【正文】 可以補(bǔ)償機(jī)床定位誤差，還可以補(bǔ)償工藝系統(tǒng)其他各項(xiàng)誤差。4．2 電氣補(bǔ)償法4．2．1 反向間隙誤差補(bǔ)償即使在機(jī)械設(shè)計(jì)中采取了消除間隙的措施，實(shí)際制造中反向間隙往往不可能完全消除，加上受力變形的影響，使數(shù)控系統(tǒng)在發(fā)出反向指令信號(hào)后，工作臺(tái)并不能立即反向移動(dòng)，必須在完全消除反向間隙和克服彈性變形后，工作臺(tái)才能隨之移動(dòng)。反向間隙補(bǔ)償反向間隙補(bǔ)償又稱為齒隙補(bǔ)償。機(jī)械傳動(dòng)鏈在改變轉(zhuǎn)向時(shí),反向間伺服電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)而工作臺(tái)實(shí)際上不運(yùn)動(dòng),稱為失動(dòng)。反向間隙補(bǔ)償?shù)脑硎?在無補(bǔ)償?shù)臈l件下,在軸線測(cè)量行程內(nèi)將測(cè)量行程等分為若干段,測(cè)量出各目標(biāo)位置Pi的平均反向差值,作為機(jī)床的補(bǔ)償參數(shù)輸入系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)在控制坐標(biāo)反向運(yùn)動(dòng)時(shí),自動(dòng)先讓該坐標(biāo)軸反向運(yùn)動(dòng),然后按指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。如下圖41，工作臺(tái)正向移動(dòng)到O點(diǎn)，然后反向移動(dòng)到 點(diǎn)，反向時(shí)，電機(jī)先反向移動(dòng)差值，后移動(dòng)到Pi點(diǎn)。該過程CNC系統(tǒng)實(shí)際指令運(yùn)動(dòng)值L為：L= Pi+B。圖41 反向間隙補(bǔ)償反向間隙誤差補(bǔ)償?shù)幕舅枷胧牵ㄟ^實(shí)測(cè)機(jī)床反向間隙誤差值，利用機(jī)床控制系統(tǒng)中設(shè)置的系統(tǒng)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)間隙誤差的自動(dòng)補(bǔ)償。其過程為: 實(shí)測(cè)各運(yùn)動(dòng)軸的間隙誤差值，然后通過控制面板鍵入控制單元即可，以后機(jī)床走刀時(shí)，首先在相應(yīng)方向( 如縱身走刀或橫向走刀) 反向走刀時(shí)，先走間隙值, 然后再走所需的數(shù)值,因而原先的間隙誤差就得以補(bǔ)償。 不過也存在以下不足之處:⑴由于運(yùn)動(dòng)鍵中絲杠與螺母之間的間隙值在絲杠全長(zhǎng)呈非線性關(guān)系, 因此以一個(gè)測(cè)量值代表共綜合間隙誤差是不合理的，加上測(cè)量間隙值時(shí)存在誤差，因此這種補(bǔ)償法準(zhǔn)確度較低；⑵一般進(jìn)給鏈的綜合間隙誤差是在靜態(tài)條件下測(cè)出的，而機(jī)床實(shí)際是在動(dòng)態(tài)環(huán)境下工作的，因而靜態(tài)誤差與動(dòng)態(tài)誤差有較大差別。因此這種補(bǔ)償法不能真實(shí)補(bǔ)償實(shí)際誤差；⑶不能補(bǔ)償因切削力引起的誤差。由于機(jī)床各坐標(biāo)軸的失動(dòng)量不盡相同，因此各軸都要設(shè)置一套間隙補(bǔ)償電路。4．2．2 螺距累積誤差補(bǔ)償開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床的定位精度主要取決于高精度的滾珠絲杠。但絲杠總有一定螺距誤差，因此在加工過程中會(huì)造成零件的外形輪廓偏差。螺距誤差是指由螺距累計(jì)誤差引起的常值系統(tǒng)性定位誤差。滾珠絲杠的螺距累積誤差是定位誤差中最重要的組成部分，可以采用定點(diǎn)的脈沖補(bǔ)償方法修正螺距累積誤差，以提高定位精度。下圖42是滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)，其中1是絲杠，2是滾珠，3是回珠管，4是螺母。 圖42 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的工作原理：在絲杠1和螺母4上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來變成螺旋形滾道，絲杠的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)滾珠推動(dòng)螺母軸向移動(dòng)，同時(shí)滾珠沿螺旋形滾道滾動(dòng)，使絲杠和螺母之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動(dòng)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(gè)閉合的循環(huán)回路。螺距誤差補(bǔ)償是將機(jī)床實(shí)際移動(dòng)的距離與指令移動(dòng)的距離之差，通過調(diào)整數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)增減指令值的脈沖數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)際移動(dòng)距離與指令值相接近，以提高機(jī)床的定位精度。螺距誤差補(bǔ)償只對(duì)機(jī)床補(bǔ)償段起作用，在數(shù)控系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)補(bǔ)償將起到補(bǔ)償作用。定點(diǎn)型雙向螺距誤差補(bǔ)償法的原理采用定點(diǎn)的脈沖補(bǔ)償方法可修正螺距誤差，提高定位精度。其原理是在各坐標(biāo)軸上設(shè)定一些坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)機(jī)床經(jīng)這些點(diǎn)時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)事先測(cè)定的補(bǔ)償值進(jìn)行補(bǔ)償。4．3 軟件補(bǔ)償法在CNC系統(tǒng)中可以利用軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助補(bǔ)償。所補(bǔ)償?shù)恼`差可以是常值系統(tǒng)性誤差，如螺距累積誤差補(bǔ)償、反向間隙誤差補(bǔ)償，還可以補(bǔ)償由熱變形等引起的變值系統(tǒng)性誤差。如果定期測(cè)定各坐標(biāo)軸的定位誤差，由計(jì)算機(jī)將新的誤差曲線存儲(chǔ)起來，還可以在機(jī)床壽命期間內(nèi)補(bǔ)償由于磨損等引起的精度損失，進(jìn)行坐標(biāo)軸校準(zhǔn)。4．3．1 反向間隙誤差補(bǔ)償其基本思想和硬件補(bǔ)償法一樣。當(dāng)坐標(biāo)軸接收到反向指令時(shí)，調(diào)用間隙補(bǔ)償程序，自動(dòng)將齒隙補(bǔ)償值加到由插補(bǔ)程序算出的位置增量命令中進(jìn)行補(bǔ)償。4．3．2 由螺距累積誤差等引起的常值系統(tǒng)性定位誤差的補(bǔ)償首先要在機(jī)床上建立絕對(duì)原點(diǎn)，然后根據(jù)實(shí)測(cè)出的機(jī)床某一坐標(biāo)軸的全程定位誤差曲線確定補(bǔ)償點(diǎn)，列成誤差修正表存入計(jì)算機(jī)，當(dāng)工作臺(tái)位移時(shí)，由安裝在絕對(duì)原點(diǎn)出的微動(dòng)開關(guān)發(fā)出絕對(duì)原點(diǎn)定位信號(hào)，以后計(jì)算機(jī)隨時(shí)發(fā)出對(duì)應(yīng)目標(biāo)補(bǔ)償點(diǎn)的誤差補(bǔ)償信息，對(duì)機(jī)床的定位誤差進(jìn)行補(bǔ)償。圖43所示曲線為實(shí)測(cè)的定位誤差曲線，將該曲線以單位補(bǔ)償脈沖當(dāng)量進(jìn)行分割，各交點(diǎn)處即為目標(biāo)補(bǔ)償點(diǎn)，對(duì)圖中1～5點(diǎn)處由于定位誤差均為正值，因而需要作減脈沖補(bǔ)償，而在點(diǎn)7～10處則需進(jìn)行加脈沖補(bǔ)償。這樣經(jīng)補(bǔ)償后可由原來全長(zhǎng)上定位誤差大于6個(gè)補(bǔ)償脈沖當(dāng)量減為2個(gè)補(bǔ)償脈沖當(dāng)量（即177。1個(gè)補(bǔ)償脈沖當(dāng)量）范圍內(nèi)。圖43 定位誤差補(bǔ)償點(diǎn)的確定4．3．3 由熱變形等引起的變值系統(tǒng)性誤差的補(bǔ)償一般可采用如下兩種形式存儲(chǔ)誤差修正矢量函數(shù)。（1） 列表形式對(duì)各變量（溫度、力等）以適當(dāng)間距取值，實(shí)測(cè)出不同變量值時(shí)機(jī)床主要工作位置的定位誤差曲線，確定補(bǔ)償點(diǎn)，列成誤差修正表（或矩陣）存入計(jì)算機(jī)。微機(jī)根據(jù)機(jī)床位置檢測(cè)元件測(cè)出的坐標(biāo)位置和由傳感器測(cè)得的實(shí)際變值的數(shù)值，通過搜索誤差修正表，即可直接或通過插值算法確定定位點(diǎn)的坐標(biāo)修正量，送入CNC控制系統(tǒng)補(bǔ)償任意位置的定位誤差。（2） 函數(shù)形式通過理論分析或?qū)崪y(cè)誤差數(shù)據(jù)建立誤差數(shù)字模型，將誤差函數(shù)表達(dá)式存入計(jì)算機(jī)。根據(jù)機(jī)床的現(xiàn)行坐標(biāo)位置和實(shí)測(cè)變量值，由誤差函數(shù)式實(shí)時(shí)求出其誤差修正量進(jìn)行誤差補(bǔ)償。以補(bǔ)償由熱變形引起的定位誤差為例，首先可通過測(cè)定機(jī)床某些重要部位的溫升和影響定位精度的熱變形量的關(guān)系，建立溫度熱變形數(shù)學(xué)模型。一般為了進(jìn)行誤差補(bǔ)償，在機(jī)床工作過程中只需監(jiān)測(cè)1～2個(gè)主要部位的溫度。在確定該熱變形誤差函數(shù)表達(dá)式后，將其存入計(jì)算機(jī)，當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，根據(jù)傳感器實(shí)測(cè)溫度和機(jī)床現(xiàn)行坐標(biāo)位置，就可自動(dòng)推算出熱變形誤差修正量，發(fā)出補(bǔ)償進(jìn)給脈沖，由步進(jìn)電機(jī)完成補(bǔ)償。圖44所示為熱變形誤差補(bǔ)償系統(tǒng)框圖。一般，列表形式誤差補(bǔ)償有時(shí)需要較大的計(jì)算機(jī)內(nèi)存，而函數(shù)形式存儲(chǔ)占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存較少，但要求實(shí)時(shí)計(jì)算誤差修正量，占用計(jì)算機(jī)較長(zhǎng)的運(yùn)算時(shí)間。因而，對(duì)機(jī)床誤差在線補(bǔ)償，要求計(jì)算機(jī)有較高的運(yùn)算速度。圖44 熱變形誤差補(bǔ)償系統(tǒng)框圖從數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和數(shù)控系統(tǒng)的三種控制方法可知，誤差補(bǔ)償對(duì)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(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度。對(duì)全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，由于其數(shù)控精度高，采用誤差補(bǔ)償?shù)男Ч伙@著，但也可進(jìn)行誤差補(bǔ)償。結(jié)論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要對(duì)數(shù)控機(jī)床位置精度的檢測(cè)及補(bǔ)償進(jìn)行研究。具體來說，我做的工作如下：首先，通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱數(shù)控機(jī)床位置精度的定義，相關(guān)檢測(cè)方法，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，補(bǔ)償方法等信息，熟悉了課題，知道了選題的目的和意義。然后，掌握Renishaw雙頻激光干涉儀的工作原理及使用方法。通過這次畢業(yè)論文，我有了很大的收獲，無論對(duì)大學(xué)三年的理論知識(shí)的鞏固運(yùn)用還是自身實(shí)際操作能力的鍛煉都有很大的幫助。在初次接觸一個(gè)課題的情況下，明白了首先要進(jìn)行的工作以及以后的努力方向，并掌握了具體的課題研究步驟，懂得了怎樣去完善與提高。對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作起了非常大的作用。致謝在本論文完成的過程中，得到了劉曉秋老師悉心的指導(dǎo)與幫助，我首先要感謝我的老師，盡管老師帶很多學(xué)生，工作很忙，但對(duì)我所遇到的問題都給予了認(rèn)真、詳細(xì)的講解，也為我搜集資料提供了不少建議和幫助。由于前期時(shí)間把握不太得當(dāng)，導(dǎo)致最后幾周時(shí)間安排很緊，雖然如此，劉老師還是抱著耐心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度給予指導(dǎo)，在此除了表示歉意之外依然是萬分的感謝。然后我要感謝大學(xué)中所有教過我專業(yè)課的老師，他們讓我大學(xué)三年所學(xué)的知識(shí)有了結(jié)合和發(fā)揮的舞臺(tái)。最后感謝所有以上文獻(xiàn)的作者，以及正在聽取我答辯的各位老師，前輩的經(jīng)驗(yàn)和成果是寶貴的，我定當(dāng)沿著先人的足跡，為我國(guó)的機(jī)械行業(yè)添磚加瓦！參考文獻(xiàn)[1]，中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1991年。[2]，數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年。[3]李建文，計(jì)量技術(shù)，2000 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