13、螺距误差补偿及反向间隙补偿
立式加工中心机床的螺距误差补偿(精)
立式加工中心机床的螺距误差补偿随着我国制造业的飞速发展，数控机床制造技术也在不断地发展，同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求。
机床的定位精度便成为了衡量机床性能的一项重要指标。
机械结构当中不可避免的摩擦、间隙，以及装配误差成为了制约机床定位精度的主要因素。
由此，数控系统的制造商开发出了螺距误差补偿功能，借此以消除或者削弱以上因素对机床定位精度的影响，从而达到更好的加工效果。
发那科与西门子两大公司在这个领域表现得尤为出色，以下将对这两种数控系统的螺距误差补偿方法进行详细介绍。
1.发那科数控系统机床的误差补偿（以FANUC 0i-MD为例）1.1基本概念1.1.1补偿点的指定各轴的补偿点的指定，可通过夹着参考点的补偿点编号指定(+)侧、(-)侧来进行。
机械的行程超过(+)侧、(-)侧所指定的范围时，有关超出的范围，不进行螺距误差补偿（补偿量全都成为0）。
1.1.2补偿点号补偿点数，在螺距误差设定画面上提供有共计1024 点，从0 到1023。
通过参数将该编号任意分配给各轴。
另外，螺距误差设定画面中，在最靠近负侧的补偿号前，显示该轴的名称。
1.1.3补偿点的间隔螺距误差补偿的补偿点为等间隔，在参数中为每个轴设定该间隔。
螺距误差补偿点的间隔有最小值限制，通过下式确定。
螺距误差补偿点间隔的最小值＝最大进给速度（快速移动速度）÷75001.2相关参数(1)1851 每个轴的反向间隙补偿量。
(2)1852 每个轴的快速移动时的反向间隙补偿量。
(3)3620 每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。
(4)3621 每个轴的最靠近负侧的螺距误差补偿点号。
(5)3622 每个轴的最靠近正侧的螺距误差补偿点号。
(6)3623 每个轴的螺距误差补偿倍率。
(7)3624 每个轴的螺距误差补偿点间隔。
注：以上参数中3620，3621，3622，3624修改后需要切断电源并重新上电才生效，其余参数修改后复位即可生效。
数控机床维修复习题答案
1、填空题1、按所用的进给伺服系统的不同数控机床可为开环、半闭环、闭环。
2、数控机床主要由输入输出装置、数控装置、伺服驱动装置、位置检测装置和机床本体组成。
3、数控机床故障的外部原因主要有：供电电压、环境温度和湿度、外来震动和干扰、和人为因素。
2、现代数控机床的辅助动作，如刀具的更换和切削液的启停等是用可编程序进展控制的。
3、伺服系统的作用是以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。
4、当滚珠丝杠在静态或低速情况下工作时，滚珠丝杠副的破坏形式主要是在滚珠接触面上产生_____点蚀__。
5、数控机床的伺服系统由控制系统和反应装置和电动机组成。
6、导轨的润滑方式有脂润滑和油润滑两种方式。
7、直观法包括问，看，听，嗅，振等方法。
10、导轨间隙调整有两个环节：侧向约束是指镶条和侧导轨，上下约束是指压板。
11、机械十字滑台是进给运动的执行部件。
12、浴盆曲线包含早期故障期、偶然故障期和寿命终了期三个阶段。
13、系统和I/O单元之间通过 JD1A-JD1B 方式串行连接，离系统最近的单元称为第0组。
14、变频模拟主轴驱动系统一般由主轴驱动器和主轴电动机组成。
16、在数控系统中，常有一样型号的电路板、模块、集成电路和其他零部件，我们可以将一样局部相互交换，观察故障的转移情况，以快速确定故障部位17、JD51A连接到 I/O模块，以便于I/O信号与数控系统交换数据。
18、导轨间隙调整有两个环节：外表间隙和上下间隙。
19、3190号参数是00001000，它的#4位数值是 0 。
20、三菱变频FR-D700的 0变频器端口控制主轴的转速， SG 端口控制主轴的正反转。
21、数控机床主要由输入输出装置、数控装置、驱动装置、位置检测装置和机床本体组成。
22、点检的层次分为：专职点检、日常点检和定点点检。
23、增量式数控机床，开机后，首先进展回零操作。
24、数控车床的主运动由电动机系统提供。
25、主轴是进给运动的执行部件。
数控机床的回零及其常见故障分析[1]
![数控机床的回零及其常见故障分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/bb6b1621bcd126fff7050be2.png)
数控机床参考点的回归及其常见故障诊断数控机床启动后通常需要进行返回参考点的操作，在这个过程中常会遇到各种问题，问题处理的正确与否在很大程度上会直接影响机床的使用及工件的加工精度。
一、为什么要返回参考点在数控机床上，各坐标轴的正方向是定义好的，因此只要机床原点一旦确定，机床坐标系也就确定了。
机床原点往往是由机床厂家在设计机床时就确定了，但这仅仅是机械意义上的，计算机数控系统还是不能识别，即数控系统并不知道以哪一点作为基准对机床工作台的位置进行跟踪、显示等。
为了让系统识别机床原点，以建立机床坐标系，就需要执行回参考点的操作。
如在CK0630型数控车床上，机床原点位于卡盘端面后20mm处，为让数控系统识别该点，需回零操作。
在CK0630型数控车床的操作面板上有一个回零按钮“ZERO”，当按下这个按钮时将会出现一个回零窗口菜单，显示操作步骤。
按照这个步骤，依此按下“X”按钮、“Z”按钮，则机床工作台将沿着X轴和Z轴的正方向快速运动，当工作台到达参考点的接近开关时，工作台减速停止。
回参考点的工作完成后，显示器即显示机床参考点在机床坐标系中的坐标值（X400，Z400），此时机床坐标系已经建立（如图1所示）。
目前，大多数数控机床均采用增量式位置检测装置来做位置环反馈元件，当机床在断电状态时NC系统会失去对机床坐标系值的记忆，因此每次机床重新通电之初，必须手动操作返回机床参考点一次，恢复记忆，以便进行自动加工。
对使用日本FUNAC系统的机床，除通电之初外，在机床工作过程中如出现断电、紧急停止或压下了机床行程限位开关时，也必须返回参考点。
机床返回参考点的方向、速度、参考点的坐标等均可由系统参数设定。
二、返回参考点的原理目前数控机床回参考点的方式有两种：使用脉冲编码器或光栅尺的栅格法和使用磁感应开关的磁开关法。
磁开关法由于存在定位漂移现象，因此较少使用。
大多数数控机床均采用栅格法回参考点。
栅格法根据检测元件计量方法的不同又可分为绝对栅格法和增量栅格法。
6.1反向间隙与螺距误差的补偿
坐标显示值为准)，记录下百分表或千分表表盘读数（注意，移
动期间不能换向)。 第7步：用手脉正向移动X轴，直至NC显示器X轴相对坐标显示值为 0止，记录下百分表或千分表的读数。 第8步：计算出负向移动向正向移动换向时的反向偏差值（表盘读 数的相对变化值)，这是第1次测量的X轴中点位置正向反向偏差
RS-232接口，自动对两轴线性误差分别进行补偿。
6)数控机床动态性能检测——利用RENISHAW动态特性测量与评 估软件，可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析（FFT)、滚珠丝
杠的动态特性分析、伺服驱动系统的响应特性分析、导轨的动态特
性（低速爬行)分析等。
(2)激光干涉仪的安装 激光干涉仪的安装 (3)位置误差补偿操作 1)准备工作
三、检测结果
1.反向间隙－负值 (机床误差)
(1)图样
反向间隙－负值
(2)诊断值
(3)可能起因
1)在机床的导轨中可能存在间隙，导致当机床在被驱动换向 时出现在运动中跳跃。
2)用于弥补原有反向间隙而对机床进行的反向间隙补偿的数
值过大，导致原来具有正值反向间隙问题的机床出现负值反向间 隙。
3)机床可能受到编码器滞后现象的影响。
4)目标点定义
测量轴目标点定义界面（图中箭头表示操作顺序，后续图类同)
5)根据所选测量轴，建立满足测量要求的激光光路
线性测量镜组及其组合
光路调节示意图
反射光强度条
光路调节及反射光强度检查图
6)生成测量程序
①程序号或程序名。
②轴名： ③运行次数：
④选择方向：
⑤暂停周期： ⑥越程值：
⑦进给量：
⑧数据采集方式/零件程 序类型：
机床的螺距误差补偿方法
１ ． 发那科 （ 以Ｆ Ａ Ｎ ＵＣ ０ ｉ — ＭＤ 为 例 ）
１ ． １ 基本概念 １ ． １ ． １ 补偿点 的指定 各轴 的补偿点 的指定 ， 可通过夹着参考点 的补偿点编号指定（ ＋ ） 侧、 ｆ － １ 侧来进行 机 械的行程超过 （ ＋ ） 侧、 （ 一 ） 侧 所指定 的范 围时 ， 有关 超出 的范围 ， 不进行螺距误差补偿 （ 补偿量全都成为 ０ ） １ ． １ ． ２补 偿 点 号 补偿点数 ． 在螺距误差设定画面上提供有共计 １ ０ ２ ４ 点． 从 ０到 １ ０ ２ ３ 。通过参数将该编号任意分配给各轴 。 ’ 另外 ， 螺距误差设定 画面 中． 在最靠近负侧 的补偿 号前 ． 显示该轴 的名称 １ ． １ ． ３补偿点 的间隔 螺距误差补偿 的补偿点为等间隔 ． 在参数中为每个轴设定该间隔。 螺距误差补偿点 的间隔有最小值限制 ． 通过下式确定 。 螺距误差补偿 间隔的昂 小值墁 大进给速度（ 快速移动速度 ） ＋ ７ ５ ０ ０ 。 １ ． ２ 相关参数 （ １ ） １ ８ ５ １ 每个轴的反向间隙补偿 量
２ ． 西门子 （ 以 ＳＩ ＭＥ Ｎ Ｓ ８ ２ ８ Ｄ 为例 ）
２ ． １ 相关参数 （ １ ） ３ ２ ４ ５ ０反 向间隙补偿值 （ ２ ） ３ ２ ７ ０ ０ 螺距误差补偿生效 注： 以上参数修改后需要复位才可 以生效 ２ ． ２ 操作方法 （ 以Ｖ Ｍ Ｃ ８ ５ ０ Ｅ的 ｘ轴为例 ， ｘ轴行程 为 ８ ５ ０ ｍ ｍ， 全 长采集 １ ０个数据 ） （ １ ） 连接激光干涉仪 。 （ ２ ） １ ８ ５ ２每个轴的快速移动时的反向间隙补偿 量。 （ ２ ） ｔ确设置参数 。 （ ３ ） ３ ６ ２ ０每个轴的参考点的螺距误差补偿点号。 １ ） 将３ ２ ４ ５ ０ 设置为 Ｏ ， 确保第一次数据采集时反 向间隙为 ０ 。 （ ４ ） ３ ６ ２ １ 每个轴的最靠近负侧的螺距误 差补偿 点号 。 ２ ） 将３ ２ ７ ０ ０设置为 Ｏ ． 并按下复位键 。 （ ５ ） ３ ６ ２ ２每个轴的最靠近正侧的螺距误 差补偿 点号 ３ ） 编辑 补偿文件 ， 补偿文件 的存 储位置为 ： 菜单选择一 调试一系 （ ６ ） ３ ６ ２ ３每个轴的螺距误差补偿倍率 统数据一Ｎ ｃ 数据一Ｎ ｃ生效数据一测量 系统误差补偿 编辑后补偿文 （ ７ ） ３ ６ ２ ４每个轴的螺距误差补偿 点间隔 注： 以上参数 中 ３ ６ ２ ０ ， ３ ６ ２ １ ， ３ ６ ２ ２ ， ３ ６ ２ ４ 修 改后需要切 断电源并重 件 内容如下 ： 新上 电才生效 ， 其余参数修改后复位 即可生效 ￥ Ａ Ａ— ． Ｅ Ｎ Ｃ — ． Ｃ Ｏ ＭＰ ［ ０ ， ０ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ ０ ． ０ ０ １ － ３ 操作方法 （ 以Ｖ Ｍ Ｃ ８ ５ ０ Ｅ的 ｘ轴 为例 ． ｘ轴行程 为 ８ ５ ０ ｍ ｍ． 全 ￥ Ａ Ａ— — Ｅ Ｎ Ｃ — — Ｃ Ｏ ＭＰ ［ ０ ， １ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ ０ ． ０ ０ 长采集 ２ ０个数据 ） ￥ Ａ Ａ— — Ｅ Ｎ Ｃ — — Ｃ Ｏ ＭＰ ［ ０ ， ２ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ Ｏ ． Ｏ ０ （ １ ） 连接激光干涉仪 ￥ Ａ Ａ— ． Ｅ Ｎ Ｃ — ． Ｃ Ｏ ＭＰ ［ ０ ， ２ ９ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ ０ ． ０ ０ （ ２ ） 设置参数 。 ￥ Ａ Ａ ＥＮＣ Ｃ Ｏ ＭＰ ［ ０ ， ３ ０ ， Ａ ＸＩ ］ ＝ Ｏ ． Ｏ ０ １ ） １ ８ ５ １ ， １ ８ ５ ２ 都设置为 ０ ． 确保第一次数据采集时反 向间隙为 ０ 。 ２ ） ３ ６ ２ ０ 设置为 １ ． 表示 ｘ轴 的补偿值 以补偿数据表 中的第 １ 号为 ￥ Ａ Ａ— Ｅ Ｎ Ｃ — — Ｃ Ｏ ＭＰ ＿ Ｓ Ｔ Ｅ Ｐ ［ ０ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ ８ ５ 参考 点。 ￥ Ａ Ａ— — Ｅ Ｎ Ｃ — — Ｃ Ｏ ＭＰ — — ＭＩ Ｎ［ ０ ， Ａ Ｘ１ ］ ＝ ０ ￥ Ａ Ａ ＥＮＣ ＣＯＭＰ ＭＡ ３ ） ３ ６ ２ １ 设置 为 １ ．表示 ｘ轴 的补偿值从 补偿数据表 的第 １ 号开 Ｘ ［ ０ ， ＡＸ１ ］ ＝ ８ ５ ０
螺距误差测定及补偿 电子教材
螺距误差测定及补偿任务内容螺距误差补偿原理VDF850加工中心螺距误差补偿数控机床以其高效高精度，正在机械制造企业中广泛应用。
目前数控机床的传动机构一般采用传动精度较高的滚珠丝杠，滚珠丝杠在生产制造时由于加工设备的精度和加工条件的变化，丝杠和螺母之间存在着误差，如螺距的轴向误差、螺纹滚道的形状误差、直径误差等。
滚珠丝杠在数控机床上进行装配时，由于采用双支撑结构，使丝杠工作载荷较大时轴向尺寸发生变化造成其螺距误差增大。
滚珠丝杠产生的传动误差在全闭环数控机床中由于检测原件（如光栅尺）检测的是机床运动部件的实际位移，将不会对机床加工精度造成影响；而对于工厂中大量使用的半闭环数控机床而言，丝杠、齿形带等机械传动造成的误差不在反馈原件检测范围内，因此若不对此类误差进行适当修正和补偿，势必影响数控机床的定位精度，造成加工质量的不稳定。
要得到高的运动精度和良好的加工质量，必须采用螺距误差补偿功能，精确测量出丝杠不同位置的误差值，利用数控系统对螺距误差进行自动补偿与修正[1]。
另外，数控机床经过长期使用，由于丝杠磨损，运动精度也会下降。
采用该功能定期检测与补偿，可以延长数控机床的使用寿命，保证加工精度。
一、螺距误差补偿原理螺距误差补偿的基本原理是在某进给轴上利用高精度位置检测仪器所测良出的位置（可作为理论位置用）与机床实际运动位置进行比较，计算出该轴全行程上的误差曲线，并将不同位置的误差值输入数控系统中。
机床在经过补偿的轴上运动时，数控系统会根据该位置的补偿数据，自动对该轴的不同位置进行误差补偿，从而减小或消除该轴该位置的定位误差。
螺距误差补偿分单向和双向补偿两种，单向补偿为补偿轴正反向移动时采用相同的数据补偿；而双向补偿为进给轴正反移动时采用不同的数据进行补偿。
由于数控机床丝杠装配时有多种反向间隙消减措施，而且大部分数控机床除了能够进行螺距误差补偿外，还可以进行反向间隙补偿，所以通常仅采用单向螺距误差补偿。
进行螺距误差补偿时应该注意的几个问题：（1）螺距误差补偿仅对定位精度进行补偿，而对重复定位精度无法补偿，而且对于重复定位精度较低的运动轴，由于无法准确确定某点位置误差，因此螺距误差补偿将不会起到预期目的。
840D系统补偿功能汇总表
840D 系统补偿功能汇总数控机床的的几何精度，定位精度一方面受到机械加工母机的精度限制，另一方面更受到机床的材料和机械安装工艺的限制，往往不能够到达设计精度要求。
而要在以上诸多方面来提高数控机床的几何精度，定位精度需要投入大量的人力物力。
在机械很难提高精度的情况下，通过数控电气补偿能够使数控机床到达设计精度。
一、反向间隙补偿机床反向间隙误差是指由于机床传动链中机械间隙的存在，机床执行件在运动过程中，从正向运动变为反向运动时，执行件的运动量与目标值存在的误差，最后反映为叠加至工件上的加工精度。
机床反向间隙是机床传动链中各传动单元的间隙综合，如电机与联轴器的间隙，齿轮箱中齿轮间隙，齿轮与齿条间隙，滚珠丝杠螺母副与机床运动部件贴合面的间隙等等。
反向间隙直接影响到数控机床的定位精度和重复定位精度。
在半闭环下，由伺服电机编码器作为位置环反应信号。
机械间隙无法由编码器检测到，在机械调整到最正确状态下需要进行反向间隙补偿。
在全闭环下，直线轴一般采用光栅尺作为位置环反应信号，旋转轴一般采用外接编码器或圆光栅作为位置环反应信号。
由于是直接检测运动部件的实际位移，理论上讲全闭环下无反向间隙。
但是由于光栅尺或圆光栅本身精度的限制和安装工艺的限制等等，使得全闭环下也具有“反向间隙〞，这在激光干预仪下能很明显看出来，一般在左右。
西门子 840D 数控系统反向间隙补偿的方法如下：测得反向间隙值后在轴机床数据输入反向差值，单位为mm 。
MD32450 BACKLASH [0]MD32450 BACKLASH [1]其中 [0] 为半闭环， [1]为全闭环。
输入后按下 Reset 键，回参考点后补偿生效。
可以在诊断→ 效劳显示→ 轴调整→ 绝对补偿值测量系统中看到补偿效果。
反向间隙补偿能够在较大程度上提高数控机床的定位精度、重复定位精度，但是它的值是固定的，不能适用于机床的整个行程，这就需要另一种电气补偿手段，螺距误差补偿。
单元设计_丝杠螺距误差补偿及反向间隙补偿调试.
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、P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。
引导学生搜集资料分析要求十字工作台ppt文档听课回答10mi知识深化丝杠螺距误差和反向间隙补偿方法讲课图片ppt文档听课25mi操作训练按控制要求进行丝杠螺距误差补偿及反向间隙补偿组操作ppt文档操作讨论45mim归纳总结点评任务完成情况启发相关机电设图片ppt文档听课10mim作业1
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
本单元学时数
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
学习情景：十字工作台装调综合实训室
教学策略
课前公告学生本单元流程，事先分4组，课前预习，先观摩后知识深化
学生活动
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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 X
Z 100
200
每个轴的参考点的螺
距误差补偿点号
3621 X
Z 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81
3622 X
Z 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 X
Z 每个轴的反向间隙补偿量，设置后，回零
生效
1852 X
Z 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。