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)
2025-07-21 21:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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。 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1μm，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20μm的點占20％，在補償后，不超過20％的點的誤差大于2μm，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?。?977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。 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。 et al，通過測量機床工作空間內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)參考件上多個點的相對誤差，以第一個為基準(zhǔn)點，然后換算成絕對坐標(biāo)誤差，通過插值的方法進(jìn)行誤差補償，結(jié)果表明精度提高了2～4倍。Hooman則運用三維線性（LVTDS）測量裝置,得到機床空間27個點的誤差（，重復(fù)精度1μm），進(jìn)行了
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