单元设计_丝杠螺距误差补偿及反向间隙补偿调试.
数控车床丝杠螺距误差的补偿
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。
间隙补偿和螺距补偿
丝杠补偿一般指丝杠的螺距误差补偿.间隙补偿包括所有传动链中的间隙(包括丝杆螺母付)的补偿.由于丝杆螺距的不均匀性,传动链正,反向运动的间隙,都会直接影响数控精度,有些通改进运动付的结构,例如采用滚珠丝杆,使之正反向间隙得以消除,但螺距误差是避免不了的.所以必须进行补偿,以求较高的精度.同样,齿轮啮合需要间隙才能正常运行,这种累计间隙误差也需要通过补偿,才能提高控制精度.丝杆（丝杠）反向间隙又称丝杠背隙、丝杠间隙、丝杠失动量在数控机床的进给传动链中．齿轮传动、滚珠丝杠：螺母副等均存在反向间隙，这种厦向间隙的存在会造成机床丁作台反向运动时，伺服电动机空转而工作台实际不运动。
对于采用半闭环伺服系统的数控机球．反向问隙的存在会影响到机床的定位精度和重复定位精度，从而影响到产品的加工精度这就需要数挫系统提供反向间隙补偿功能，以便在加工过程中自动补偿一些有规律的误差，提高加工零件的精度。
并且随着数控机床使用时删的增长，反向间隙还会因磨损造成的运动副间隙的增大而逐渐增加，因此需定期对数控机床各坐标轴的反向问隙进行测定和补偿。
1.反向间隙补偿过程在数控系统无补偿的条件下，于机床测量行程范围内，在靠近行程的中点及两端的三个位置上分别进行多次测量，用千分表或百分表测量m各日标点位置P的平均反向间隙B．以所得平均值中的最大值为反向隙值B，并输人到数控系统反向间隙补偿参数中。
CNC系统在控制坐标轴反向运动时，自动先让该标轴反向运动，然后再按指令进行运动．即数控系统会控制伺服电动机多走一段距离，这段距离等等于反向间隙值B．从而补偿反向间隙。
需要指出的是这种方法只适合于半闭环数控系统．对于全闭环数控系统则不能采取以上补偿办法。
2.反向间隙补偿方法可使用激光干涉仪和百分表/千分表百分表/千分表方法：用手脉发生器移动相关轴，（将手脉倍率定为1×100的挡位，即每变化一步，电机进给0.1mm），配合百分表观察相关轴的运动情况。
FAGOR8055M
FAGOR CNC 8055系列8055系列数控系统是FAGOR高档数控系统,可实现7轴联动+主轴+手轮控制。
按其处理速度不同分为8055/A、8055/B、8055/C三种档次。
适用于车床、车削中心、铣床、加工中心、高速冲床、激光加工机床、表面磨床、工具磨床、座标磨等设备，具有连续数字化仿型、RTCP补偿、内部逻辑分析仪、SERCOS接口等许多高级功能。
FAGOR 8055M CNC采用集成式控制面板，使用软功能键在主菜单上选择操作方式，每种操作方式下分列各级子菜单，界面清晰，操作较SIEMENS 、FANUC CNC简单、便捷，用户易掌握。
在设计思路方面，该CNC具备一些独特的功能，对系统调试人员调试机床提供很大便利和帮助。
一.系统采用CNC断电，参考点自动记忆功能，避免了CNC在机床参考点处断电后，机床重新开机回参考点时发生超极限或撞车的危险。
二.PLC程序可在CNC上直接显示、编辑、修改，亦可在个人PC上用纯文本方式编辑，然后传送至PLC。
编程语言采用语句表格式，结构紧凑，免除了梯形图编程占用大量页面带来检索、翻页的麻烦。
所有PLC输入、输出及中间标志均可通过定义变为助记符，在PLC程序中使用，例：I5 伺服正常，通过定义可在编程时使用"SV OK"这段文字来表述，便于使用者理解。
三.CNC提供了强大的诊断功能。
1 通过屏幕显示PLC程序及各输入、输出及所有中间标志的状态，实现实时在线监控。
2带有逻辑分析仪（译名），可同时显示多个时间周期较短信号（如毫秒级的信号）的时序图，并自动计算各信号之间的时间差，以便机床故障时对信号进行分析。
3可绘制帮助图像和文件，当机床出现某个故障时，PLC自动激活相应文件，帮助维修人员快速定位故障点，并提供解决办法。
四.PLC 程序、帮助图像和文件存储在EEPROM中，避免因电池电压跌落引起程序丢失，数据的安全性较高。
五.通过CNC与PLC之间丰富的通信功能实现各种内部状态显示、变量的读取和信息交换，如：读取NC参数、机床坐标值，由PLC控制机床实现坐标运动，远程操作和监控等。
为何使用全闭环系统还要进行螺距误差和反向间隙补偿
为何使用全闭环系统还要进行螺距误差和反向间隙补偿？
螺距补偿：意思上丝杠上存在误差通过数控系统功能进行补偿，实际上螺距误差补偿和很多因素都有关系，如机械的调整？机床轴的润滑?机械的热变形等？因此在做螺距误差补偿时候通
常先调整好机械使机械的重复运动时能达到最佳效果，然后机床轴预热（运动一段时间）然后进行螺距定位精度补偿。
这种情况的补偿通常效果比较理想。
闭环的补偿；由于闭环依靠闭环装置来检测，如：光栅尺，通常要做的工作先是拉尺，即校正尺安装后的读数与实际位置的一致，通常的做法采用激光干涉仪做外部检测，通过手动移动轴全程以尺反馈的读数与检测的读数比较，相应调整尺，使之与检测读数一致。
在尺经过调整后由于尺本身的材质原因在调整后其距离存在误差，这时候要通过螺距误差补偿来精确校正，闭环尺是一种闭环检测系统它的主要依靠依然离不开机械良好调整。
机械如果不到位，或存在很大的误差闭环效果也会有很大的影响。
反向间隙这个综合因素包含着丝杠反向间隙丝杠螺母间隙以及其它机械结构存在的反向误差，反向间隙依然和机械的良好调整依然无法分开，即如，某些机床结构中有斜铁也称镶条的调整程度会直接影响方向间隙还有轴运行速度也会直接影响方向间隙的大小，因此很多数控系统中反向间隙补偿大多在机械合理调整后还要分正常速度和快速进给俩种速度俩种速度下的补偿。
摩擦补偿在很多数控系统中很多应用在轴的过象限调整，即加工圆是在上下左右轴换向时候在工件上产生的刀痕，通过摩擦补偿可以一定程度的缓解这种现象，关于此参数在西门子系统的应用，大家有兴趣可以参看以前在论坛中相关的帖子。
有一些应用（个人观点，仅供参考）。
数控机床丝杠传动误差正反双向补偿功能的实现
杨更 更 叶佩 青 杨 开明 游 华 云
清华大 学 精 密仪器 系制造 工程研 究所 ， １０ ８ 北京 ０ ０４
摘要 ： ｍＥ 了数 控机床 丝杠 传动误 差补 偿原理 ， 讨 了丝杠误 差测 量及制 订误 差补 偿表 的方法 ， 探 实现 了 数控机 床丝杠误 差正反 双向补偿功 能 ， 高 了机床 定位 精度。 提
成功 实现 了丝杠误差 正反 双 向补 偿功 能 ， 实 证 明丝
与命令 位置相 比较 得 到的 补偿 点 的修 正量 ， 建立 补偿
表， 由数控系统根据 补偿表来进 行螺距误差 补偿 。 误差补偿表实 质上 是 测量 位置 的函数 ， 其修 正量
随着丝杠实 际移 动位置 的不 同而不断变 化 。
然 后在计算实际位 置时 加 上这 个修 正量 ， 而达 到尽 从
可能减小跟随误 差 、 高加 工 精度 的效 果 。实际 应用 提 中一般采用高精度 双频 激光 干 涉仪 测量 实 际位 置 ， 再
机床， 虽然能够大大提 高其控制精 度 ， 但制 造成本高 ， 且
需要另外增加测量装 置、 反馈 装置以及补偿装置 。因此 ， 在实际生产 中， 在满足控制精度要求 的条件下 ， 闭环数 半 控机床应 用更为广泛 。与此相应 ， 如何提高半 闭环数控 机床控制精度是需要解决 的关键课题。 丝杠误差补偿 是提高数 控机床精 度的一个重要 方 面， 随着 数控技术 的发展 ， 距误差补偿从 传统 的硬 件 螺 补偿 向软件补偿转 化 ， 软件 补偿 以其灵 活方便 、 改容 更 易和 补偿 精度较 高等 优 点 ， 广泛 应用 于数 控 机 床。本 文在 已建立 的高性 能 数控 系统 上 ， 于软 件补 偿原 理 基
13、螺距误差补偿及反向间隙补偿
螺距误差补偿及反向间隙补偿根据下表设置螺距误差补偿相关参数：参数号参数位设定值设置说明3620 XZ 100200每个轴的参考点的螺距误差补偿点号3621 XZ 负方向最远的补偿位置号根据下面的公式进行计算：参考点的补偿位置号—(负方向的机床行程/补偿位置间隔)+ 1 100-（1000/50）+1=81 所以负方向补偿位置号设置为813622 XZ 正方向的最远补偿位置号根据下面的公式进行计算：参考点的补偿位置号+(正方向的机床行程/补偿位置间隔)+ 1 100+（0/50）+1=101 所以参考点正方向补偿位置号为101.3624 补偿点间隔输入格式为无小数点输入格式，由于X轴为直径值编程，所以X轴补偿点间隔应为实际补偿点间隔的2倍，应设置为100000，为100mm.参数号参数位设定值设置说明1800 #4(RBK) 是否分别进行切削进给/快速移动反向间隙补偿0: 不进行。
1: 进行。
1851 XZ 每个轴的反向间隙补偿量，设置后，回零生效1852 XZ 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量，回零生效由于FANUC系统螺距误差补偿采用增量式的补偿方式，所以在进行螺距误差补偿时，需根据补偿数据进行补偿数据的设定个。
下表为螺距误差补偿表由于每个补偿点的最大补偿值只能到7，在上表中可以看到，在-400mm测量位置处出现了一次22的值，此点是所有补偿点误差的最大值，所以补偿倍率按此点进行计算，而且考虑其它点的误差值，将补偿倍率设置为3倍。
补偿倍率设置为3倍，所有的补偿值都放大了三倍，所以在补偿数据处看到的是计算值的1/3,如果测量人员给出的是补偿值，那么补偿数据就按上图中的数据进行输入，如果给出的是误差值，则需将上图中的补偿数据取反。
螺距误差补偿在回零后即可生效。
数控车床丝杠螺距误差的补偿
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。
丝杠反向间隙的调整
丝杠反向间隙的调整
丝杠反向间隙是指丝杠在反向转动时产生的间隙或游隙。
这种间隙会
导致丝杠与螺母之间的相对运动不连续或不稳定，影响机械设备的精
度和性能。
调整丝杠反向间隙的方法如下：
1. 首先，确定丝杠的反向间隙大小。
可以通过实验或测量来获得准确
的数值。
2. 对于一些较小的反向间隙，可以通过 tightening the nut（紧固
螺母）的方法来进行调整。
即通过适当地调整螺母的紧固程度来减小
或消除间隙。
但需要注意，过度紧固可能会导致其他问题，如摩擦增
加或螺杆弯曲等。
3. 对于较大的反向间隙，可以采用添加垫片或嵌套组件的方法来进行
调整。
通过增加垫片或安装合适的嵌套组件，可以减小螺栓和螺母之
间的间隙，从而提高反向间隙的精度。
4. 可以通过更换更精密的丝杠或螺母来解决丝杠反向间隙过大的问题。
使用高精度的丝杠和螺母，可以减小反向间隙的大小，提高机械设备
的精度和稳定性。
总之，调整丝杠反向间隙需要根据具体情况来确定适当的解决方法。
通过紧固螺母、添加垫片、更换更精密的丝杠等方法，可以有效地减
小或消除丝杠反向间隙，提高机械设备的性能和精度。
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分4组，分
组操作
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操作、讨论
45mim
归纳
总结
点评任务完成情况
启发
相关机电设 备图片、
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听课
10mim
作业
1.分析十字工作台精度调试的主要内容（课内）
2•了解其他典型机电设备精度调试的相关内容（课外）
课后
体会
总结学生学习情况，进一步提高教学效果。
南京工业职业技术学院
单元教学设计方案
课程名称
机电一体化自动机械仿真学习包
教学单元名称
丝杠螺距误差补偿及反向间隙补偿调试
本单兀学时数
2
课程教学团队
丁加军、陈涛
学习目标分析
能力目标：看图片、课件、文档等分析十字工作台手动调试的过程
知识目标：1.丝杠螺距误差和反向间隙概念
2.丝杠螺距误差和反向间隙补偿方法
学习情景：十字工作台装调综合实训室
教学策略
课前公告学生本单兀流程，事先分4组，课前预习，先观摩后知识深化
1.搜集相关资料
2.熟悉丝杠螺距误差补偿和反向间隙调试过程
3.操作练习
4.知识点讲解
学习成果
按控制要求熟悉十字工作台进给运动的精度调试过程
教学评价
逻辑正确、重点突出；现场教学操控得当；根据学生学习情况指导得 当；能判断学生学习效果，提出学生努力方法和教学改进措施。
学习者分析
有了机械设计基础、机械制造基础、机械制图、机电控制系统、机床数控 技术应用等课程为本项目学习打下了良好的基础。
学习內容分析
知识点：1.丝杠螺距误差和反向间隙概念
2.丝杠螺距误差和反向间隙补偿方法
能力：1.理解丝杠螺距误差和反向间隙概念
2.丝杠螺距误差和反向间隙补偿调试 学习深度：了解其他典型机电设备的精度调试内容 学习载体：十字工作台装调系统
教学过程设计
步骤
教学内容
教学方法
教学资源
学生活动
时间分配
任务
看PPT文档，了解十字 工作台精度调试的要求。
引导学生搜
集资料、分
析要求
十字工作台
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听课，回答
10mi n
知识
深化
1.丝杠螺距误差和反向间 隙概念
2.丝杠螺距误差和反向
间隙补偿方法
讲课
图片、PPT文档听课25来自i n操作训练
按控制要求进行丝杠螺距