數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)技術(shù)與補(bǔ)償論文

1、數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)技術(shù)與補(bǔ)償摘要：提出數(shù)控我臥式車床精度檢驗(yàn)的技術(shù)， 利用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精度的標(biāo)定并對(duì)其進(jìn)行誤差補(bǔ)償， 安裝簡單，操作放方便。 通過該方法可以使 數(shù)控機(jī)床的精度達(dá)到一個(gè)更高的層次。關(guān)鍵詞： 數(shù)控臥式車床、激光干涉儀、定位精度、反向間隙、補(bǔ)償。引言由于我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床作為新一代工作母機(jī)，在機(jī)械加工中 得到越來越廣泛的應(yīng)用 , 數(shù)控加工時(shí)，指令的輸入、譯碼、計(jì)算直至控制電機(jī)的 運(yùn)動(dòng)都是由數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一完成的， 從而避免了人為的誤差， 數(shù)控機(jī)床的裝配的最 終目的是為了提高工件的加工精度， 所以加工工件的精度在很大的程度上去取決 于母機(jī)的精度等級(jí)， 因此提高

2、數(shù)控機(jī)床的精度顯得尤為重要。 由于數(shù)控加工， 整 個(gè)的加工過程中都是自動(dòng)進(jìn)給的， 人工幾乎不能干預(yù)， 所以要求機(jī)床的本身有很 高的精度，同時(shí)需要數(shù)控系統(tǒng)能提供各種誤差補(bǔ)償功能，提高零件的加工精度， 提高機(jī)床精度有兩種基本方法： 誤差防止和誤差補(bǔ)償。 誤差防止就是試圖通過設(shè) 計(jì)和制造的途徑消除可能的誤差源， 誤差補(bǔ)償就是通過對(duì)誤差的測量及對(duì)誤差作 用的糾正利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。一 利用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床精度誤差測定誤差的測定就是將數(shù)控機(jī)床某軸的指令位置與高精度位置測量系統(tǒng)所測得的實(shí) 際位置相比較，計(jì)算出全程上的誤差分布曲線， 反應(yīng)在高精度的誤差測量系統(tǒng)中， 數(shù)控系統(tǒng)在控制該軸運(yùn)動(dòng)時(shí)考慮該

3、誤差差值并加以補(bǔ)償。在大型數(shù)控臥式車床上我們采用的高精度的位置測量儀是激光干涉儀，目前世 界上激光干涉儀比較有名的廠商有：英國的雷尼紹（Renishaw）,美國的光動(dòng)公司（OPtody n 英國的安捷倫公司（Agile nt），我們以Re ni shaw ML10為例，Renishaw ML10 激光干涉儀系統(tǒng)是由 ML10 Gold 激光發(fā)生和檢測裝置， ECO 環(huán)境補(bǔ)償裝置， La-ser 1 0測量分析軟件和測量鏡組成等， 構(gòu)成在檢測和校準(zhǔn)數(shù)控 機(jī)床位置精度中，通常要用到線性鏡組（線性位置精度的測量），旋轉(zhuǎn)鏡組 （回轉(zhuǎn)位置精度測量 ）和旋轉(zhuǎn)鏡（斜軸線性位置精度測量）對(duì)于臥式車床我們采用線

4、性 鏡組。影響激光干涉儀測量精度的因素有環(huán)境因素， 材料因素和測量方法， 但是 在測量過程中起主要因素， 并能夠通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整較少影響的誤差有： 死程誤差， 余弦誤差和阿貝誤差。死程誤差：若定標(biāo)激光器時(shí)鏡組相隔不到 10mm， 則正常情況下死程誤差就 可以忽略，余弦誤差：在長于 1M 的軸上很容易通過準(zhǔn)直減少余弦誤差的影響， 但在較短的軸上就變得很困難了， 需要最大化激光測量讀數(shù)優(yōu)化準(zhǔn)直并使與余弦 誤差最小， 則激光讀數(shù)則小于原來應(yīng)有的數(shù)值， 因此通過調(diào)整激光頭的仰俯及偏 轉(zhuǎn)，直到取得最大的激光讀數(shù)就能消除短軸上的余弦誤差， 操作誤差如下： 沿運(yùn) 動(dòng)軸準(zhǔn)直光束， 移動(dòng)軸使鏡組靠近并定標(biāo)激光讀數(shù)

5、， 一定軸是使鏡組彼此離的越 遠(yuǎn)越好仔細(xì)調(diào)整激光頭的俯仰和偏轉(zhuǎn)控制，取得最大的激光測量讀數(shù)。Renishaw ML10 的工作原理圖 2：利用Renishaw ML10激光干涉儀測量機(jī)床位置精度實(shí)現(xiàn)的過程和步驟如下：1）在數(shù)控機(jī)床正確安裝該高精度位移測量裝置。2） 在整個(gè)行程上每隔一定的距離取一個(gè)位置點(diǎn)作為補(bǔ)償點(diǎn)，（一般來說位置 點(diǎn)盡量多點(diǎn)，但不宜太多）3）記錄運(yùn)動(dòng)到各點(diǎn)的實(shí)際精確位置4）將各點(diǎn)處的誤差值標(biāo)出描繪會(huì)在不同的指令位置處的誤差值曲線5）多次測量6）分析一系列誤差值的曲線，得到各個(gè)誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行各位置點(diǎn)的誤差補(bǔ)償二數(shù)控臥式車床檢驗(yàn)精度要求以沈陽機(jī)床生產(chǎn)的HTC100290為例，該大型數(shù)

6、控臥式車床的的檢驗(yàn)精度一 般有三個(gè)方面即：a）重復(fù)定位精度（Maxi mum negative repeatability）R， b） 反向差值（Maximum reversal value） B c）定位精度（Bidirectinal accuray） A 定位精度是指在半閉環(huán)系統(tǒng)中，數(shù)控機(jī)床的定位精度在很大的程度上滾珠絲杠 的影響，盡管采用了高精度的滾珠絲杠，但是制造誤差總是存在的，而且機(jī)床 長期運(yùn)行之后，由于機(jī)械磨損使絲杠螺距誤差增大，要得到超過滾珠絲杠的精 度的運(yùn)動(dòng)精度，必須在數(shù)控系統(tǒng)中對(duì)其進(jìn)行螺距補(bǔ)償即定位補(bǔ)償。反向差值，在數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)鏈中無論是鏈傳動(dòng)， 還是齒輪傳動(dòng)均存在反向間

7、隙，這種反向間隙的存在會(huì)造成機(jī)床的工作臺(tái)反向運(yùn)動(dòng)時(shí)， 伺服電機(jī)空轉(zhuǎn)而工 作臺(tái)實(shí)際不運(yùn)動(dòng)。對(duì)于采用半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床反向間隙的存在會(huì)影響機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，從而影響到產(chǎn)品的加工精度，因此需要對(duì)數(shù)3控機(jī)床的各坐標(biāo)軸的反向間隙進(jìn)行補(bǔ)償。HTC100290為例，該數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)為 軸，該型號(hào)機(jī)床的位置精度要求如下：Z軸a）重復(fù)定位精度Rb）反向差值 Bc）定位精度 AFANUC0i系統(tǒng)，只有X軸和Z允差值0.020mm0.012mm0.05mma）重復(fù)定位精度R0.007mmb）反向差值 B0.006mmc）定位精度A0.016mm以Z軸為例激光干涉儀Re ni shaw ML10補(bǔ)償

8、前7?±(0?)Accuracy岔? ? 3 : CKH6120紙 D 0: QK0006運(yùn)岔:1 6: 47 Jun 28 2005冬隹? : RMJ?!:ZAb34. 2972? ? ?:Pa14.420? ? : CK6120Z GK0006R(-)8. 966B14.400Au (-)21.373補(bǔ)償后Accuracy?在（8旳AbPa6.6352.010? ? ? ? : CKH3120?i D ?: GMK0006企帝:17: 25 Jun 28 20052 冬? : RMJ7x : Za 0 ? ?:? ? ? : CKH3120Z GMK000 6B:2. 820R

9、(-):4. 562Au (-):6. 135補(bǔ)償過程：定位補(bǔ)償：機(jī)床行程3m 檢測程序30段，每段位移行程為100mm,設(shè)定參 數(shù)號(hào)3263 Z軸值為100,參數(shù)號(hào)3264 Z軸值130,螺距補(bǔ)償點(diǎn)為100130輸 入檢測出的差值進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)補(bǔ)償。反向間隙補(bǔ)償：采集機(jī)床反向間隙數(shù)據(jù)，機(jī)械間隙不應(yīng)超出0.03m m,再進(jìn)行參數(shù)1851進(jìn)行相應(yīng)點(diǎn)的間隙補(bǔ)償。補(bǔ)償前后圖示如上圖。因此可以看出補(bǔ)償前后機(jī)床的精度的變化，通過 Renishaw ML10檢測出機(jī)床 的線性誤差記錄分析得到誤差值，并對(duì)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，從而使數(shù)控機(jī) 床達(dá)到精度要求以保證加工工件的精度，因此無論是數(shù)控機(jī)床的裝配 出廠 還 是定期的檢測都數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行誤差補(bǔ)償都是非常重要和非常有意義的。三 參考文獻(xiàn)1】茅振華，孫魯涌，慎勵(lì)進(jìn)，數(shù)控機(jī)床精度的激光激光干涉法測試與補(bǔ) 償 機(jī)電工程 ， 19992】 王建平，黃登紅，數(shù)控機(jī)床螺距誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償。組合機(jī)床與自動(dòng)化技術(shù) 20043】 嚴(yán)愛珍等，機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng) ，機(jī)械工業(yè)出版社 19984】 陳吉紅，數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)指南 武漢： 華中科