数控车床丝杠螺距误差的补偿.doc

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1、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

2、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

3、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

4、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开环数控系统没有位置测量装置，信号流是单向的（数控装置到进给系统）。故系统结构简单，但由于无位置反馈，机床的控制精度低，容易丢步。适用于

5、经济型数控机床半闭环数控系统是在驱动装置(常用伺服电机)或丝杠上安装旋转编码器，采样旋转角度进行位置反馈，因此，其结构简单，不会丢步。但由于不是直接检测运动部件的实际移动位置，机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差仍然会影响机床的精度。适用于普及型（中档）数控机床。全闭环数控系统通过光栅尺，直接对运动部件的实际移动位置进行检测，消除了机床进给传动链的反向间隙误差和丝杠螺距误差对机床精度的影响。因此其控制精度高，但结构复杂，成本高，易形成振荡，调试周期长。适用于高档高精度数控机床。5.1螺距补偿原理数控

6、机床软件补偿的基本原理是在机床的机床坐标系中，在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均位置偏差x;把平均位置偏差反向叠加到数控系统的插补指令上，如下图8所示，指令要求沿X轴运动到目标位置P;，目标实际位置为P}.i，该点的平均位置偏差为x，个;将该值输入系统，则系统CNC在计算时自动将目标位置P;的平均位置偏差x，个叠加到插补指令上，实际运动位置为:P}.i=P.+x;使误差部分抵消，实现误差的补偿。螺距误差可进行单向和双向补偿。5.2反向间隙补偿反向间隙补偿又

7、称为齿隙补偿。机械传动链在改变转向时，由十反向间隙的存在，会引起伺服电机的空转，}fU无工作台的实际运动，又称失动。反向间隙补偿原理是在无补偿的条件下，在轴线测量行程内将测量行程等分为若干段，测量出各目标位置P;的平均反向差值B，作为机床的补偿参数输入系统。CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该坐标反向运动B值，然后按指令进行运动。如图9所示，工作台正向移动到O点，然后反向移动到P;点，反向时，电机(丝杆)先反向移动B，后移动到Pi点;该过程CNC系统实际指令运动值L为:L=P;+B反向间隙补偿在坐

8、标轴处十任何方式时均有效。在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，因此，此时不需设置反向间隙的补偿值。5.3误差补偿的适用范围从数控机床进给传动装置的结构和数控系统的二种控制方法可知，误差补偿对半闭环控制系统和开环控制系统具有显著的效果，可明显提高数控机床的定位精度和I重复定位精度。对全闭环数控系统，由十其控制精度高，采用误差补偿的效果不显著，但也可进行误差补偿。（一）丝杠螺距误差补偿的必要性数控机床的