雷尼绍QC20-W无线球杆仪简介

雷尼绍QC20-W无线球杆仪简介 雷尼绍QC20-W无线球杆仪 指导书 1 前言 机械制造中，零件的加工质量直接影响装配质量，而零件的质量很大程度上取决于机床本身的性能。机床出现故障(特别是数控机床)，零件废品率增加，产品成本也随着上升。人为误差和对刀具问题可能是导致误差的诸多原因之一，但机床自身误差是造成误差的主要来源。现代数控机床精度较高，但其性能(即便是新机床)可能会受到一些因素的影响，如:安装基础不牢靠、安装错误、加工中发生的碰撞、磨损等原因。因此，数控机床应定期进行检测维修。 一、英国雷尼绍QC20-W无线球杆仪特点: 1、组件: 该系统采用独立包装，组件包含执行球杆仪测试所需的一切。只需安装一台台式机或者笔记本电脑。提供的附件用以扩展对多种车床和两轴机器(如立式车床)进行测试的功能。它是用于机床状况监控的最快速、最简单、最有效的方法。 2、核心部件:该系统的核心是球杆仪本体，即一个高精度伸缩式线性传感器(无线蓝牙技术)，每端各有一个精密球，在使用中，精密球以机械定位的方式固定在两个磁力碗座之间，一个磁力碗座连接在机床工作台上，另一个连接在机床主轴或主轴箱上。当机床运行预设定的圆轨迹时，此种安装方式使球杆仪可以测量机床半径的微小变化。 3、数据采集:机床在测试平面(XY,YZ,ZX)的任一平面画出两个连续的圆弧(顺时针和逆时针)，并且在测试过程中，精确地测量机床运行的测试圆半径的任何变化。该系统软件首次使用户通过一次简单地设定，即可在三个正交平面上执行测试，速度快，实现了对机床真正意义上的空间分析，即通过让机床运行一段圆弧或整圆周来“执行球杆仪测试”以测得误差。由一传感器测得前述运动中半径的微小偏移量，由软件将其采集下来。 4、诊断:诊断报告不但为机床误差排序，而且可以通过“热链接”链接到系统手册，方便你查阅与误差相关的典型加工误差，以及制定可行的维修方案。 5、模拟器:当模拟器启动运行时，以下机床误差可被模拟。比例不匹配、非垂直、非直线度、反向间隙、横向间隙(松动)、随机机床振动、伺服不匹配、周期误差和相关的周期螺距、反向跃冲。这样的模拟，都用鼠标操作，为机床修理提供可靠的数据。 6、软件自动生成测量程序 二、雷尼绍球杆仪执行的标准 GB 17421-4 中国国家标准 ISO 230-4 国际标准 ASMEB 5.54 美国机械工程师学会标准 三、培训目标: 以FANUC—01系统数控加工中心为载体，掌握雷尼绍QC20-W球杆仪应用，正确判断机床故障，并对故障进行修理，修理后的机床精度达到国家标准。 2 目录 第一章雷尼绍QC20-W无线球杆仪简介………………………(1) 第一节球杆仪传感器简介„„„„„„„„„„„„„„„(1) 第二节蓝牙(BIuetooth)设定……………………………….(2) 第三节小圆组件小圆组件……………………………………………. (3) 第四节系统规格„„„„„„„„„„„„„„„„„„..(4) 第五节系统精度„„„„„„„„„„„„„„„„„„..(4) 第六节附件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(5) 第七节计算机硬件要求„„„„„„„„„„„„„„„„(6) 第八节计算机操作系统要求„„„„„„„„„„„„„..(6) 第九节系统备件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„(7) 第二章雷尼绍QC20-W无线球杆仪应用…………………….. (8) 第三章空间测试…………………………………………………(12) 第四章误差分析…………………………………………………(19) 第一章雷尼绍QC20-W无线球杆仪简介 第一节球杆仪传感器简介 球杆仪传感器是球杆仪系统 的主要部件。它是一个精密线性 传感器，能精确测出在球杆标称 (100 mm) 长度?1 mm行程内的 伸缩量。此传感器可提供电子信 号，这些信号经处理后与计算机 无线通讯。这允许Ballbar 20软 件对传感器名义长度上的微小 变化进行测量和分析。(见图1) 1、LED状态指示灯 3 图1 传感器 QC20-W球杆仪配备有多种颜色的LED指示灯。LED的颜色和闪烁速率可告知用户当前的操作条件。详见1 表1 指示灯状态 表1 指示灯状态 LED 指示灯状态 指示灯模式 常绿 开启，但尚未建立通讯 常蓝 已建立通讯 蓝灯闪烁 数据传输 绿灯慢速闪烁 节电 黄灯慢速闪烁 电池电压低为了获得最佳测量效能， 当电池电压低时，请勿采集数据。 蓝灯、红灯交替闪烁 数据采集通讯错误 红灯闪烁 故障报警 2、LED状态指示灯故障查错(见表2): 表2故障差错 问题 可能原因 措施 无法建立蓝牙通讯未启用计算机蓝牙或者, 检查计算机上的蓝牙是(LED绿灯常亮) 计算机超出信号范围 否启用(或是否安装了 USB加密狗) , 确保在计算机上正确设 定蓝牙 , 把计算机靠近球杆仪 当机器门关闭时出蓝牙加密狗与USB延长电线机器外罩阻止通讯 将 现断断续续的蓝牙相连，并放在机器外罩内 通讯 LED指示灯熄灭. , 球杆仪关闭 , 若适用，可开启球杆仪 , 无电池 , 安装新电池 , 电池电压低 , 电池故障 LED红灯闪烁 球杆仪故障 , 关闭装置，然后再次开启 , 尝试更换电池 LED缓慢闪烁绿球杆仪和软件处于节电点击DRO恢复实时激光读数 光，而DRO变暗 模式 4 软件未用要求的操PC机的区域设置未设为, 将PC机控制面板中的作语言安装 用户首选项 “区域设置”更改为所需语 言 , 重新安装Ballbar 20 曲线图运行未出现图形属性需要修改 , 右击曲线图区域，检查在分析屏幕 “显示序列”和“自动比例 缩放”是否打开 球杆仪诊断与旧版Ballbar 20使用改进的 本软件中的结果不算法 完全相符 分析图无法连接 机器加速造成进给率计, 调整机器以减小中心偏 算不正确。详见螺旋图形 置 , 尝试数据采集起始位置 与上一次测试成90º角 LED颜色状态无书, 关闭装置，然后再次开启 面文件 , 尝试更换电池 第二节蓝牙 (Bluetooth?) 设定 QC20-W使用蓝牙技术与计算机通讯。连接QC20-W之前，必须在计算机上提供蓝功能。可通过启用计算机的内置蓝牙设备(若有)或使用Renishaw推荐的专牙 用USB蓝牙模块来实现。Ballbar 20 软件只能使用蓝牙设备，此设备使用Microsoft stack(stack是一种可实现计算机与蓝牙设备之间通讯的软件)。 1、设定配备有内置蓝牙设备的计算机 1)点击开始菜单，然后选择“控制面板” 2) 在控制面板中，选择“系统”图标 3) 随后将弹出系统系统窗口，上面有一排选项卡 4) 点击“硬件”标签，然后点击“设备装置管理员”按钮 5) 如果设备清单显示“通用蓝牙无线电”和“Microsoft蓝牙计数器”，则该计算机可使用蓝牙并且已安装Microsoft stack。注:在Windows 7中，这很可能被称为“CSR蓝牙无线电”和Microsoft蓝牙计数器” 5 6) 确保已将其开启(参见计算 机用户手册)。 7) 运行Ballbar 20软件并连接 球杆仪以建立通讯。 2、设定无内置蓝牙设备的计算机 如果计算机上没有板载蓝牙功能，则需要获得USB蓝牙加密狗。有关Renishaw 加密狗清单，请参见QC20-W支持网站。首次使用USB加密推荐的最新蓝牙蓝牙狗时，请勿安装随设备一起提供的软件，只需将加密狗插入备用USB端口，然后运行Ballbar 20软件并连接球杆仪以建立通讯。 注:某些USB蓝牙加密狗软件提供的蓝牙stack(不是Microsoft版本)与Ballbar 20软件并不兼容。只需插入USB装置，确保其使用Microsoft stack。如果计算机未安装Microsoft stack，参见QC20-W支持网站获取更多信息。 第三节小圆组件小圆组件(如图2所示) 可用于执行半径为50mm的球杆仪测试。 它在被测机器轴只有短行程、或重点放在测试伺服动态误差时非常有用(小圆需要较高的机器加速度)。50mm Zerodur 校准规包含小圆组件，可用于校准球杆仪的绝对长度。 QC20-W带有小圆适配器的: 若要将小圆适配器与QC20-W球杆仪相连，请拧下保护盖环并换上小圆适配器，注意不要拧得太紧。 按定位中心座章节所示，设定被测机器并定位中心座。 在机器上安装球杆仪组件，从而使传感器球与中心座工具杯相连，如下所示。 图2 小圆组件 6 数据采集开始和结束时的进给切入和进给切出运动应仅为1mm，而非通常使用的 1.5mm。 注:请勿将小圆适配器用于垂直面测试或使用车床附件。 第四节系统规格 球杆仪传感器 采样速率: 1000点,秒(最大) 标称长度: 100 mm(两球中心距) 行程: -1.25mm到+1.75 mm 分辨率: 0.1 µm 测量范围: ?1 mm 精度: ?0.5 µm(20?C时) ?(0.8 µm + 0.4%读数) (0 - 40?C)，如证书章节指定 第五节系统精度 刀径中的径向变化可达到以下测量精度: ? 1.0 µm(20?C时) ?( 1.0 + 0.4% V ) µm (0 – 40?C) 此处V是径向变化，单位为µm。 所测量的刀径的绝对半径的精度是由相关校准规精度(见下面)和前面半径变化 精度(此处V是绝对半径与所用校准规长度之差)之和构成。 第六节附件 1、电池 电池型号: CR2 (3V) 电池(高级光电锂电池) 电池寿命: 200次以上长为3分钟的典型测试，或12小时连续实时显示和数据采集 注:软件中包含特殊的节省电池能源的程序，以确保只在需要的时候才给电路通 电。 2、电源 7 电压:3v标称直流 电流:平均40mA 3、无线电通讯 2类蓝牙 (Bluetooth?) 设备 输出功率:标称额定功率0 dBm;最大功率3 dBm 波段:2.402 - 2.480 GHz 4、球杆仪校准规 膨胀系数: 0.0 ppm/?C 0.0 ppm/?F 公差: ?0.1 ppm/?C 0.06 ppm/?F 标称长度 公差 校准精度(在20?C时) 100 mm ?50 μm ?1.0 μm 150 mm ?50 μm ?1.0 μm 300 mm ?50 μm ?1.5 μm 5、加长杆 标称长度 公差 50 mm ?50 μm ?50 μm 150 mm 300 mm ?50 μm 6、一般信息 球连接件寿命: 在正常使用下10000转。 如果球发生跌落或损坏，则应更换。参见维护和保养。 环境: 操作温度:0-40 ?C 存储温度:-20至70?C 仅限室内使用 海拔高度最高2 000 m 8 校准间隔: 球杆仪:在正常使用情况下一年一次(请参见重新校准章节) 校准规:在正常使用情况下一年一次 第七节计算机硬件要求 IBM?个人计算机或与下述性能相兼容的计算机: 1、500 MHz Pentium或更高 2、至少具有64Mb可用硬盘空间 3、最低256 Mb内存 4、光盘驱动器或DVD驱动器(用于软件安装) 5、鼠标或指向装置。 6、蓝牙功能或使用USB蓝牙加密狗的功能。 第八节计算机操作系统要求 service pack 2 或3)、Windows Vista或Windows 计算机必须运行Windows PX( 7。 第九节QC20-W系统备件 9 图3 QC20-W球杆仪系统备件清单 QC20-W球杆仪组件1 A-8014-1520 (包括精密球) 系统便携箱(未完全2 M-8014-1600 显示) 3 传感器球 A-8014-0182 4 中心球碗 A-8014-0522 5 中心球 A-8014-0141 6 保护盖环 A-8014-1592 7 中心座 A-8014-1281 8 50mm加长杆 A-8014-0231 9 150mm加长杆 A-8014-0144 10 300mm加长杆 A-8014-0145 11 工具杯 A-8014-0521 12 设定球 A-8014-1570 13 工具杯加长杆 A-8014-1610 14 Zerodur校准规 A-8014-0280 15 组合扳手 A-8014-1141 16 CR2电池 不作为备件供应 17 电池端盖组件 A-8014-1593 小圆组件 10 18 小圆Zerodur A-8014-0491 19 小圆适配器 A-8014-1560 车床组件 碗座螺纹 A-8014-0552 主轴芯棒 A-8014-0553 注:车床组件不能放在系统便携箱中。 VTL组件 20 立式车床适配器 A-8014-0417 第二章雷尼绍QC20-W无线球杆仪应用 以FAHUC-01系统数控加工中心Y轴为例 第一节部分圆弧测试 QC20-W球杆仪通过在220?度部分圆弧上进行数据采集、校准机器和诊断机器误差。通过允许将中心座设置在机床工作台上，而无须任何额外固定件，简化了XZ和YZ平面测试的设定。为了让软件能够分析数据，需要在机器上执行顺时针和逆时针圆弧测试。 图4 圆弧测试 11 本章节介绍如何在机器上执行垂直220?部分圆弧测试。只能使用100 mm或150 mm长的球杆仪执行部分圆弧测试，若执行较大半径测试，则可能造成碰撞问题。无法使用小圆组件执行部分圆弧测试。 注:在ZX或YZ平面执行150 mm半径的部分圆弧测试时，必须特别小心，确保不会与工作台发生碰撞。 1、零件程序生成器 可用于建立220?程序，但是如果希望手动输入数控程序，则可修改220? ZX部分圆弧零件程序(2?越程)示例，如下图所示，以满足机器的需求。 (公制模式) G21 (应用工件偏置) G54 (绝对尺寸) G90 (主轴关闭) M05 (锁紧主轴) M19 (ZX平面) G18 (设定进给率) F1000.000 (移到起始点) G01 X94.109 Y0.000 Z-38.023 (暂停，安装球杆仪) M00 (运行进给切入) G01 X92.718 Z-37.461 (顺时针移动224度) G02 X-92.718 Z-37.461 I-92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 X-94.109 Z-38.023 (暂停) G04 X3. (运行进给切入) G01 X-92.718 Z-37.461 (逆时针移动224度) G03 X92.718 Z-37.461 I92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 X94.109 Z-38.023 (程序结束) M30 写入程序时，强烈建议不使用球杆仪而在机器上以低速运行，以确保正确运行。有关写入零件程序的说明。 2、设定测试 若要防止球杆仪与机器夹头碰撞，请将工具杯加长杆添加到工具杯，然后照常确定机器的中心。 此测试不得使用专为QC10设计的精密球、中心球碗或中心座来完成。QC20-W中心座、精密球和中心球碗(参见下面的插图)的设计旨在允许220度部分圆弧测试。 12 圆弧测试 图5 重要事项:为了获得最佳测量精度，如图5所示，始终通过向中心座移动Z轴(反向)来接近测试中心位置。如果移动超过所需的中心位置，则将机器移回经过该位置，然后沿反向重新接近。确保每次测试前均重新进行设定机器的中心，并且在设定后立即执行测试。 所有用户模式中均可使用部分圆弧测试;在此示例中，显示为“快速检查”模式。 图6 圆弧测试 13 从Windo开始菜单中选择软件的“快速检查”模式。单击“运行球杆仪测试”。 点击正在使用的机器后，将会出现以下模式，如图6所示。 1)选择以下参数: 测试平面 = ZX 进给率 = 与零件程序中相同的进给率 测试半径 = 100 mm 注:如果希望校准球杆仪，可在此时勾选校准规方块。 2)点击右箭头。 图7 圆弧测试 3)在下一屏幕上，选择下列按钮: 然后点击右箭头浏览测试摘要，然后再次浏览连接球杆仪仪屏幕。 14 4)运行测试 开启QC20-W并将其与安装在机器上的球 杆仪工具杯相连。建立与球杆仪的通讯。 然后点击右箭头转至运行屏幕，在软件上 选择开始。按点击机器上的循环/启动开 始测试圆弧。 完成测试后，可使用Renishaw诊断来分析数据文件，对机器误差进行诊断。 注:传感器安装前必须先运行机床，检查程序是否正确、 第三章空间测试 QC20-W可让你在XY、ZX和YZ平面上执行机器校准，无需在每次测试之间设定和重新设定机器中心。因此，只需一次设定，即可使用空间分析软件评估机器空间性能。可在从三个平面上采集的数据上执行Renishaw诊断，从而可诊断机器误差。 本章节将为你介绍执行空间测试的过程，包括可将示例零件程序手动键入机器控制器中。注:零件程序生成器并不支持空间测试。只能使用100 mm或150 mm长的球杆仪执行空间测试，若执行较大半径测试，则可能造成碰撞问题。无法使用小圆组件执行空间测试。注:在ZX或YZ平面执行150 mm半径的部分圆弧测试时，必须特别小心，确保不会与工作台发生碰撞。 图8 空间测试 15 1、空间零件程序 若要执行空间测试，球杆仪需要移过以下测试弧: 1)越程为45度的360度XY测试 2)越程为2度的220度ZX测试 越程为2度的220度YZ测试3: 3) 可修改以下所示的空间零件程序示例来满足机器的需要。 (程序标题) G21 (公制模式) (工件偏置) G54 (绝对尺寸) G90 (主轴关闭) M05 (锁紧主轴) M19 (设定进给率) F3000.000 (测量XY平面360/45') (XY平面) G17 (移到起始点) G01 X101.500 Y0.000 Z0.000 (暂停，安装球杆仪) M00 (运行进给切入) G01 X100.000 Y0.000 (逆时针移动360度) G03 X100.000 Y0.000 I-100.000 J0.000 (逆时针移动 90 度) G03 X0.000 Y100.000 I-100.000 J0.000 (运行进给切出) G01 X0.000 Y101.500 (暂停3秒) G04 X3. (运行进给切入) G01 X0.000 Y100.000 (顺时针移动360度) G02 X0.000 Y100.000 I0.000 J-100.000 (顺时针移动90度) G02 X100.000 Y0.000 I0.000 J-100.000 G01 X101.500 Y0.000 (运行进给切出) M00 (停止并等待循环开始) (移到ZX平面测试的起始点) (移动ZX平面20' G03) G18 (ZX平面) G03 X94.109 Z-38.023 I-101.500 K0.000 (逆时针移动260度至下一测试的起点) (测量ZX平面220/2') 16 (停止并等待循环开始) M00 (运行进给切入) G01 X92.718 Z-37.461 (顺时针移动220度) G02 X-92.718 Z-37.461 I-92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 X-94.109 Z-38.023 (暂停3秒) G04 X3. (运行进给切入) G01 X-92.718 Z-37.461 (逆时针移动220度) G03 X92.718 Z-37.461 I92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 X94.109 Z-38.023 (停止并等待循环开始) M00 (移到YZ平面测试的起始点) (移动ZX平面20' G02) (顺时针移动20度) G02 X101.500 Z0.000 I-94.109 K38.023 (移动XY平面90' G03) (XY平面) G17 (移动) G01 X101.500 Y0.000 Z0.000 (逆时针移动 90 度) G03 X0.000 Y101.500 I-101.500 J0.000 (移动ZY平面20' G02) (ZY平面) G19 (顺时针移动20度) G02 Y94.109 Z-38.023 J-101.500 K0.000 (测量YZ平面220/2') (停止并等待循环开始) M00 (运行进给切入) G01 Y92.718 Z-37.461 (逆时针移动220度) G03 Y-92.718 Z-37.461 J-92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 Y-94.109 Z-38.023 (暂停3秒) G04 X3. (运行进给切入) G01 Y-92.718 Z-37.461 (顺时针移动220度) G02 Y92.718 Z-37.461 J92.718 K37.461 (运行进给切出) G01 Y94.109 Z-38.023 (程序终止) M30. 需要手动将零件程序输入控制器。写入程序时，建议不使用球杆仪而在机器上以 低速运行，以确保正确运行。 2、设定测试 17 若要防止球杆仪与机器夹头碰撞，请将工具杯加长杆连接到工具杯上，然后照常确定机器的中心，请参见在线手册的定位中心座章节，了解详细信息。 重要事项:为了获得最佳测量精度，如下图所示，始终通过向中心座移动Z轴(反向)来接近测试中心位置。如果移动超过所需的中心位置，则将机器移回经过该位置，然后沿反向重新接近。 图9 圆弧测试 确保每次测试前均重新进行设定机器的中心，并且在设定后立即执行测试。注:QC20-W中心座和精密球的设计旨在允许220度部分圆弧测试。 执行部分圆弧测试或空间测试时，请始终使用如图5所示的新型中心球碗.从Windows开始菜单中选择软件的“高级检查”模式。 1)单击“设定并运行球杆仪测试”。高亮显示正在使用的机器并点击右箭头。 2)如图10所示。点击屏幕上部的“新增测试”图示。之后软件将进入“测试设定”屏幕: 18 新增测试 图10 图11 设定测试平面 19 3)空间测试有三部分组成。 对于第一个测试，请选择以下参数: 测试平面 = XY 进给率 = 与零件程序中相同的进给率 测试半径 = 100 mm 请注意，如果希望校准球杆仪，可在此时勾选校准规方框。 按点击右箭头 图12 设定测试平面 4)如图11所示，选择下列按钮: 点击存储测试按钮，然后输入合适的文件名(提供默认文件名)。 点击左箭头返回至“设定并运行球杆仪测试”屏幕 20 5)现在再次点击“新增测试”图示。 重复与之前相同的步骤，但此次选择以下参数: 测试平面 = ZX 进给率 = 与零件程序中相同 测试半径 = 100 mm 将此测试作为空间测试的第二部分保存。 6)最后，点击左箭头返回至“设定并运行球杆仪测试”屏幕 7)现在再次点击“新增测试”图示。 再次重复相同的步骤，但此次选择以下参数: 测试平面 = YZ 进给率 = 与零件程序中相同 测试半径 = 100 mm 将此测试作为空间测试的第三部分保存。 3、运行测试 )保存这三个程序后，将机器移至空间零件程序的起始位置。开启QC20-W并将1 其连接到机器的工具杯上。 2)返回至软件中的“指定测试”屏幕，然后选择第一个测试。在“连接球杆仪”屏幕上，确保软件与球杆仪连接。然后点击右箭头转至运行屏幕，在软件上选择开始。然后按下机器上的循环/启动，开始第一个测试圆弧。 当QC20-W在XY平面上执行测试时，零件程序将会使机器移至下一个圆弧的起点，然后停止。当机器保持静止不动时，保存那些在你的计算机上执行的球杆仪数据文件，并分析采集的数据。 3)使用“跳回”按钮返回至软件中的测试列表，然后选择第二个测试。在第二个和第三个测试中，重复与之前相同的步骤，从而确保在执行操作时可保存每个圆弧的数据。 4)可在Ballbar 20软件中分析三个数据文件。该软件可自动从局部圆弧测试数据以及360度测试数据诊断机器误差。可使用空间分析软件分析机器的空间性能。 21 注:在快速检测模式中，“跳回”按钮将带你返回到“测试设定”屏幕。 第四章误差分析 第一节反向间隙 - 负值(机器误差) 1、图形 图形中有沿某轴线开始向图形中心内凹的台阶。负值反向间隙的大小通常不受机器进给率的影响。在本图中仅在Y轴上显示有负值反向间隙。 2、分析 各种类型的反向间隙按反向间隙 - 正值所述同一方法进行了量化。 然而，负值反向间隙可根据计算出 的负值很容易区分出来。例如: 台阶大小 (µm) X -0.5 -0.6 Y -14.2 -14.2 在本例中如图所示，Y轴正负方向均存在大小相同、-14.2 μm的负值反向间隙或失动量。对于220?诊断，未采集数据的圆弧不会显示反向间隙值。 3、产生的原因 在机器的导轨中可能存在间隙，导致机器在被驱动换向时出现在运动中跳跃。 用于消除现有反向间隙问题而对机器进行的反向间隙补偿的数值过大。这导致原来存在正值反向间隙问题的机器显示负值反向间隙。 4、误差对机器影响 22 机器可能受到位置反馈系统滞后现象的影响。机器上负值反向间隙的影响为:圆弧插补的刀径将出现一向内凹的跳跃。 5、修复措施 检查数控系统反向间隙补偿参数设置是否正确。 检查机器是否受到位置反馈系统滞后现象的影响。 去除机器导轨的间隙。可能需要更换磨损的机器零件。 第二节反向间隙 - 正值(机器误差) 1、图形 图形中由某轴线开始处有一个沿图 形中心外凸的台阶台阶的大小通常 不受机器进给率的影响。在本图中仅 在Y轴上显示有正值反向间隙。 、分析 2 X轴及Y轴的反向间隙按下述格式进 行量化: 反向间隙 (μm) +0.5 X +0.6 Y +14.2 +14.2 在本例中如图所示，Y轴正负轴双方向均存在相同大小为-14.2μm的正值反向间隙或失动量。 同各种其它类型的反向间隙相对应，正值反向间隙给出量化结果为正值。对于220?诊断，未采集数据的圆弧不会显示反向间隙值。 3、产生的原因 在机器的驱动系统中可能存在间隙。这通常是由滚珠螺杆端部浮动或驱动螺母磨损造成的。 23 在机器的导轨中可能存在间隙，导致机器在被驱动换向时出现运动的停顿。 可能由于滚珠丝杠预紧力过大带来的过度应力而引起丝杆扭转的影响，进一步信息参见反向间隙 - 不等值。 4、误差对机器影响 在机器上正 值反向间隙 的影响为圆 弧插补的刀 径将出现一 短平台。 图中所示为 在接近Y轴前 后机器如何 从开始以近 乎理想圆运行，然后由于机器停顿而偏离理想圆。由于机器表现出向理想圆外运动，图形刻度调整将实际切削零件上的平台转换成在诊断图形中的反向间隙。 如果e是诊断图形上反向间隙的高度，则在切削的零件上的平台长度可以根据将e乘以被切零件直径再取其积的平方根来得到。 例如，在实际切削300mm直径的工件时，一个10μm大小的反向间隙的将带来1.7mm的平台。 5、修复措施 去除机器驱动系统和导轨中的全部间隙。可能需要更换磨损的机器零件。 另外，也可利用数控系统反向间隙补偿参数设置对机器中存在的反向间隙进行补偿。 第三节反向间隙 - 不等值(机器误差) 1、图形 图中或表现出在某轴上双向不等大小的反向间隙，或在具备反向间隙补偿功能的机器上的某轴上双向甚至出现相反符号的反向间隙。 在本图中仅在Y轴上显示有不等值反向间隙。 24 注:对于220?测试，无法检测到其中一个轴上的不等值反向间隙。 2、分析 各种反向间隙均如正值反向间隙所述以相同方式量化。不等值反向间隙的特征是在同一轴上的正负方向可能出现很大的数值差，或在同一轴出现正值和负值反向间隙。 对于220?诊断，未采集数据的圆弧不会显示反向间隙值。在该情况下，无法诊断不等值反向间隙。 3、产生的原因 由于滚珠丝杠中扭曲过大而引起反向间隙的影响。它相对该轴滚珠丝杠驱动端的不同位置而引起不等值反向间隙类型的图形。可以在具有反向间隙补偿的机器上将该差异调整均化，导致在该轴出现相对台阶。该扭曲可能由滚珠丝杠磨损、螺母及导轨较硬或磨损造成。这种类型的反向间隙通常出现在涉及立轴运动的测试中，由平衡的影响引起。 4、误差对机器影响 在轴的不同部位，机器加工零件的误差幅度有所不同。 5、修复措施 去除任何施加给机器的反向间隙补偿。这将可以让机器的问题彻底得到评估。 检查该机器的滚珠丝杠或导轨的磨损迹象。可能需要维修或更新这些零件。 25 如果在机器立轴上下运动的测试中出现不等值反向间隙图，那么平衡零件就可能是问题所在，从而需调整机器平衡系统。 第四节 周期误差(机器误差) 1、图形 本图具有沿图形频率、幅度均发生变更的周期性正弦曲线误差。在本图中，仅在Y轴上显示有周期误差。沿Y轴测得的波长Dy值在整个圆周上近似为常数。 2、分析 X轴及Y轴的周期误 差按下述格式进行 量化: 周期误差 (μm) X 0.0 0.0 Y 9.5 9.5 此处给出的为该轴运动中周期误差的峰-峰值，箭头 指明该轴向前运动时随位置坐标增加而成正比，箭头 指明该轴后退运动时随位置坐标递减而减少。这些数值如图中所示。 由于周期误差并非总是影响整个图形，因而有必要采用测量技术。有必要指出周期误差发生在图形中的具体部位。 也可得到周期误差的螺距。X轴及Y轴的周期误差根据测试中所采用的单位，以毫米或英寸按下述格式进行量化: X 4.0 mm 周期螺距 周期螺距 Y 6.0 mm 26 3、产生的原因 某一轴滚珠丝杠(本例为Y轴)具有周期误差的问题。有如下几种可能的原因: , 该轴滚珠丝杠的螺纹磨损导致其在运动时无法保持匀速而出现正弦方式。 , 位置反馈系统的安装可能有偏心。 , 滚珠丝杠安装可能有偏心。 , 细分装置或感应式传感器未调整好。 如果起因为该轴滚珠丝杠，那么图形不会受运动方向的影响。顺时钟和逆时钟的图形如果出现某些不同，也应该是相近。 如果在立轴上下运动时周期误差仅在单方向出现，那么机器的平衡机构很有可能存在故障。 如果起因为机器的平衡机构，那么，图形将受到运动方向的影响。通常平衡机构在机器垂直向上运动时会引起周期误差。由于平衡问题引起的周期误差的顺时针和逆时针图形如下图所示: 上图清楚地反映出平衡问题，因顺时针与逆时针各测试结果只有半圆出现周期误差。 4、误差对机器影响 各种类型的周期误差会导致机器上加工的零件出现尺寸误差。 5、修复措施 利用诊断分析，分别观察顺时针和逆时针的图形，识别是滚珠丝杠故障还是平衡故障。 27 如果怀疑周期误差来源于滚珠丝杠，则调整滚珠丝杠或位置反馈系统的安装来消除周期误差。 如果怀疑周期误差来源于机器的平衡机构，则调整机器的平衡机构来消除周期误差。 如果需要，周期误差的螺距可按下述方法手工计算: 螺距 = Dy/y x 测试半径 x 2 上式显示了周期误差的螺距(式中Dy和y为图中直接根据刻度得到，轴的比例忽略不计)。由此你可知道每一误差周期内机器运动的距离。该值可与滚珠丝杠螺距比较。误差幅度(峰-峰值)用e来表示。 注:要正确诊断周期误差，特别是判断平衡机构故障引起的周期误差，取决于进给率。如果你在进行周期误差诊断中可发现存在的任何进给率误差因素，则诊断结果可能不准确。在这种情况下，你可以在多种不同的进给率下进行测试以识别机器是否存在周期误差问题。 第五节伺服不匹配(机器误差) 1、图形 图形呈椭圆或花生形，沿45?或135?对角方向拉伸变形。 如果在分别进行顺时针或逆时针测试时拉伸变形轴向发生改变，如下图将两个方向的图显示在一起。通常随着进给率的增加，拉伸变形量也会增加。参见垂直度。 2、分析 伺服不匹配按下述方式进行了量化: 伺服不匹配1.83 ms 28 该数值表示机器的一根伺服轴超前于另一伺服轴的时间，单位以毫秒计。该值根据不同被测轴间的关系可能为正，也可能为负。具体表述如下: 测试平面 软件显示值 超前轴 Y超前于X XY +ve X超前于Y XY -ve X超前于Z ZX +ve Z超前于X ZX -ve Z超前于Y YZ +ve Y超前于Z YZ -ve 3、产生的原因 当轴间伺服环增益不匹配时将发生伺服不匹配误差。它导致一根轴超前于另一根轴而出现椭圆形的图形。超前轴的增益较高。 4、误差对机器影响 伺服不匹配将导致插补圆不圆。一般情况下，进给率越高造成插补圆的椭圆程度越大。 5、修复措施 通过调整机器控制器各轴伺服增益，使其平衡。可使滞后轴的增益加大，也可降低超前轴的增益。 由于在较低进给率伺服不匹配影响较小，要得到较高精度的圆弧插补时可采取较低的进给率。 29 30