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全闭环数控回转轴定位精度研究

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第３ Ｏ 卷第 ｌ ２ 期
２ ０ １ ３ 年ｌ ２月
机
电
工
程
Ｖｏ １ ． ３ ０ Ｎｏ ．１ ２
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ＆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
中图分类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ １ ； Ｔ Ｂ ９ ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ５ ５ １ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — １ ４ ８ １ — ０ ４
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｐ ｏ Ｏ ｓ Ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ Ｙ ｙ ｏ Ｏ ｆ ｌ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ ｌ ｏ ｏ ｔ Ｄ ＮＣ ｒ ｏ ｔ ￣ ａ ｒ ＇ ｙ ａ ｘ ｉ ｓ
ａ ｎ ｌｙ ａ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｏ ｏｕ ｒ ｇ ｈ ｌ ｙ ， ａ ｅ ｏ ｏ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｉ ｐ ｗａ ｓ ｄ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｍａ ｈｅ ｔ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｌ ａ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｒ ｏ ｔ ａ ｒ ｙ ｘｉ ａ ｓ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ６ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ５ ５ １ ． ２ ０ １ ３ ． １ ２ ． ０ ０ ８
全 闭环数控 回转轴定位精度研究木
董维 新２ １ ０ ０ ９ ）
摘要 ：针对全闭环数控 回转轴 的关键检测元件一 圆光栅 的安装误差 引起 回转轴定位精度差 的问题 ， 基于圆光栅测量角度 的工作原 理， 分 析了圆光栅在安装时 由于光栅定位端 面的跳动误差对莫尔条纹 的影响规律 ， 推导出了相应的数学关系 ， 建立 了回转轴定位误
ＤＯＮＧ Ｗｅ ｉ －ｘ ｉ ｎ，ＹＡＯ Ｙａ ｏ
（ Ｑ ｉ ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｂ ａ ｌｉ ７ ２ １ ０ ０ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｏ ｒ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｒ ｏ ｔ ａ ｒ ｙ ａ ｘ ｉ ｓ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｏ ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｈ ｅ ｋ ｅ ｙ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｉｎ ｒ ｇ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ — ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ — ｌ ｏ ｏ ｐ ＮＣ ｒ ｏ ｔ ａ ｒ ｙ ｘｉ ａ ｓ ， ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗ ｉ ｔ ｌ ｌ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ｒ ａ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ， ｈｅ ｔ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｌ ａ ｗ ｏ ｆ ｍｏ ｉ ｒ ｅ ｆ ｉ ｒ ｎ ｇ ｅ ａ ｆｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｈｅ ｔ ｒ ｕ ｎ — ｏ ｕ ｔ ｏ ｆ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｄ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｕ ｉ ｒ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ
ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｕｎ ｒ — ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｏ ｆ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｄ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ａ ｓ ｗｅ ｌ １ ． Ｎｕ ｍｅ ｉｃ ｒ ｌ ａ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｏ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｒｏ ｒ ｏ ｆ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｄ ａｃ ｆ ｅ ｏ ｆ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ｒ ａ ｒａ ｇ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｖ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｏ ｉ ｒ ｅ ｆ ｉ ｒ ｎ ｇ ｅ ｇ ｏ ｅ ｓ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ
差与光栅定位端面的跳动误 差之间的数学模 型。数值仿真表 明当圆光栅 出现端面定位安装误 差后 ， 回转轴回转一周 ， 输出的莫 尔条
纹光强变化经历 了一个周期 ， 近似 为一正 弦曲线 。针对上述理论分析 ， 在加工中心回转轴 Ｃ 轴上进行 了实验研究 ， 结果表 明， 通过调 整圆光栅端面的跳动误差从原来的 ７ ０ ｍ到 １ ６ ｍ， 利用高精密单频激光干涉仪对 回转轴的定位误差进行 了检测 ， 两次测量 的定位 误差曲线均为正弦 曲线 ， 且 回转轴 的定 位精 度提高了 ３ 倍 。研究 结果 表明 ， 减小 圆光栅定位端面的轴向跳动误差 可有效提 高回转轴 的定位精度。 关键词 ：定位精度 ；圆光栅 ；端 面跳动 ；误差分析

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一种新型数控机床回转轴定位精度的检测方法

一种新型数控机床回转轴定位精度的检测方法


Ａｃ ｕ ａ ｙ Ｏ ｃ ｒ ｃ ｆＮＣ ａ ｈｉ ｏ ｔ ｒ ｉ Ｍ ｃ ｎｅＴｏ ｌＲｏ ａ ｙ Ａｘ ｓ Ｔｉ ｕ ｃ ｅ ｇ，Ｃｈ ｎＷ ｅ ａ Ｊｎｈ ｎ ｎ ｅ ｉ
（ ｔ ｈｄＦ ｃ ｒ ｆ ｈａｘ Ｐ ｌ ｅｈ ｉ Ｉｓ ｔｔ， ｉ ｙｎ ｈａ ｘ ７ ２ ０ ， ｈ ａ Ａｔ ｃ ｅ ａｔ ｙｏ ａｎ ｉ ｏ ｔｃｎｃ ｎｔｕｅ Ｘａ ａｇＳ ａｎ ｉ １０ ０ Ｃ ｉ ） ａ ｏ Ｓ ｙ ｉ ｎ ｎ
检 测要 求 。
关键词 ： 数控机床 ； 回转轴精度检 测； 差分析 误 中图分 类号 ： Ｈ１ １ ２ Ｔ ６ ＋． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：４ ９ ０ ８ ４ 一 ０９一ｏ ９ ５ —２ ０ ｛） ０ ０ ２
Ａ ｗ ｔ ｃ ｉ ｅ ｈｏ ｎ ｓ ｔｏ Ｎｅ Ｄｅ ｅ ｔｎｇ Ｍ ｔ ｄ ｏ Ｐｏ ｉｉ ｎ
１ ０
陕西工业职业技术学院学报
／ ，
２０ 年 ０８
尾座顶尖之 中， 电感测微 仪安装 在床身 的 ｚ轴 之 上， 将测微仪的测头大致调整在分度板齿槽中心 ， 用
芯轴上的可调卡箍调好测头与齿槽接触点 ， 使测微 仪的指示表针处在零位位置就可以测量了， 整个调
一
种 新 型数 控 机床 回转 轴 定 位精 度 的检测 方法
田俊成 ， 玮 陈
（ 陕西工业职业技术学院校办工厂 ， 陕西 咸 阳 ７２ ０ ） １ ００
摘
要： 采用 自制标准分度板 配合 电感测微 仪替 代 多面棱镜加 自准值平行 光管 ， 测数控机床 回转轴定位精度 ， 检 提
高 了测量效率， 降低 测量成本 。并通过误 差分析 验证 了该 测量方法的准确度 ， 保证 了数控机床 回转轴线定位精度的
影响数控机床定位精度和重复定位精度的因素及处理方法

影响数控机床定位精度和重复定位精度的因素及处理方法

ｏｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｔｈｅ ｐｉｔｃｈ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ａｘｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓꎬ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｅｐｅａｔ￣
ｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｗｉｔｈｉｎ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｂｅ ｓｔａｂｌｅ.
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｒｅｐｅａｔｅｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｅ ｔｏｏｌｓ ａｒｅ ｌｉｋｅｌｙ ｔｏ ｂｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｐｏｏｒ
ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｗｅａｒꎬ ｐｏｏｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎꎬ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅｓꎬ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｒｅａｓｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ￣
数控机床的定位精度是指机场各坐标轴在数控
入轴之间的联轴器磨损松动ꎬ各级传动轴轴承损坏ꎬ
装置的控制下运动部件所能达到目标位置的准确度ꎮ
长期使用的传送带老化ꎬ滚珠丝杠磨损致螺距超差
重复定位精度指在数控机床上反复运行同一程序代
等ꎮ 传动元件的磨损会导致数控机床的各坐标轴定
码所得到的位置精度的一致度ꎮ 数控机床的加工精
１.１ 传动元件系统
精度和重复定位精度超差ꎮ 一般处理导轨方面的问
题使用调整修复的方法ꎬ常见问题及处理措施具体如
表 ２ 所示ꎮ
数控机床各个坐标轴在传动部件随着使用年限
∗ 收稿日期:２０１９－１０－１６
数控车床位置检测全闭环控制的设计与实现

数控车床位置检测全闭环控制的设计与实现


图 １中 ： 伺服驱动模块与伺服 电机 通过编码器反馈
作 为驱动装 置 ， 以编码 器作为检 测元件 ， 过光栅 尺对 通 机 床运动部 件进行 实 时反 馈 ， 实现 加 工过 程 的全 闭环
控制 。
实现闭环控制 ， 由减 速齿轮 和滚珠 丝杠 传动 ， 现数 控 实
车床 的速度调节 。光栅尺作为直接位移 检测装置 ， 用来
ｅｅ ｓ ｉｃ ｓｅ ｈ ｅ ｖ ｒ—ｂ ｓ ｄ ＣＮ ａｈ ｉ ｃ ａ ｕ ｅ ｎ ｆｔ ｅ ｐ ｓｔ ｎ ｄ ｔｃｉ ｎ ｄ ｉ ｅｃｏ ｅ ｏ ｏ ｔｏ ｙ ｔｍ ｅ ｉｎ ａ ｄ ｉ ｔｒ ，ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｔｅ ｓ ｒ ｅ ａ ｅ Ｃ ｌ ｔ ｅｄ ｒ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｏ ｉ ｏ ｅｅ ｔ ｒｖ ｌ ｓ ｄ ｌ ｐ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓｅ ｄ ｓｇ ｎ ｍ— ｏ ｈ ｉ ｏ ｏ ｓ
ＹＡＮ Ｅｎ —ｇ ｎ ａｇ
（ ｉｎｈ ｉ ｐ ｒ ｃｉｅＴ ｏ Ｃ ． ｔ ， ４ ０ ４ Ｔａ ｓｕ Ｓ ａｋＭａｈｎ ｏｌ ｏ ，Ｌｄ ７ １２ ）
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ： ｓｔｏ ｅ ｅ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｏ ｎ ｕｒｎｇｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆＣＮＣ ｍａ ｈ ｎ ｏ ｌ ｎ ｒ ｃ ｓ ｉ ｐ ｅ ｌ ｙ ｃｓｖ ｏ ｅ Ａｒｉ ｓ ｒ ｃ Ｐｏ ｉｉｎ ｄ ｔ ｃｉｎ ｓ ｓｅ ｆ ｒｅ ｓ ｉ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔｏ ｓａ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｓ ｅ ｄ ｐ ａ ｓａｄｅ ｉｉ ｅｒ ｌ ． ｔ—
ｕｅ ｅ ｔ Ｃ Ｃｌ ｈ ｅ ｒｔ ｇｓ ｕｔｒ ｄ ｓ ｎａｄｓｓ ｍ —ｒｌ ｅ ｄ ｐａｏ ｆ ａｋａｈｃｍ ｅ ｓｔ ｎｔ ａｊｓ ｓｔｎ ｓ ｎ ａａ — ｒｍ ｎ ， Ｎ ｔｅｉ ｔ ａ ｎ ｒｃ ｅ ｅｉ ｎ ｔ ａ ｎｈ ｇ ｉ ｔ ｕ ｇ ｙｅ ｅ ｔ ａａｔ ｉ ｏ ｃｌ ｏ ｐｎａ ｏ ｄｕｔ ｅ ｉ ｄｐｒｍ ａｄ ｔｎ ｂ ｓ ｉ ｏ ｔｇ ａ
如何提高数控机床各轴的定位精度和重复定位精度

如何提高数控机床各轴的定位精度和重复定位精度

如何提高数控机床各轴的定位精度和重复定位精度兰生数控机床销售公司浏览次数：78 原创文章，转载请注明出处！导读：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，那么如何提高机床各轴的定位精度和重复定位精度呢？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。

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。

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。

【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，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。