数控机床的螺距误差检测及补偿

FANUC系统数控车床精度的检测与补偿为了改善提高某台数控机床的位置精度，应用激光干涉仪对其定位精度和方向间隙进行了检测和补偿。

通过补偿数控机床的螺距误差最大值由原来的0.02mm降低到0.002mm。

机床的精度得到较大幅度的提高。

标签：激光干涉仪；定位精度；精度补偿1 精度检测与补偿的意义数控机床的定位精度是机床各个坐标轴在数控系统控制下达到的位置精度。

根据实测的定位精度数值，可以判断机床在加工中所能达到的最好加工精度。

同时数控机床各轴运动的准确程度，决定数控机床的定位精度，对数控加工质量至关重要。

国际标准化组织于1998年批准了“数控机床位置精度的评定”的有关标准（ISO230-2：1998）；我国制定的“数字控制机应酬位置精度的评定方法”（GB10931-89）都对其有明确的要求[2]。

现今的数控机床在检测精度时基本上都采用激光干涉仪对数控定位精度进行测量，以此来满足现今国内机床的精度要求。

在测量机床的螺距误差和进行反向间隙误差补偿时，必须要专业的人员进行操作。

2 精度检测的概念在实际中，通常对数控机床位置精度的检测和补偿主要包括直线轴定位精度、重复定位精度和反向间隙三个方面。

重复定位指的是同一个位置两次定位产生的误差。

定位精度指的是数控设备停止时实际到达的位置和要求到达的位置误差。

反向间隙是因为丝杠和丝母之间肯定存在一定的间隙，所以在正转后变换成反转的时候，在一定的角度内，尽管丝杠转动，但是丝母还要等间隙消除以后才能带动工作台运动，这个间隙就是反向间隙，但是要反映在丝杠的旋转角度上。

3 应用激光干涉仪对机床精度进行检测和补偿3.1 激光干涉仪简介激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。

目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。

激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

设备管理与维修2021翼2（上-下）数控机床定位精度的补偿方法简述闫丽娟（常德纺织机械有限公司，湖南常德415004）摘要：数控机床的定位精度在很大程度上受滚珠丝杠精度影响，提高数控机床的定位精度，能有效地改善数控机床的加工精度[1]。

介绍提高数控机床定位精度的螺距误差补偿方法，并结合实例介绍Sodick LN1W 系统的螺距误差补偿方法。

关键词：数控机床；定位精度；螺距补偿；螺距补偿实例中图分类号：TG659文献标识码：BDOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2021.02.590引言数控机床的定位精度在很大程度上受滚珠丝杠精度影响，提高数控机床的定位精度，能有效地改善数控机床的加工精度[1]。

由于数控机床的长期使用，丝杆的磨损在所难免，随着丝杆的螺距误差增大，数控机床的定位精度也会下降。

使用数控系统的“螺距误差补偿”功能，对数控机床的定位精度进行补偿，能有效改善数控机床的定位精度。

数控机床根据加工工件的精度要求，需要定期进行定位精度检测和补偿。

由于每一种数控系统都有自己独特的操作方式，所以“螺距误差补偿”的方法也不一样。

以Sodick LN1W 系统为例，简单介绍该数控系统螺距误差补偿的方法，并通过激光干涉仪进行定位精度检测及螺距误差补偿。

螺距误差补偿前应先做机床几何精度（床身水平、平行度、垂直度等）调整，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。

然后使用激光干涉仪测量定位精度及重复定位精度，对测量数据进行分析，螺补参数进行补偿，补偿生效后再测量，多次测量和补偿，直到定位精度及重复定位精度满足要求。

1数控机床螺距误差检测及补偿原理数控机床某直线轴的指令位置A ，测量系统测量的实际位置B ，将A 和B 进行比较，计算出A 和B 的误差，根据误差绘制出误差曲线。

根据数控系统要求，将误差曲线数值化，输入数控系统的螺距补偿参数。

具体操作如下：第一步检测，用测量系统测量出数控机床的位置误差；第二步补偿，利用数控系统的“螺距误差补偿”功能，通过修改参数，对误差进行补偿；第三步检测，检测补偿后效果。

数控机床定位精度的补偿方法简述北京亚崴技术服务有限责任公司路宝新由于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、稳定性强的自动化加工装备，已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。

数控机床的定位精度是影响其高精度性能的一个重要方面，因而也是数控机床验收时的一个重要项目。

利用数控系统的螺距误差补偿功能进行调整，可以大大提高数控机床的定位精度，而电气控制系统不同，其定位精度的补偿方法也不尽相同，本文将以FANUC-0系统和SIEMENS-880系统为例，简单介绍数控系统螺距误差补偿的方法。

螺距误差补偿这项工作应该是在机床几何精度(床身水平、平行度、垂直度等)调整完成后进行的，这样可以尽量减少几何精度对定位精度的影响。

另外，进行螺距误差补偿时应使用高精度的检测仪器(如激光干涉仪)，这样可以先测量再补偿，补偿后再测量，并按照相应的分析标准(如VDI3441、JIS6330、GB10931-89等)对测量数据进行分析，直到达到机床对定位精度的要求范围。

机床的螺距误差补偿功能包括线性轴和旋转轴两种方式，分别可以对直线轴和旋转工作台的定位精度进行补偿。

但有一点需要注意，就是在补偿旋转轴时应注意：在0°～360°之间各补偿点的补偿值总和应为0，以使0°和360°的绝对位置保持一致，否则旋转轴旋转角度每超过360°一次，就产生一次累积误差，从而影响机床的加工精度。

另外，螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。

所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。

所谓增量型是指以被补偿轴上相领两上补偿点间的误差差值为依据来进行补偿，而绝对型是指以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。

FANUC-0数控系统的螺距误差补偿功能是一种增量型补偿方法，FANUC-0数控系统与螺距误差补偿功能有关的参数如下：7654321076543210PML2和PML1的组合决定误差补偿倍率，它对X、Y、Z和第四轴有效。

机械 2006年第1期 总第33卷 金属加工 ·41·———————————————收稿日期：2005－10－30作者简介：张文俊，鄂东职业技术学院数控实训中心主任。

主要研究方向：CAD/CAM ，数控机床。

数控机床螺距误差的测定与补偿张文俊（鄂东职业技术学院，湖北 黄冈 438000）摘要：介绍了华中数控机床螺距误差的测定程序，并给出了相应的补偿办法。

关键词：螺距误差；测定；补偿中图分类号：TG659 文献标识码：B 文章编号：1006－0316（2006）01－0041－02数控机床的螺距误差，即丝杠导程的实际值与理论值的偏差。

尽管数控机床采用了高精度的滚珠丝杠副，但制造误差总是存在的，因此螺距误差不可避免，这样会影响到机床的定位精度和重复定位精度。

要得到超过滚珠丝杠精度的运动精度，必须采用螺距误差补偿功能，利用数控系统对螺距误差进行补偿和修正。

必须进行数控机床螺距误差补偿的另一原因是随着数控机床投入运行时间的增长，因磨损造成的螺距误差会逐渐增大，采用螺距误差定期测定与补偿可提高机床的精度，延长机床使用寿命。

作者所在单位使用的是华中数控机床，现就根据华中数控车床给出螺距误差测定与补偿方法。

1 螺距误差补偿原理在机床坐标系中，在无补偿的条件下，于轴线测量行程内将测量行程分为若干段，测量出各目标位置P i 的平均位置偏差x i ，把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，实际运动位置为P ij =P i +x i ，使误差部分抵消，实现误差的补偿。

2 螺距误差测定程序图1为步距规结构图。

因步距规测定精度时操作简单而在批量生产中被广泛采用，本文给出利用步距规测定机床螺距误差的数控程序：%0008；文件头G92 X0 Y0 Z0；建立临时坐标（应该从参考点位置开始） WHILE[TRUE]；循环次数不限，即死循环#1=P 1输入步距规P 1点尺寸 #2=P 2；输入步距规P 2点尺寸 #3=P 3；输入步距规P 3点尺寸 #4=P 4；输入步距规P 4点尺寸区性 #5=P 5；输入步距规P 5点尺寸G90 G01 X5 F1500；X 轴正向移动5mmG01 Y15 F1500；Y 轴正向移动15mm，将表头从步距规测量面上移开N05 X0；X 轴负向移动5mm 后返回测量位置，并消除反向间隙，此时测量系统清零G01 Y0 F300；Y 轴负向移动15mm，让表头回到步距测量面 G04 X5；暂停5s，记录表针读数 G01 Y15 F1500X-#1；负向移动，使表头移动到（I=1，P i =P 1，下同）点 Y0 F300G04 X5；暂停5s，测量系统记录数据 G01 Y15 F1500X-#2；负向移动，使表头移动到P 2点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500X-#3；负向移动，使表头移动到P 3点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500X-#4；负向移动，使表头移动到P 4点Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500X-#5；负向移动，使表头移动到P 5点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500x-（#5+5）；负向移动5mm（越程） X-#5；越程后正向移动至P 5点·42· 金属加工 机械 2006年第1期 总第33卷Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500 X-#4；正向移动至P 4点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500 X-#3；正向移动至P 3点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500 X-#2；正向移动至P 2点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500 X-#1；正向移动至P 1点 Y0 F300 G04 X5 G01 Y15 F1500 X0；正向移动至P 0点 Y0 F300 G04 X5ENDW；循环程序尾 M02；程序结束图1 步距规结构图3 螺距误差的补偿方法（1）在开机后进行回零操作。

广数980tdc螺距误差补偿一、概述从数控机床诞生至今，伴随数控技术的不断发展和完善，数控机床已经成为现代制造业中不可或缺的重要设备。

而在数控机床中，螺杆传动系统是其重要的构成部分之一，而螺杆的螺距误差对数控机床的精度和工作效率有着重要的影响。

二、螺距误差的定义螺距误差是指实际螺距与理论螺距之间的差异，是螺纹加工中常见的一种误差。

在数控机床中，由于材料、热处理、加工等因素的影响，螺距误差往往会出现。

尤其是对于要求高精度的数控机床来说，螺距误差更是需要严格控制和补偿的重要因素。

三、广数980tdc螺距误差补偿的重要性广数980tdc是一种高精度、高性能的数控机床，其螺杆传动系统对螺距误差的要求更高。

螺距误差过大会导致数控机床的加工精度和稳定性遭到影响，严重影响加工质量和生产效率。

对于广数980tdc数控机床来说，螺距误差的补偿至关重要。

四、广数980tdc螺距误差的原因分析1. 加工工艺不当：螺杆的加工工艺不当可能会导致螺距误差的产生，需要严格控制加工工艺参数。

2. 材料质量不良：螺杆的材料质量不良或者热处理不合格也会导致螺距误差的出现，需要对材料质量进行严格审核和控制。

3. 设备磨损：随着使用时间的增长，螺杆传动系统的设备磨损也会导致螺距误差的增大，需要定期进行设备的检修和保养。

五、广数980tdc螺距误差补偿的方法1. 检测螺距误差：首先需要对广数980tdc数控机床的螺杆传动系统进行螺距误差的检测，确定螺距误差的实际数值。

2. 螺距误差补偿系统：根据检测结果，采用螺距误差补偿系统对数控机床进行调整，实现对螺距误差的补偿。

3. 常规维护：定期对数控机床的螺杆传动系统进行常规维护和保养，及时发现和处理潜在的螺距误差问题。

六、广数980tdc螺距误差补偿的效果与展望通过对广数980tdc数控机床的螺距误差进行补偿，可以有效提高数控机床的加工精度和稳定性，确保加工质量和生产效率。

未来，随着数控技术的不断发展，广数980tdc螺距误差补偿系统也将得到更加完善和智能化，为广数980tdc数控机床的应用带来更大的便利和价值。

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。

螺距误差测定及补偿任务内容螺距误差补偿原理VDF850加工中心螺距误差补偿数控机床以其高效高精度，正在机械制造企业中广泛应用。

目前数控机床的传动机构一般采用传动精度较高的滚珠丝杠，滚珠丝杠在生产制造时由于加工设备的精度和加工条件的变化，丝杠和螺母之间存在着误差，如螺距的轴向误差、螺纹滚道的形状误差、直径误差等。

滚珠丝杠在数控机床上进行装配时，由于采用双支撑结构，使丝杠工作载荷较大时轴向尺寸发生变化造成其螺距误差增大。

滚珠丝杠产生的传动误差在全闭环数控机床中由于检测原件（如光栅尺）检测的是机床运动部件的实际位移，将不会对机床加工精度造成影响；而对于工厂中大量使用的半闭环数控机床而言，丝杠、齿形带等机械传动造成的误差不在反馈原件检测范围内，因此若不对此类误差进行适当修正和补偿，势必影响数控机床的定位精度，造成加工质量的不稳定。

要得到高的运动精度和良好的加工质量，必须采用螺距误差补偿功能，精确测量出丝杠不同位置的误差值，利用数控系统对螺距误差进行自动补偿与修正[1]。

另外，数控机床经过长期使用，由于丝杠磨损，运动精度也会下降。

采用该功能定期检测与补偿，可以延长数控机床的使用寿命，保证加工精度。

一、螺距误差补偿原理螺距误差补偿的基本原理是在某进给轴上利用高精度位置检测仪器所测良出的位置（可作为理论位置用）与机床实际运动位置进行比较，计算出该轴全行程上的误差曲线，并将不同位置的误差值输入数控系统中。

机床在经过补偿的轴上运动时，数控系统会根据该位置的补偿数据，自动对该轴的不同位置进行误差补偿，从而减小或消除该轴该位置的定位误差。

螺距误差补偿分单向和双向补偿两种，单向补偿为补偿轴正反向移动时采用相同的数据补偿；而双向补偿为进给轴正反移动时采用不同的数据进行补偿。

由于数控机床丝杠装配时有多种反向间隙消减措施，而且大部分数控机床除了能够进行螺距误差补偿外，还可以进行反向间隙补偿，所以通常仅采用单向螺距误差补偿。

进行螺距误差补偿时应该注意的几个问题：（1）螺距误差补偿仅对定位精度进行补偿，而对重复定位精度无法补偿，而且对于重复定位精度较低的运动轴，由于无法准确确定某点位置误差，因此螺距误差补偿将不会起到预期目的。

FANUC 螺距补偿一、为什么要进行螺距误差补偿螺距误差补偿是将机床实际移动的距离与指令移动的距离之差，通过调整数控系统的参数增减指令值的脉冲数，实现机床实际移动距离与指令值相接近，以提高机床的定位精度。

螺距误差补偿只对机床补偿段起作用，在数控系统允许的范围内补偿将起到补偿作用。

二、螺距误差补偿参数螺距误差补偿是按轴进行的，与其相关的轴参数有五个：3620 各轴参考点的螺距误差补偿点号3621 为设置补偿区间内的最负点补偿点号3622 为设置补偿区间内的最正点补偿点号3623 为补偿倍率3624 为设置测量时候实际的间隔说明：1、如果需要更改参数，NC需要从新上点。

2、FANUC系统为增量补偿。

三、螺距误差补偿方法1、分配补偿点FANUC系统的补偿点共计为0—1023个点，为X、Z（Y、C）轴所共用，在车床里，我们只为XZ 两个轴设定相应的有效区间即可，我们可设置0-200号码，为X轴使用；201-400为Z轴使用；401以后为其他轴使用。

所以对应轴的参考点地址根据需要设置为相应区间的任意点。

2、设置参数说明：1、补偿点号是和机械坐标对应的，如果机械坐标改变，需要重新补偿。

2、我厂机床出厂时X轴零点为主轴中心，如果补偿10个点，有效点号为100-110；Z轴零点为卡盘端面，如果补偿15个点，有效点号为300-315。

X轴 Z轴3、3623为补偿倍率。

FANUC系统相对补偿参数限制为0—±7，所以倍率为1的情况下，如误差中有很多的+7或者-7的话说明实际补偿误差可能大于这个数值，（例如：误差可能大于±7，比如误差有8，10，-9那它也只能显示到7，7，-7，）那这个时候我们就要改倍率为2。

这时的实际补偿数值=补偿值*倍率。

3、输入补偿值通过激光干涉仪。

测得机床某个轴实际定位情况。

生成补偿值，并填入补偿值如下：X轴 Z轴填入后,复位即可生效.整个螺距补偿完毕.注意：由于FANUC系统螺距补偿是相对补偿，如果想调整单个或几个点时要从补偿起点方向开始向终止方向调整。

0引言自十八世纪中叶开启工业文明以来，制造业一直是国民经济的主体，当前，新一轮科技革命和产业变革疯狂来袭，加快了我国经济发展方式的转变，数控技术更是得到了快速发展和大量应用，对数控机床的加工精度提出了更高的要求，而螺距误差是衡量数控机床性能的一项重要指标，螺距误差的检测及补偿更是数控机床调试和维修的主要内容。

本文主要介绍使用激光干涉仪来评定数控机床的螺距误差。

1螺距误差的定义及测量意义螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差，根据实测的定位精度数值，可以判断机床在加工中所能达到的最好加工精度。

检测螺距误差是为了减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差，即提高机床的精度[1]。

2雷尼绍XL-80型激光干涉仪2.1激光干涉仪简介激光是指通过受激发射线的放射达到光的放大，雷尼绍激光干涉仪利用激光作为长度基准，激光源为Ⅱ级可见氦氖激光，波长为0.633微米，输出波形近似为正弦波，波长非常短且稳定，可满足高精度检测的需求，并且具有干涉特性，可用于数控设备的位置精度、几何精度进行精密测量[2]。

激光干涉仪基本系统包括：①XL80激光头。

XL80激光头是激光干涉仪的基础，主要作用就是发射红外线以及返收红外线供特定的软件做分析，记录相关的数据。

内含对输出光束稳频的电子线路，也可对测量光学镜产生的干涉条纹进行细分和计数处理，并通过USB 接口与计算机进行数据的通讯。

②三脚架及云台。

三脚架及云台用于安装XL80激光器，三合一体，可进行高度调整、水平平移调整、角度偏转调整、角度俯仰调整，用以充分控制XL80激光束的准直。

③XC 环境补偿单元。

众所周知，大多数金属材料具有热胀冷缩的性质，会随着温度变化膨胀或收缩，机床如果发生此类变化，会导致校准发生误差。

针对校准误差的产生，线性测量软件纳入了一种称为热膨胀补偿或“归一化”的数学修正，应用在线性激光读数上。

修正的目的是要评估在20℃的温度下执行校准时应得的激光器校准结果，通过准确测量空气温度、空气压力和相对湿度，系统会修正激光波长的标称值，得到一个真实值用于计算，进而消除因这些变化导致的任何测量误差。

2017年第6期商丘职业技术学院学报V o l .16N o .6第16卷(总第93期)J O U R N A L O FS HA N G Q I U V O C A T I O N A L A N DT E C HN I C A LC O L L E G ED e c .2017收稿日期:2017-08-29基金项目:2015年度河南省高等学校重点科研计划项目 双立柱数控镗削铲斗销孔专用机床关键部件优化设计 (15B 460009)作者简介:雷楠南(1983-),男,河南灵宝人,三门峡职业技术学院讲师,硕士,主要从事数控技术和机械设计制造研究㊂数控机床丝杠螺距误差测量及系统补偿雷楠南(三门峡职业技术学院机电工程学院,河南三门峡472000) 摘 要:基于雷尼绍X L -80激光干涉仪测量数控机床X 坐标轴的螺距误差,通过激光干涉仪及线性镜组的正确安装和光路调整㊁测量程序编制及机床实际测量,对获得的误差数据进行分析得到了误差曲线图.同时,以F A N U C 0i -D 数控系统为例,介绍了螺距误差补偿相关系统参数设置方法,将获得的误差补偿数据进行系统补偿后再次测量了螺距误差,测量结果证明机床精度有效提高. 关键词:激光干涉仪;螺距误差;F A N U C ;数控系统;误差补偿 中图分类号:T G 659文献标志码:A文章编号:1671-8127(2017)06-0089-040 引言数控机床加工精度由刀具与工件之间的相对位置决定.在影响加工精度的众多因素中,机床的动态误差是主要因素[1]20.为了提高机床的精度,在尽可能提高机床机械部件制造㊁装配精度的前提下,通常采用软件补偿方式进一步提高精度.因此,利用软件补偿方法提高机床精度只是对机床精度的小范围修正.对于数控机床而言,因为滚珠丝杠副本身的制造误差及机床装配过程中的安装误差,在数控机床调试过程中通常利用雷尼绍激光干涉仪来检测其定位精度,并通过数据分析软件对测试数据进行分析得到误差补偿数据,将误差补偿输入数控系统对机床的运动精度进行修正.此外,数控机床在使用过程中,随着使用年限的延长,丝杠的磨损必然导致机床精度的下降.在不需更换丝杠情况下提高精度,同样可利用激光干涉仪对机床进行检测得到误差补偿数据,利用数控系统通过软件补偿方法提高精度[2]90.本文讲述如何利用激光干涉仪来检测丝杠螺距误差,并通过数控系统进行误差补偿来提高机床运动精度.1 基于X L -80激光干涉仪测量丝杠螺距误差利用激光干涉仪测量数控机床丝杠螺距误差时,除了激光头之外,主要用到的是线性测量镜组.线性测量镜组包括1个分光镜和2个线性反射镜.此外,还要用到辅助装置如三脚架㊁镜组安装组件(安装杆㊁镜组夹紧块)等.在测量丝杠螺距之前,先要将激光干涉仪及测量镜组进行正确安装和激光调光.1.1 激光干涉仪及线性镜组的正确安装及调光测量数控机床各坐标轴丝杠螺距误差时,激光干涉仪及线性镜组的正确安装方法如图1所示.通常情况下,激光头一经安装调整好后,在变换测量其他坐标轴时只需调整线性镜组的安装位置即可.激光干涉仪及线性镜组安装完成后,接通激光头的电源,预热6m i n 后,通过调整光路使反射光几乎全部进入激光头的入口,即可完成对光[3]80,[4]114.文中以MV C 400数控加工中心X 坐标轴丝杠螺距误差测量为例,来说明激光干涉仪及线性镜组的正确安装及调光,如图2所示.调整光路时,首先,将反射镜靠近分光镜,调整光路,使激光头能接收到反射光;其次,再移动X 轴使反射镜远离分光镜,在X 轴行程末端的测量位置进行光路调整,使激光头能接收到反射光;再次,移动X 坐标轴,使反射镜在测量行程内移动.只有激光头在整个测量行程内都能接收到反射镜的反射光,光路的调整才算成功[5]59.1.2 丝杠螺距误差的测量程序编制R E N I S H AW 激光干涉仪在线性测量时,可以利用软件根据设定的起点㊁终点和间隔距离,自动生成测㊃98㊃商丘职业技术学院学报2017年图1 线性测量各轴时激光干涉仪及线性镜组的正确安装图2 分光镜与反射镜在近端及远端进行对光量程序.也可以在M D I 方式下手动编写程序进行测试,通过手工编制X 坐标轴的线性测量程序如下: %O 2345(R E N I S H AW L I N E A RC OM P E N S A T I O N )N 0030G 01G 98G 90G 54G 40#1=0#2=5N 0070(L O O PS T A R T )X 001.000G 04X 1.X 000.000G 04X 4.X-040.000G 04X 4.X-080.000G 04X 4.......X-720.000G 04X 4.X-721.000 G 04X 1.X-720.000G 04X 4.X-680.000G 04X 4.X-640.000G 04X 4.......X-080.000G 04X 4.X-040.000G 04X 4.X 000.000G 04X 4.#1=#1+1I F [#1N E #2]G O70M 30%1.3 数据采集及分析数据采集时,需在测量软件中设置与编程匹配的数据,如设置X 坐标轴行程720mm ,补偿间隔为40mm ,补偿起点为0.0000mm ,补偿终点为-720.0000mm ,反向间隙为0.000mm.选择双向测量X 坐标轴1次,对测量的数据进行分析得到误差曲线图如图3所示.图3 误差曲线图因为F A N U C 0i 系列数控系统螺距误差补偿为增量补偿,所以在利用雷尼绍数据分析软件进行误差数㊃09㊃第6期雷楠南:数控机床丝杠螺距误差测量及系统补偿据分析时,应设置为增量补偿方式[6]38.利用软件进行误差数据分析后获得的误差补偿数据表如表1所示.表误差补偿数据表2 F A N U C 0i -D 数控系统丝杠螺距误差补偿2.1 F A N U C 0i -D 系统螺距误差补偿参数设置对于F A N U C 0i -D系统而言,通常需要设置的相关参数有3620㊁3621㊁3622㊁3623㊁3624等[7]37.在工程实际中,通常先设置坐标轴负向最远端补偿点号3621,因X 轴为第1坐标轴,习惯性设置为0;然后设置正方向最远端的补偿点号3622,设置值为坐标轴的运动行程长度除以补偿间隔再加1.补偿点号3620参数设置值必须介于补偿点号3621与补偿点号3622参数之间.由于MV C 400数控铣床X 坐标轴行程长度为720mm ,补偿间隔取40mm ,所以可设置3624号参数为40,按表2中计算方法可知3622号参数设定值为20.补偿点号3623参数为误差补偿倍率,设置时应根据误差补偿值而定.螺距误差补偿系统参数设置值及含义见表2所示[8]125.表2 螺距误差补偿参数及设置参数号设定值设定值含义362019各轴参考点的螺距误差补偿点号码,该参数可以随意设置但设置值必须大于3621号参数设置值,且小于3622号参数设置值.36210各轴负方向最远端的螺距误差补偿点号码.362220各轴正方向最远端的螺距误差补偿点号码.设置值应大于等于(机床坐标轴行程长度/补偿间隔)+1.36231各轴螺距误差补偿倍率,F A N U C 数控系统的螺距补偿画面设置值为-7至+7之间数值,所以在设置画面上输入补偿值时应以实际补偿值除以补偿倍率进行输入.362440000各轴螺距误差补偿点的间距,本次设置为等距离间隔40000微米.11350#51补偿画面显示轴号图4 补偿之后的误差曲线图2.2 误差补偿及数据分析设置好螺距误差补偿相关系统参数后,将表1中的误差补偿数据输入到数控系统中,重新进行误差测量并分析误差数据得到误差曲线图,如图4所示.观察补偿之后的误差曲线图可知,在X 坐标轴从0移动至-720mm 行程上,误差值在-0.002mm 至-0.012mm 之间变化,误差最大值为-0.012mm.而误差补偿之前的误差曲线图3中,误差值在0至-0.045mm 之间变化,且误差值呈逐渐增大的趋势,逐渐积累增大至-0.045mm.对比误差曲线图3㊁4可知,通过丝杠螺距误差补偿,数控机床精度得到较好的提升.㊃19㊃商丘职业技术学院学报2017年3结语雷尼绍激光干涉仪由于操作简便㊁测量数据精确可靠,在数控机床制造㊁维修行业得到广泛应用[9]135.雷尼绍激光干涉仪可以快速㊁准确地测量数控机床线性误差数据,并通过数据分析软件进行数据分析得到如误差曲线图㊁误差补偿数据表等.配置F A N U C数控系统的数控机床,只要设置好螺距误差补偿相关系统参数,将误差补偿数据输入数控系统,便可完成螺距误差补偿,提高机床定位精度.但是,通过数控系统螺距误差补偿来提高机床精度的前提是误差值必须在系统能够补偿的范围之内.参考文献:[1]殷鹏飞,杨林.G C M T2500复合式数控机床的精度检测与误差补偿[J].现代制造技术与装备,2016(10).[2]王堃,孙程成,钱锋,等.基于激光干涉仪的数控机床定位精度检测与误差补偿方法[J].航空制造技术,2010(21).[3]范浩,宫德波.激光干涉仪在机床精度检测中的应用[J].科技创新导报,2014(23).[4]张建辉.激光干涉仪在提高数控机床定位精度中的应用[J].机床与液压,2011,39(04).[5]段伟飞.激光干涉仪在测量数控机床位置精度上的应用[J].科技创新与应用,2013(25).[6]陈芳.数控机床螺距误差测量与补偿[J].机床与液压,2009,37(09).[7]司卫征,周伦彬,黄志斌,等.数控机床手动补偿误差的方法研究[J].中国测试,2010,36(01).[8]黄文广,邵泽强,韩亚兰.F A N U C数控系统连接与调试[M].北京:高等教育出版社,2011.[9]程志,张翔.激光干涉仪在数控机床维修中的应用研究[J].航空制造技术,2014,445(z1).M e a s u r e m e n t o f S c r e wP i t c hE r r o r a n dS y s t e m C o m p e n s a t i o n f o rC N C M a c h i n eT o o lL E IN a n n a n(D e p a r t m e n t o f M e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,S a n m e n x i aP o l y t e c h n i c,S a n m e n x i a472000,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h i s p a p e r,t h eXa x i s p i t c he r r o r o fC N C m a c h i n e t o o l h a sb e e n m e a s u r e dw h i c hb a s e do nX L-80R e n i s h a w l a s e r i n t e r f e r o m e t e r.T h r o u g h t h ec o r r e c t i n s t a l l a t i o no f t h e l a s e r i n t e r f e r o m e t e ra n d l i n e a rm i r r o r g r o u p,o p t i c a l p a t ha d j u s t-m e n t,t h em e a s u r e m e n t p r o g r a md e s i g na n da c t u a lm e a s u r e m e n t o fm a c h i n e t o o l,t h e e r r o r c u r v eh a sb e e no b t a i n e db y a n a l y-z i n g t h e o b t a i n e de r r o r d a t a.A t t h e s a m e t i m e,t a k i n g F A N U C0i-DC N Cs y s t e ma s a n e x a m p l e,t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e p i t c h e r r o r c o m p e n s a t i o n r e l a t e d s y s t e m p a r a m e t e r s e t t i n g m e t h od,a n d t h e p i t c he r r o r o f t h e s h a f t i sm e a s u r e da g a i na f t e r t h eo b-t a i n e de r r o r c o m p e n s a t i o nd a t ah a v eb e e n c o m p e n s a t e d f o rN Cs y s t e m.T h em e a s u r e m e n t r e s u l t s s h o wt h a t t h e a c c u r a c y o f t h e m a c h i n e t o o l i s i m p r o v e de f f e c t i v e l y.K e y W o r d s:l a s e r I n t e r f e r o m e t e r;p i t c hE r r o r;F A N U C;n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e m;e r r o r c o m p e n s a t i o n[责任编辑梧桐雨]㊃29㊃。

论述螺距误差补偿机理摘要：本文主要介绍了数控机床螺距误差产生的原因、螺距误差硬件方法补偿原理、软件方法补偿原理（单向误差补偿和双向误差补偿）以及螺距误差补偿过程。

关键词：数控机床；螺距误差产生原因；螺距误差补偿原理；螺距误差补偿过程；单向误差补偿；双向误差补偿；1 螺距误差产生的原因数控机床大都采用滚珠丝杠作为机械传动部件，电机带动滚珠丝杠，将电机的旋转运动转换为直线运动。

如果滚珠丝杠没有螺距误差，则滚珠丝杠转过的角度与对应的直线位移存在线性关系。

实际上，由于制造误差和装配误差始终存在,难以达到理想的螺距精度，存在螺距误差，其反映在直线位移上也存在一定的误差，降低了机床的加工精度[1]。

数控机床的螺距误差产生原因如下[2]：1、滚珠丝杠副处在进给系统传动链的末级。

由于丝杠和螺母存在各种误差，如螺距累积误差、螺纹滚道型面误差、直径尺寸误差等(其中最主要的是丝杠的螺距累积误差造成的机床目标值偏差)；2.滚珠丝杠的装配过程中，由于采用了双支撑结，使丝杠轴向拉长，造成丝杠螺距误差增加，产生机床目标值偏差；3.机床装配过程中，由于丝杠轴线与机床导轨平行度的误差引起的机床目标值偏差。

螺距误差补偿是将机床实际移动的距离与指令移动的距离之差，通过调整数控系统的参数增减指令值的脉冲数，实现机床实际移动距离与指令值相接近，以提高机床的定位精度。

螺距误差补偿只对机床补偿段起作用，在数控系统允许的范围内补偿将起到补偿作用。

利用数控系统提供的螺距误差补偿功能，可以对螺距误差进行补偿和修正，达到提高加工精度的目的。

另外，数控机床经长时间使用后，由于磨损等原因造成精度下降，通过对机床进行周期检定和误差补偿，可在保持精度的前提下延长机床的使用寿命。

2 螺距误差补偿的方法描述对螺距误差进行补偿时，在机床的运行轨道上取若干点，通过激光干涉仪测得机床的实际定位位置，与预期设定的位置进行比较，得出偏移距离，并将其写入补偿文件中。

选取的点越多，补偿精度越高。

一、螺距误差产生原因
①滚珠丝杆副处在进给系统传动链的末级，丝杆和螺母存在各种误差，如螺距累积误差、螺纹滚道型面误差、直径尺寸误差等，其中丝杆的螺距累积误差会造成机床目标值偏差。

②滚珠丝杆在装配过程中，由于采用了双支承结构，使丝杆轴向拉长，造成丝杆螺距误差增加，产生机床目标值偏差。

③在机床装配过程中，丝杆轴线与机床导轨平行度的误差会引起机床目标值偏差。

二、螺距误差补偿的作用
螺距误差补偿通过调整数控系统的参数增减指令值的脉冲数，实现机床实际距离与指令移动距离相接近，以提高机床的定位精度。

螺距误差补偿只对机床补偿段起作用，在数控系统允许的范围内起到补偿作用。

一、反向间隙补偿在数控机床上，由于各坐标轴进给传动链上驱动部件的反向死区、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。

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。

【反向间隙的测定】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，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：N10G91G01X50F1000；工作台右移N20X－50；工作台左移，消除传动间隙N30G04X5；暂停以便观察N40Z50；Z轴抬高让开N50X-50：工作台左移N60X50：工作台右移复位N70Z-50：Z轴复位N80G04X5：暂停以便观察N90M99；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。