數(shù)控車床絲杠螺距誤差的補償.doc

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1、項目數(shù)控車床絲杠螺距誤差的補償一、工作任務(wù)及目標(biāo)1．本項目的學(xué)習(xí)任務(wù)（1）學(xué)習(xí)數(shù)控車床絲杠螺距誤差的測量和計算方法；（2）學(xué)習(xí)數(shù)控車床螺距誤差參數(shù)的設(shè)置方法。2．通過此項目的學(xué)習(xí)要達(dá)到以下目標(biāo)（1）了解螺距誤差補償?shù)谋匾?；?）掌握螺距誤差補償?shù)臏y量和計算方法；（3）能夠正確設(shè)置螺距誤差參數(shù)。二、相關(guān)知識滾珠絲杠螺母機構(gòu)數(shù)控機床進(jìn)給傳動裝置一般是由電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，由滾珠絲桿螺母機構(gòu)將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。1、滾珠絲杠螺母機構(gòu)的結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母機構(gòu)的工作原理見圖1；在絲杠1和螺母4上各加

2、工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來變成螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠2。當(dāng)絲杠相對螺母旋轉(zhuǎn)時，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動螺母軸向移動，同時滾珠沿螺旋形滾道滾動，使絲杠和螺母之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管3連接起來，使?jié)L珠能夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成一個閉合的循環(huán)回路。2、進(jìn)給傳動誤差螺距誤差：絲杠導(dǎo)程的實際值與理論值的偏差。例如PⅢ級滾珠絲杠副的螺距公差為0.012mm/300mm。反向間隙：即絲杠和螺母無相對轉(zhuǎn)動時絲杠和螺母之間的最大竄動。由于螺母結(jié)構(gòu)本身的游隙以

3、及其受軸向載荷后的彈性變形，滾珠絲杠螺母機構(gòu)存在軸向間隙，該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動時表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動α角，而螺母未移動，則形成了反向間隙。為了保證絲杠和螺母之間的靈活運動，必須有一定的反向間隙。但反向間隙過大將嚴(yán)重影響機床精度。因此數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)所使用的滾珠絲杠副必須有可靠的軸向間隙調(diào)節(jié)機構(gòu)。圖2為常用的雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，它用平鍵限制了螺母在螺母座內(nèi)的轉(zhuǎn)動，調(diào)整時只要扮動圓螺母就能將滾珠螺母沿軸向移動一定距離，在將反向間隙減小到規(guī)定的范圍后，將其鎖緊。3、電機與絲杠的聯(lián)接、傳動方式直聯(lián)：用聯(lián)軸器將電機

4、軸和絲杠沿軸線聯(lián)接，其傳動比為1：1；該聯(lián)接方式傳動時無間隙；同步帶傳動：同步帶輪固定在電機軸和絲杠上，用同步帶傳遞扭矩；該傳動方式傳動比由同步帶輪齒數(shù)比確定，傳動平穩(wěn)，但有傳動間隙；齒輪傳動：電機通過齒輪或齒輪箱將扭矩傳到絲杠，傳動比可根據(jù)需要確定；該方式傳遞扭矩大，但有傳動間隙。同步帶傳動、齒輪傳動中的間隙是產(chǎn)生數(shù)控機床反向間隙差值的原因之一。三、數(shù)控系統(tǒng)的半閉環(huán)控制開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)沒有位置測量裝置，信號流是單向的（數(shù)控裝置到進(jìn)給系統(tǒng)）。故系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但由于無位置反饋，機床的控制精度低，容易丟步。適用于

5、經(jīng)濟型數(shù)控機床半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)是在驅(qū)動裝置(常用伺服電機)或絲杠上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行位置反饋，因此，其結(jié)構(gòu)簡單，不會丟步。但由于不是直接檢測運動部件的實際移動位置，機床進(jìn)給傳動鏈的反向間隙誤差和絲杠螺距誤差仍然會影響機床的精度。適用于普及型（中檔）數(shù)控機床。全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)通過光柵尺，直接對運動部件的實際移動位置進(jìn)行檢測，消除了機床進(jìn)給傳動鏈的反向間隙誤差和絲杠螺距誤差對機床精度的影響。因此其控制精度高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，易形成振蕩，調(diào)試周期長。適用于高檔高精度數(shù)控機床。5.1螺距補償原理數(shù)控

6、機床軟件補償?shù)幕驹硎窃跈C床的機床坐標(biāo)系中，在無補償?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;的平均位置偏差x;把平均位置偏差反向疊加到數(shù)控系統(tǒng)的插補指令上，如下圖8所示，指令要求沿X軸運動到目標(biāo)位置P;，目標(biāo)實際位置為P}.i，該點的平均位置偏差為x，個;將該值輸入系統(tǒng)，則系統(tǒng)CNC在計算時自動將目標(biāo)位置P;的平均位置偏差x，個疊加到插補指令上，實際運動位置為:P}.i=P.+x;使誤差部分抵消，實現(xiàn)誤差的補償。螺距誤差可進(jìn)行單向和雙向補償。5.2反向間隙補償反向間隙補償又

7、稱為齒隙補償。機械傳動鏈在改變轉(zhuǎn)向時，由十反向間隙的存在，會引起伺服電機的空轉(zhuǎn)，}fU無工作臺的實際運動，又稱失動。反向間隙補償原理是在無補償?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;的平均反向差值B，作為機床的補償參數(shù)輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)軸反向運動時，自動先讓該坐標(biāo)反向運動B值，然后按指令進(jìn)行運動。如圖9所示，工作臺正向移動到O點，然后反向移動到P;點，反向時，電機(絲桿)先反向移動B，后移動到Pi點;該過程CNC系統(tǒng)實際指令運動值L為:L=P;+B反向間隙補償在坐

8、標(biāo)軸處十任何方式時均有效。在系統(tǒng)進(jìn)行了雙向螺距補償時，雙向螺距補償?shù)闹狄呀?jīng)包含了反向間隙，因此，此時不需設(shè)置反向間隙的補償值。5.3誤差補償?shù)倪m用范圍從數(shù)控機床進(jìn)給傳動裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的二種控制方法可知，誤差補償對半閉環(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)控機床的定位精度和I重復(fù)定位精度。對全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由十其控制精度高，采用誤差補償?shù)男Ч伙@著，但也可進(jìn)行誤差補償。（一）絲杠螺距誤差補償?shù)谋匾詳?shù)控機床的