6.1反向间隙与螺距误差的补偿

ML10软件配置
2)备份机床的补偿数据
设置计算机与机床系统的串口通信参数（图中箭头表示操作顺序)
3)清除机床补偿参数值 补偿前，必须清除机床数控系统各轴反向间隙和螺距误差原 补偿参数值，避免在测量各目标点位置误差值时，原补偿值仍起 作用。 ①逐点清零反向间隙和螺距误差补偿参数。 ②使补偿轴的补偿功能失效。 ③补偿倍率设为零。 ④清除机床坐标偏置及G54设置值。 完成上述操作后，系统断电重启，并进行参考点返回操作， 确保绝对坐标与机床机械坐标相同。
定位精度与重复定位精度的数据分析曲线
任务拓展——球杆仪
球杆仪能快速(10～15min)、方便、经济的评价和诊断CNC机 床动态精度的仪器，适用于各种立卧式加工中心和数控车床等
机床，具有操作简单，携带方便的特点，其工作原理是将球杆
仪的两端分别安装在机床的主轴与工作台上（或者安装在车床 的主轴与刀塔上)，测量两轴差补运动形成的圆形轨迹，并将这
补偿值分布
正方向最远端补偿点的号码为：
参考点的补偿点号码+（机床正方向行程长度/补偿间隔 )=40+800/50=56
负方向最远端补偿点的号码为：
参考点的补偿点号码-（机床负方向行程长度/补偿间隔)+1=40400/50+1=33
-400 机械坐标 补偿点号
33
-350
-100
-50
0
50
100
750
但是使用一段时间后容易产生间隙，对于较大的间隙可以
通过丝杠预紧，来消除丝杠间隙。但预紧力不能大于轴向载荷 的三分之一。
现在大多数数控制造商也提供了电气上辅助补救措施——
背隙补偿功能（也有称之为“反向间隙补偿”），英文为 Backlash compensating。
任务目标
1 2 3
掌握反向间隙与螺距误差的检测方法
可最大限度地选用被测轴上的补偿点数，使机床达到最佳精度。
4)数控转台分度精度的检测及其自动补偿——ML10激光干涉仪 加上RX10转台基准能进行回转轴的自动测量，可对任意角度，以任
意角度间隔进行全自动测量。
5)双轴定位精度的检测及其自动补偿——可同步测量大型龙门 移动式数控机床，由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度，通过
测量程序生成操作步骤
⑨轴方式：
7)将X轴移动程序上传给机床系统 8)采集并分析原始数据 采集数据之前，用鼠标单击坐标清零图标
软件坐标清零显示
数据自动采集操作
数据自动采集显示界面
数据分析操作
误差补偿值表
9)将误差补偿值传给数控系统并检查补偿结果
具有自动补偿功能的软件可利用其数据传输功能将误差补偿 值直接传送给数控系统；没有配置自动补偿功能的软件（如 Renishaw Laser 10)可利用其计算出的误差补偿值表，手动逐项 、逐点输入数控系统对应的补偿参数中。
以用激光干涉仪或球杆仪进行测量。
1.激光干涉仪的测量 (1)主要功能 1)几何精度检测——可检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、 平面度、平行度等。 2)位置精度的检测及其自动补偿——可检测数控机床定位精 度、重复定位精度、微量位移精度等。
3)线性误差自动补偿——通过RS-232接口传输数据源自文库效率高，
补偿值
+3 +2 +1 30 31 32 33 34 参考点 -1 -2 35 36 37 补偿点数
螺距误差补偿间隔设定及补偿点 表 补偿点号 设定补偿值 各补偿点的补偿值 30 31 32 33 34 35 36 37 -2 +3 -1 -1 +1 +2 -1 -3
1)补偿倍率： 2)最小补偿间距的确定 FANUC 0i系统的最小间距: 最大快速移动速度（快速 进给速度)/3750（mm)。如若最大进给速度为15 000mm/min时，FANUC 0i系统的最小补偿间距为4 mm。 ①缩短补偿间距或降低最大进给速度。 ②调整机械配合。 ③更换精度等级高的丝杠。
螺距误差补偿值（绝对值）
+3 补偿点号 59 +2 +1 60 参考点 61 参考点 -1 -2 -3 45 62 90 63 135 64 180 65 225 66 270 67 315 68 360 机械坐标（度）
C轴各点补偿值分布
二、自动补偿
目前行业使用最普遍的检定设备是激光干涉仪。反向偏差可
(4)推荐对策 1)检查数控系统反向间隙补偿参数设置是否正确；
2)检查机床是否受到编码器滞后现象的影响；
3)去除机床导轨传动件的间隙，或更换已磨损的机床部件。
第6步：继续用手脉负向移动X轴0.5～1 mm（以NC显示器X轴相对
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
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：
负方向循环检测5次，循环方式与线性运动的方式相同。
2.反向偏差/间隙的检测 反向偏差亦称为反向间隙或矢动量。由于各坐标轴进给 传动链上驱动部件(如伺服电机、伺服液压马达等)存在反向 死区，各机械运动传动副存在反向间隙，当各坐标轴进行转 向移动时会造成反向偏差。反向偏差的存在会影响半闭环伺 服系统机床的定位精度和重复定位精度，特别容易出现过象 限切削过渡偏差，造成圆度不够或出现刀痕等现象。需要定 期对机床各坐标轴的反向偏差进行测定和补偿。 反向偏差可用百分表/千分表进行简单测量，也可以用激 光干涉仪或球杆仪进行自动测量。
数控机床电气系统装调与维修一体化教程 主编：韩鸿鸾
模块六 数控机床的误差补偿 任务一 反向间隙与螺距误差的补偿
1 2 3 4 5
任务引入
任务目标 任务实施 知识内容 任务拓展 任务巩固
6
滚珠丝杠是滚动摩擦，摩擦因数小，动态响应快，易于控
制，精度高。滚珠丝杠生产过程中，在滚道和珠子之间施加预 紧力，可以消除间隙，所以滚珠丝杠可以达到无间隙配合。
(2)具体操作
1)手脉进给操作
第1步：将磁性表座吸在主轴上，百分表/千分表伸缩杆顶在工作 台上的某个凸起物上（顶紧程度必须在满足正负方向移动所需的测
量距离后不会超出表的量程)。
第2步：用手脉（“×10”挡)正向移动X轴约0.1 mm后，记下百 分表或千分表的表盘读数（或旋转表盘，使指针与“0”刻度重合)
装表位置 0.5 至1 初始打表， 进给约0.1 继续沿原反方向进给 约0.5至1 复位至测量点暂停,记 录表读数
测量点 0.5 至1 至1 轴线
同方向进给约0.5
复位至测量点暂停,记 录表读数
反向偏差测量位置点的第1次循环过程
2)自动运行测量 ①编制运行程序（以X轴的测量为例编制循环测量程序)。
FANUC 0i系统切削进给与快速进给的反向偏差关系
4.螺距误差补偿 螺距误差是丝杠导程的实际值与理论值的偏差。
(1)螺距误差补偿原理
Pj Pij X ij Pj Pij X ij
位置偏差/误差
Pj为指定的目标位置 Pij为目标实际的运动位置。
(2)螺距误差的补偿方法 FANUC-0i系统的螺距误差补偿参数
，并清除NC显示器的X轴相对坐标显示值（显示为０)。
第3步：用手脉继续正向移动Ｘ轴0.5～1 mm（以NC显示器X轴的 相对坐标显示值为基准)，必须保证X轴的移动方向不变（没换向)。
第4步：用手脉反向移动X轴，待NC显示器上X轴的相对坐标显示
值为0时停止，记下百分表或千分表的表盘读数。
Xm
)
第5步：将百分表或千分表的表盘读数相对变化值计算出来
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
(1)测量方法
1)测量条件按GB 10931-1989规定。
2)位置目标点：行程中点及两端点。 3)移动行程（距目标点距离)：0.2～1 mm。
4)手脉操作或调用循环程序（手脉操作时，手脉倍率选“×10”
挡)。 5)循环方式：阶梯方式5～7次。
6)计算方法及给定方式：按国家标准。
测量时，注意表座和表杆不要伸出过高过长。悬臂较长时，表座 容易移动，造成计数不准。
②操作步骤。 第1步、第2步与手脉进给操作的第1步、第2步一致。 第3步：运行上述程序“O100”（进给倍率置于“100%”挡)。 第4步：在程序运行暂停点记录百分表/千分表表盘读数 反向偏差测量记录表 第5步：计算X轴各测量目标点的 的反向偏差值。
X m X m 值，最后得到X轴
3.反向偏差的补偿 FANUC 0i系统切削进给与快速进给时的反向偏差值补偿
800
39
40
41
42
56
补偿点位置
参数设定
例6—2 旋转轴的螺距误差补偿 某型机床配置了FANUC 0iC系统，其旋转轴C的每转移动量
为360°，误差补偿点的间距为45°，参考点的补偿点号为60
，设置正确的补偿参数值。 参数设置
旋转轴各点补偿量
补偿点号 补偿量设定值 60 +1 61 -2 62 +1 63 +3 64 -1 65 -1 66 -3 67 +2 68 +1
会应用手动与自动方法对反向间隙与螺距误差进行补偿
掌握激光干涉仪的操作方法
数控机床电气系统装调与维修一体化教程
任务实施
一、手动补偿
1.检测方法 (1)直线运动的检测 目标位置数量和正、负方向循环次数 1)线性循环
线性循环
数控机床电气系统装调与维修一体化教程
2)阶梯循环
阶梯循环
(2)回转运动的检测
检测应在0°、90°、180°、270°等4个主要位置检测。若机床 允许任意分度，除4个主要位置外，可任意选择3个位置进行。正、
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。
例6 —1
直线轴的螺距误差补偿
设某型机床X轴的机械行程为-400～800 mm，螺距误差补偿点 间隔为50 mm，参考点的补偿号为40，正确设置相关参数，完成补
偿设置。
号 码 补 偿 值 33 34 +2 +1 35 +1 36 -2 37 0 38 -1 39 0 40 -1 41 +2 42 +1 43 0 44 -1 45 -1 46 -2 47 0 48 +1 49 +2
一轨迹与标准圆形轨迹进行比较，从而评价机床产生误差的种
类和幅值。
数控机床电气系统装调与维修一体化教程
一、球杆仪的安装
球杆仪的安装
球杆仪的连接
二、检测程序
适配器组件零件名称
(动态数据采集, 100㎜ 球杆仪, ZX 平面) 2)检测程序 (360 度数据采集弧，180 度越程) (公制单位，进给率 /min) M05; (停止主轴) G01 X0.0 Z 1000; (直接运动到启始点) M00; (暂停，安装球杆仪) G01 X0.0 Z100.0; (运行切入；使球杆仪进入测量状态) G02 X0.0 Z100.0 I0.0 K- (360度顺时针圆弧) 100.0; G02 X0.0 Z100.0 I0.0 K- (360度顺时针圆弧) 100.0; G01 X0.0 Z101.5; (运行切出) M00; (开始逆时针方向数据采集) G01 X0.0 Z100.0; (运行切入) G03 X0.0 Z100.0 I0.0 K- (360度逆时针圆弧) 100.0; G03 X0.0 Y100.0 I0.0 K- (360度逆时针圆弧) 100.0; G01 X0.0 Z101.5; (运行切出) M30;