的前提条件 是误差值要表示为指令位置点坐标的函数,从而进一步明确了数控机床满足这一条件的基本要求。在此基础上,提出了数控机床末端定位误差的基本特性是相对性、位置依赖性、连续性。并用试验的方法验证了以上特性,为数控机床的误差测量、误差补偿提供了理论依据和实践方法。关 键 词:数控机床;几何误差;定位误差;测量误差 中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:1003-8728(2007)12-1570-04 Characteristics ofGeo m etric Errors i n a CNC M achi ne Tool and TheirM eas ure m entM et hod L i u H uan lao 1,L i B i n 2,W ang G ui 1,Sh iH an m i n 2 (1Co llege of Eng i neeri ng ,G uangdong O cean U n i versity ,Zhanji ang 524025; 2 N ationa l CNC Contro l R esearch Center ,Huazhong U ni v ers it y o f Science and T echno l ogy ,W uhan 430074) Abst ract :W e analyze t h e d ifferences and si m ilarities o f geo m etric errors and position i n g errors i n a CNC m achine too.l The analysi s i n d icates t h at the preconditi o ns for its position i n g error m easure m ent is t h at the error value shou l d be expressed as the function of the coordinates of positi o ning po i n ts ,thus i d entifying the basic requ ire m ents to be satisfied by the CNC m achine too.l Based on the analysis ,w e put for w ard the fo ll o w i n g c haracteristics of its positi o -n i n g err o rs :relati v ity ,position dependency and continu ity .M oreover ,w e do experi m ents to ver ify the above char -acteristics ,providing theo retica l basis and a practicalm ethod for the error m easure m ent and co m pensation of a CNC m ach i n e too.l K ey w ords :CNC m ach i n e too ;l geo m etric error ;position i n g err o r ;error m easure m ent 由前人的研究成果已知,几何误差和由温度引起 的误差约占机床总体误差的70%[1] 。几何误差受环境影响较小,可在较长的时间内保持稳定,重复性好,易于进行误差补偿,所以是机床误差补偿的主要研究方向[2] 。误差补偿是提高机床精度的有效方法,也取得了一定的成果,关键是误差的测量。虽然补偿方法各有不同,测量方法多种多样,为了达到误差补偿的目的,误差数值都必将和机床的指令位置对应,最终表示为机床指令位置的函数[3~5] 。因而,明确几何误差的定义、特性,有益于误差模型的建立,进一步对几何误差的补偿,无疑是非常重要的。 1 几何误差的意义 数控机床的几何误差是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所产生的机床定位误差。几何误差和定位误差是两个不同的概念,容易产生混淆。针对数控机床误差测量的一般原则,特对数控机床的几何误差和定位误差作以下说明: (1)造成定位误差的原因很多,例如由于机床结构热变形引起的定位误差、由于机床结构力变形引起的定位误差等等,本文只研究由于机床几何误差所引起的定位误差。
反向间隙的测定及补偿 任务内容 反向间隙值的测定 反向间隙的补偿 在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部位(如伺服电动机) 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，通常称为反向间隙或失动量。对于采用半闭环伺服系统的数控机床，反向间隙的存在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。若反向间隙太大，经常在加工中出现圆不够圆，方不够方的废品零件。而FANUC半闭环数控则有相应的系统参数可实现较高精度的反向间隙补偿。即可实现切削进给和快速进给两种加工模式下的反向间隙补偿功能，从而可以提高轮廓加工和定位加工的精度。 一、反向间隙值的测定 在半闭环系统中，系统接收的实际值来自于电机编码器，轴在反向运行时指令值和实际值之间会相差一个反向间隙值，这个值就是反向间隙误差值。在全闭环系统中，系统接收的实际值来自于光栅尺，实际值中已包含反向间隙，故不存在反向间隙误差。 反向间隙补偿在坐标轴处于任何方式时均有效。当系统进行了双向螺距补偿时，双向螺距补偿的值已经包含了反向间隙，此时不需设置反向间隙的补偿值。 按以下步骤为例，说明测量切削进给方式下离机床参考点100mm 位置处的间隙量。 (1) 机床回参考点。 (2) 运行程序：G01X100F350；使机床以切削进给速度移动到测量点。安装千分表，将刻度对0，此时机床状态如图1所示。 图 1 设定机床测量点的位置示意图 (3) 运行程序：G01X 200F350，使机床以切削进给沿相同方向移动。此时机床状态如图2所示。 图 2 机床沿X 轴正向移动100mm 后的位置示意图
数控机床的误差补偿 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。 一、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G01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。 （1）反向偏差的测定 反向偏差的测定方法：在所测量坐标轴的行程内, 预先向正向或反向移动一个距离并以此停止位置为基准,再在同一方向给予一定移动指令值，使之移动一段距离,然后再往相反方向移动相同的距离,测量停止位置与基准位置之差，在靠近行程的中点及两端的三个位置分别进行多次测定(一般为七次),求出各个位置上的平均值, 以所得平均值中的最大值为反向偏差测量值。在测量时一定要先移动一段距离AB段, 否则不能得到正确的反向偏差值。 测量直线运动轴的反向偏差时，测量工具通常采有千分表或百分表，若条件允许,可使用双频激光干涉仪进行测量。当采用千分表或百分表进行测量时，需要注意的是表座和表杆不要伸出过高过长，因为测量时由于悬臂较长，表座易受力移动，造成计数不准，补偿值也就不真实了。若采用编程法实现测量，则能使测量过程变得更便捷更精确。 例如，在三坐标卧式机床上测量X轴的反向偏差，可先将表压住主轴的圆柱表面，然后运行如下程序进行测量： N10 G91 G01 X50 F1000；工作台右移 N20 X－50；工作台左移，消除传动间隙 N30 G04 X5；暂停以便观察 N40 Z50；Z轴抬高让开 N50 X-50：工作台左移 N60 X50：工作台右移复位 N70 Z-50：Z轴复位 N80 G04 X5：暂停以便观察 N90 M99；
.反向间隙的补偿 首先要求机械安装完成后的反向间隙必须保证在一定范围内。反向间隙在不同速度下切换方向时的数值不同，所以反向间隙补偿时对进给和快速移动分开进行补偿，传统习惯上只是设定前者，这是不科学的。以FANUC Oi系统为例，说明如下： 参数：P1851：各轴进给时的反向间隙补偿值。 没定值：按切削进给(一般取500～1000mm/min)时检测的反向间隙值设定(用激光干涉仪测量)。 参数：P1852．各轴快速时的反向间隙补偿值。 设定值：按快速(例如10000mm/min)时检测的反向间隙值设定(用激光干涉仪测量)。 参数：P1800#4 RBK。 设定值：此位参数设定为1，则切削和快速的反向间隙可以分别生效。 2.螺距误差的补偿 数控系统一般每轴设置最大可达128点的螺距误差补偿点数。必要时，可对某轴进行补偿，一般习惯是按50mm或100mm的间隔进行补偿，为了提高精度，建议用5mm或10mm的间隔进行补偿，效果更好。 3.补偿计数器的设定 全闭环控制时，通常设定补偿计数器，以FANUCOi系统为例，说明如下：参数：P2010#5 HBBL反向问隙补偿值加到误差计数器中。 设定值：设定为0，表示为半闭环方式(标准设定)。 参数：P2010#4 HBPE螺距误差补偿值加到误差计数器中。 设定值：设定为0，表示为全闭环方式(标准设定)。 4.提高增益设定 在无振动的前提下，尽量提高位置环增益P1825，速度环增益P2043、P2045及负载惯量比P2021等参数。 游隙是滚动轴承能否正常工作的一个重要因素轴承的刚性，是指轴承产生单位变形所需力之大滚动轴承是一种精密的机械支承元件，轴承用户滚动轴承是一种精密的机械支承元件，轴承用户越南没有前段半导体晶圆厂，为了建立自有IC
数控机床误差测量与补偿 摘要：本文在分析数控加工误差来源及分类的基础上，明确了几何误差的性质、产生原因及在各类误差源中所占的比重，着重介绍了用激光干涉测量法的测量原理及特点并对其两种不同的测量 方法进行比较，最后进行误差试验，得到补偿效果。 abstract： based on the analysis of the source and classification of nc maching error， this paper clears the nature of the geometric error， the causes and its proportion in all kinds of error sources. the principle and characteristics of laser interferometry is emphatically introduced and the two different methods are compared. at last， the error measurement is conducted to get compensation efffect. 关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿 key words： nc machine tools；geometric error；error measurement；error compensation 中图分类号：tg659 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）22-0017-02 1 数控机床误差分析 1.1 误差的来源数控机床的误差来源比较复杂。机械加工的误差主要来源于机床、加工过程和检测等三个方面。如：①床身、主轴、立柱、导轨、旋转轴等机床零部件在制造过程中引入的尺寸误
数控机床几何误差及补偿方法 摘要：对数控机床几何误差产生的原因作了比较详细的分析，将系统误差的补偿方法进行了归纳，并在此基础上阐述了各类误差补偿方法的应用场合，为进一步实现机床精度的软升级打下基础。 关键词：数控机床；几何误差；误差补偿 Research on Geometric Errors and Its Compensation of CNC Mac hine Tool KE Ming-li, LIANG Yong-hui, LIU Huan-lao (Guangdong Ocean University, Zhanjiang, Guangdong 524088 , China) Abstract: Analyzed the reason why the geometric error occurs to CNC machine tool. The compensating methods of system er ror were induced in this paper. And the applicative occasion for all kinds of errors compensating method was elaborated. A foundation was built up for the CNC machine tool precis ion to further realize soft promotion. Key words: CNC machine tool; Geometric error; Error compensat ion 前言 提高机床精度有两种方法。一种是通过提高零件设计、制造和装配的水平来消除可能的误差源，称为误差防止法(error prevention)。该方法一方面主要受到加工母机精度的制约，另一方面零件质量的提高导致加工成本膨胀，致使该方法的使用受到一定限制。另一种叫误差补偿法(error compensation)，通常通过修改机床的加工指令，对机床进行误差补偿，达到理想的运动轨迹，实现机床精度的软升级。研究表明，几何误差和由温度引起的误差约占机床总体误差的70%，其中几何误差相对稳定，易于进行误差补偿。对数控机床几何误差的补偿，可以提高整个机械工业的加工水平，对促进科学技术进步，提高我国国防能力，继而极大增强我国的综合国力都具有重大意义。 1几何误差产生的原因 普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起： 1.1 机床的原始制造误差 是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差，是数控机床几何误差产生的主要原因。 1.2 机床的控制系统误差 包括机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差），数控插补算法误差。 1.3 热变形误差 由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。 1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差 包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。这种误差又称为“让刀”，它造成加工零件的形状畸变，尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时，这一误差更为严重。
数控机床几何误差及误差补偿主要技术分析 发表时间：2019-09-08T18:33:20.023Z 来源：《基层建设》2019年第18期作者：李清峰 [导读] 摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。 利戴工业技术服务（上海）有限公司上海 201807 摘要：近年来，随着技术的进步，数控机床在机械制造行业等得到了普遍应用，实现了高精度的零件加工，促进了生产的稳步进行。作为一种自动化程度较高的技术，对于机械制造行业的发展具有重要的意义。数控机床发展的过程中，几何误差的存在是制约机床发展的重要因素，不利于精密生产的实现。因此，误差补偿技术的研究具有必要性。本文从提高数控机床精度的重要性出发，分析了几何误差存在的原因与误差补偿技术，对于生产实践有着重要的意义。 关键词：数控机床；几何误差；误差测量；误差补偿 前言 数控机床发展中存在着一些几何误差，严重影响了机械制造与生产的质量，因此，需要在数控机床的应用中采用相应的误差补偿技术来应对几何误差，提高数控机床应用的水平。随着技术的发展，我国数控机床迎来了新的发展时期，各种新技术的应用，使得数控机床的自动化、现代化水平逐步提升，保证了机械制造与加工的效率，促进了机械制造与加工行业的快速发展。未来，数控机床将迎来新的发展时期，为人们的生产生活带来极大的便利。 1提高数控机床精度的重要性 与发达国家相比，我国机械制造业起步较晚，发展还不成熟，虽然经过几十年的发展，取得了一定的发展成果，但是整体发展水平较低，很多机械制造企业都为中小型企业，产能有限，生产规模较小，并且有些企业的生产技术与能力较为落后，远远不能满足行业快速发展的实际需求，这种发展不平衡使得我国机械制造业的整体发展水平较为落后。另一方面，我国技术水平不足，数控机床技术的核心技术还依旧在很多发达国家手中，这方面的自主产权不足，对于大型机械制造企业而言，数控机床技术甚至需要从国外引进，技术的落后使得我国生产的主动权不足，严重制约了机械制造业的发展。因此，高精尖数控机床技术的研究是未来我国发展的重点。 2数控机床几何误差概述 数控机床应用中常常存在几何误差，主要包括了自身设计误差、运行误差与配合误差等，这些误差严重影响了数控机床的稳定、可靠运行，使得数控机床生产的效率与质量不足，需要在设计中不断加以改进与完善。以三轴数控机床为例，当其沿着某个特定的方向进行运行时，自由度包括了六个方向上的作用力，这就导致在误差形成过程中接收到了来自这六个方向上合成的矢量，分别为三个直线度误差与三个转动误差。一般情况下，数控机床中包含了多个轴，有些数控机床结构复杂，误差分量极多，在进行误差补偿的过程中，主要考虑主方向上的误差。对于不同的数控机床，几何方向误差存在差异，在测量过程中要充分考虑机床特点，选用科学的测量仪器与测量方式，提高测量的精确性。 3引起数控机床几何误差的原因 3.1原始制造误差 数控机床在运行过程中，机床各个部件等因素所造成的运行误差就是原始制造误差，是机床几何误差产生的重要原因。具体来说，包含了控制系统误差与热变形误差等几种类型，而后者主要是由于机床运行过程中的结构热变形产生的，这些误差会对机床运行稳定性、可靠性与安全性产生极大的阻碍。 3.2工作过程中产生的误差 数控机床运行过程中，存在切削负荷，使得工机床、刀具等系统误差，一旦出现这种误差，会造成机床生产中，机械零部件畸形的概率加大，从而大大降低机床生产的效率与质量。机床运行中振动现象也会引起一定程度上的误差，由于机床生产的复杂性，工序极其繁多，一旦出现运行的不稳定，机床就会发生颤振，从而不利于生产的正常进行。 3.3检测系统存在的误差 检测系统误差主要包括了两个方面：传感器制造与安装误差，这种类型误差的存在主要是由机床零件、结构误差等引起的，直接会影响机床生产的精度，使得机械生产的精度不高，极易出现严重的质量问题。 4数控机床的误差补偿技术 4.1数控机床几何误差的测量方法 4.1.1直接测量法 这种方式主要用于机床生产中查找影响生产效率的零件，在当前的数控机床中应用较为普遍，能够提高机床生产的精度，降低生产中几何误差存在的可能性。直接测量法的误差测量精度最高，因而对于误差的控制具有重要的意义。但是这种测量方式也存在一定的局限性，主要就是在测量过程中需要进行分布测量，对于测量仪器、测量人员的专业性、技术性等具有极高的要求，且测量过程中耗时长，测量环境等的要求极高，一旦这些因素中有一种因素控制不到位，就会严重影响测量的精度。 4.1.2间接测量法 这种测量方式主要是测量机床加工零件的误差，作为评价机床精度的一种测量方式，其应用也较为广泛。数控机床几何误差测量中，间接测量主要是测量铣削加工，需要在测量过程中采用专业的仪器设备来进行加工精度的测量，从而获得所需要的精度相关参数，这种测量方式的实用性较好，主要在特定零件加工测量中应用。 4.1.3综合误差测量法 这种测量方式在应用中需要结合标准参照物或者测量仪器来获得机床工作的相关指令位置，从而通过对这些数据信息的分析，计算机床误差，依据误差的实际情况采取必要的控制措施，进而提高机床的精度。 4.2数控机床几何误差补偿技术 数控机床发展中，几何误差的存在是影响机床加工的重要因素，需要在几何误差的基础上采取必要的补偿措施，提高机床生产的精度。具体来说，误差补偿技术主要需要进行机床结构误差的分析，采取科学的测量方式，提高测量的精度。随后，测量几何误差，保证误