數(shù)控機床幾何誤差及其補償方法研究_畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-10-02 12:00 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 由于測量傳感器的制造誤差及其在機床上的安裝誤差引起的測量傳感器反饋系統(tǒng)本身的誤差； （ 2）由于機床零件和機構(gòu)誤差以及在使用中的變形導(dǎo)致測量傳感器出現(xiàn)的誤差。 外界干擾誤差 由于環(huán)境和運行工況的變化所引起的隨機誤差。 其它誤差 如編程和操作錯誤帶來的誤差。 上面的誤差可按照誤差的特點和性質(zhì)，歸為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機誤 南華大學(xué)成人高等學(xué)歷教育畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 3 頁，共 9頁 差。 數(shù)控機床的 系統(tǒng)誤差是機床本身固有的誤差，具有可重復(fù)性。數(shù)控機床的幾何誤差是其主要組成部分，也具有可重復(fù)性。利用該特性，可對其進(jìn)行“離線測量”，可采用“離線檢測 —— 開環(huán)補償”的技術(shù)來加以修正和補償，使其減小，達(dá)到機床精度強化的目的。 隨機誤差具有隨機性，必須采用“在線檢測 —— 閉環(huán)補償”的方法來消除隨機誤差對機床加工精度的影響，該方法對測量儀器、測量環(huán)境要求嚴(yán)格，難于推廣。 南華大學(xué)成人高等學(xué)歷教育畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 4 頁，共 9頁 二 幾何誤差補償技術(shù) 針對誤差的不同類型，實施誤差補償可分為兩大類。隨機誤差補償要求“在線測量” ，把誤差檢測裝置直接安裝在機床上，在機床工作的同時，實時地測出相應(yīng)位置的誤差值，用此誤差值實時的對加工指令進(jìn)行修正。隨機誤差補償對機床的誤差性質(zhì)沒有要求，能夠同時對機床的隨機誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)行補償。但需要一整套完整的高精度測量裝置和其它相關(guān)的設(shè)備，成本太高，經(jīng)濟(jì)效益不好。文獻(xiàn) [4] 進(jìn)行了溫度的在線測量和補償，未能達(dá)到實際應(yīng)用。系統(tǒng)誤差補償是用相應(yīng)的儀器預(yù)先對機床進(jìn)行檢測，即通過“離線測量”得到機床工作空間指令位置的誤差值，把它們作為機床坐標(biāo)的函數(shù)。機床工作時，根據(jù)加工點的坐標(biāo)，調(diào)出相應(yīng)的誤差值以進(jìn)行修正。 要求機床的穩(wěn)定性要好，保證機床誤差的確定性，以便于修正，經(jīng)補償后的機床精度取決于機床的重復(fù)性和環(huán)境條件變化。數(shù)控機床在正常情況下，重復(fù)精度遠(yuǎn)高于其空間綜合誤差，故系統(tǒng)誤差的補償可有效的提高機床的精度，甚至可以提高機床的精度等級。迄今為止，國內(nèi)外對系統(tǒng)誤差的補償方法有很多，可分為以下幾種方法： 單項誤差合成補償法 這種補償方法是以誤差合成公式為理論依據(jù)，首先通過直接測量法測得機床的各項單項原始誤差值，由誤差合成公式計算補償點的誤差分量，從而實現(xiàn)對機床的誤差補償。對三坐標(biāo)測量機進(jìn)行位置誤差測量的當(dāng) 屬 Leete, 運用三角幾何關(guān)系 ,推導(dǎo)出了機床各坐標(biāo)軸誤差的表示方法 ,沒有考慮轉(zhuǎn)角的影響。較早進(jìn)行誤差補償?shù)膽?yīng)是 Hocken 教授，針對型號 Moore 5Z(1)的三坐標(biāo)測量機，在 16小時內(nèi)，測量了工作空間內(nèi)大量的點的誤差，在此過程中考慮了溫度的影響，并用最小二乘法對誤差模型參數(shù)進(jìn)行了辨識。由于機床運動的位置信號直接從激光干涉儀獲得，考慮了角度和直線度誤差的影響，獲得比較滿意的結(jié)果。 1985 年G. Zhang 成功的對三坐標(biāo)測量機進(jìn)行了誤差補償。測量了工作臺平面度誤差，除在工作臺邊緣數(shù)值稍大，其它不超過 1μ m，驗證了剛體假設(shè)的可靠性。使用激光干涉儀和水平儀測量得的 21 項誤差，通過線性坐標(biāo)變換進(jìn)行誤差合成，并 南華大學(xué)成人高等學(xué)歷教育畢業(yè)論文（設(shè)計） 第 5 頁，共 9頁 實施了誤差補償。 XY 平面上測量試驗表明，補償前 ,在所有測量點中誤差值大于 20μ m 的點占 20％，在補償后，不超過 20％的點的誤差大于 2μ m，證明精度提高了近 10 倍。 除了坐標(biāo)測量機的誤差補償以外，數(shù)控機床誤差補償?shù)难芯恳踩〉昧艘欢ǖ某晒?。?1977 年 Schultschik 教授運用矢量圖的方法，分析了機床各部件誤差及其對幾何精度的影響，奠定了機床幾何誤差進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。 Ferreira和其合作者也對該方法進(jìn) 行了研究，得出了機床幾何誤差的通用模型 ,對單項誤差合成補償法作出了貢獻(xiàn)。 et al 更進(jìn)一步將該方法運用于在線的誤差補償 ,獲得了比較理想的結(jié)果。 Chen et al 建立了 32 項誤差模型，其中多余的 11項是有關(guān)溫度和機床原點誤差參數(shù)，對臥式加工中心的補償試驗表明，精度提高10 倍。 EungSuk Lea et al 幾乎使用了同 G. Zhang 一樣的測量方法，對三坐標(biāo)Bridge port 銑床 21 項誤差進(jìn)行了測量，運用誤差合成法得出了誤差模型，補償后的結(jié)果分別用激光干涉儀和 Renishaw 的 DBB 系統(tǒng)進(jìn) 行了檢驗，證明機床精度得以提升。 誤差直接補償法 這種方法要求精確地測出機床空間矢量誤差，補償精度要求越高，測量精度和測量的點數(shù)就要求越多，但要詳盡地知道測量空間任意點的誤差是不可能的，利用插值的方法求得補償點的誤差分量，進(jìn)行誤差修正，該種方法要求建立和補償時一致的絕對測量坐標(biāo)系。 1981 年 ,Dufour 和 Groppetti 在不同的載荷和溫度條件下，對機床工作空間點的誤差進(jìn)行了測量 ,構(gòu)成誤差矢量矩陣 ,獲得機床誤差信息。將該誤差矩陣存入計算機進(jìn)行誤差補償。類似的研究主要有 et al，通過測量機床工
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