數(shù)控機(jī)床幾何誤差及其補(bǔ)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(jī)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(jī)床零件和機(jī)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(yùn)行工況的變化所引起的隨機(jī)誤差。 其它誤差 如編程和操作錯(cuò)誤帶來的誤差。 上面的誤差可按照誤差的特點(diǎn)和性質(zhì)，歸為兩大類：即系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤 南華大學(xué)成人高等學(xué)歷教育畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁，共 9頁 差。 數(shù)控機(jī)床的 系統(tǒng)誤差是機(jī)床本身固有的誤差，具有可重復(fù)性。數(shù)控機(jī)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(bǔ)償”的技術(shù)來加以修正和補(bǔ)償，使其減小，達(dá)到機(jī)床精度強(qiáng)化的目的。 隨機(jī)誤差具有隨機(jī)性，必須采用“在線檢測 —— 閉環(huán)補(bǔ)償”的方法來消除隨機(jī)誤差對機(jī)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(jì)） 第 4 頁，共 9頁 二 幾何誤差補(bǔ)償技術(shù) 針對誤差的不同類型，實(shí)施誤差補(bǔ)償可分為兩大類。隨機(jī)誤差補(bǔ)償要求“在線測量” ，把誤差檢測裝置直接安裝在機(jī)床上，在機(jī)床工作的同時(shí)，實(shí)時(shí)地測出相應(yīng)位置的誤差值，用此誤差值實(shí)時(shí)的對加工指令進(jìn)行修正。隨機(jī)誤差補(bǔ)償對機(jī)床的誤差性質(zhì)沒有要求，能夠同時(shí)對機(jī)床的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償，未能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用。系統(tǒng)誤差補(bǔ)償是用相應(yīng)的儀器預(yù)先對機(jī)床進(jìn)行檢測，即通過“離線測量”得到機(jī)床工作空間指令位置的誤差值，把它們作為機(jī)床坐標(biāo)的函數(shù)。機(jī)床工作時(shí)，根據(jù)加工點(diǎn)的坐標(biāo)，調(diào)出相應(yīng)的誤差值以進(jìn)行修正。 要求機(jī)床的穩(wěn)定性要好，保證機(jī)床誤差的確定性，以便于修正，經(jīng)補(bǔ)償后的機(jī)床精度取決于機(jī)床的重復(fù)性和環(huán)境條件變化。數(shù)控機(jī)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(bǔ)償可有效的提高機(jī)床的精度，甚至可以提高機(jī)床的精度等級(jí)。迄今為止，國內(nèi)外對系統(tǒng)誤差的補(bǔ)償方法有很多，可分為以下幾種方法： 單項(xiàng)誤差合成補(bǔ)償法 這種補(bǔ)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(jī)床的各項(xiàng)單項(xiàng)原始誤差值，由誤差合成公式計(jì)算補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床的誤差補(bǔ)償。對三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行位置誤差測量的當(dāng) 屬 Leete, 運(yùn)用三角幾何關(guān)系 ,推導(dǎo)出了機(jī)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(bǔ)償?shù)膽?yīng)是 Hocken 教授，針對型號(hào) Moore 5Z(1)的三坐標(biāo)測量機(jī)，在 16小時(shí)內(nèi)，測量了工作空間內(nèi)大量的點(diǎn)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(shí)。由于機(jī)床運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)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(jī)進(jìn)行了誤差補(bǔ)償。測量了工作臺(tái)平面度誤差，除在工作臺(tái)邊緣數(shù)值稍大，其它不超過 1μ m，驗(yàn)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(xiàng)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(jì)） 第 5 頁，共 9頁 實(shí)施了誤差補(bǔ)償。 XY 平面上測量試驗(yàn)表明，補(bǔ)償前 ,在所有測量點(diǎn)中誤差值大于 20μ m 的點(diǎn)占 20％，在補(bǔ)償后，不超過 20％的點(diǎn)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(jī)的誤差補(bǔ)償以外，數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)难芯恳踩〉昧艘欢ǖ某晒?。?1977 年 Schultschik 教授運(yùn)用矢量圖的方法，分析了機(jī)床各部件誤差及其對幾何精度的影響，奠定了機(jī)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(jī)床幾何誤差的通用模型 ,對單項(xiàng)誤差合成補(bǔ)償法作出了貢獻(xiàn)。 et al 更進(jìn)一步將該方法運(yùn)用于在線的誤差補(bǔ)償 ,獲得了比較理想的結(jié)果。 Chen et al 建立了 32 項(xiàng)誤差模型，其中多余的 11項(xiàng)是有關(guān)溫度和機(jī)床原點(diǎn)誤差參數(shù)，對臥式加工中心的補(bǔ)償試驗(yàn)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(xiàng)誤差進(jìn)行了測量，運(yùn)用誤差合成法得出了誤差模型，補(bǔ)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(yàn)，證明機(jī)床精度得以提升。 誤差直接補(bǔ)償法 這種方法要求精確地測出機(jī)床空間矢量誤差，補(bǔ)償精度要求越高，測量精度和測量的點(diǎn)數(shù)就要求越多，但要詳盡地知道測量空間任意點(diǎn)的誤差是不可能的，利用插值的方法求得補(bǔ)償點(diǎn)的誤差分量，進(jìn)行誤差修正，該種方法要求建立和補(bǔ)償時(shí)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(jī)床工作空間點(diǎn)的誤差進(jìn)行了測量 ,構(gòu)成誤差矢量矩陣 ,獲得機(jī)床誤差信息。將該誤差矩陣存入計(jì)算機(jī)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。類似的研究主要有 et al，通過測量機(jī)床工
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